CN117969349A - 金属液的即时粘度量测装置及多孔性金属板材成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种金属液的即时粘度量测装置及多孔性金属板材成形方法，金属液的即时粘度量测装置包括：一坩埚，用以容置有金属液；一石墨转子，用以伸入该坩埚内的金属液中，并包括一圆柱部及一叶轮部，该叶轮部固定于该圆柱部下方；以及一伺服马达及一扭力计，该伺服马达借由一转轴而机械连接该扭力计及该石墨转子；其中，该伺服马达具有一转速值及该扭力计具有一扭力值，根据一计算公式，将该转速值及该扭力值换算得该金属液的粘度。本发明可在金属液的高温环境不会造成该即时粘度量测装置之的石墨转子的损坏。

Description

金属液的即时粘度量测装置及多孔性金属板材成形方法

技术领域

本发明是有关于一种金属液的即时粘度量测装置，且特别是有关于一种建置即时粘度量测装置的多孔性金属板材成形方法。

背景技术

目前粘度计种类主要分为三大类：毛细管粘度计、旋转式粘度计、震动式粘度计。举例，该毛细管粘度计是通过测定流过毛细管中的流体流量、毛细管出口与入口间的压力差，求得流体粘度值。该旋转式粘度计的原理是以回转筒浸入要量测的液体中，当回转筒转动时，粘度(扭力)所产生的阻力，进而可直接获得粘度数值。震动式粘度计的探测器内有一个弹片，通电后该弹片产生机械振动，振幅与样品的粘度和密度有关，已知密度可经由公式计算出粘度值。

多数粘度计用于测量自然条件下常温液体的粘度，关于用于高温金属液的粘度测量仪器则相对较少，特别是高温环境下测试高温铝金属液的粘度，对仪器设备提出了更高的要求。广泛用于高温铝金属液的粘度计主要是高温旋转式粘度计。然而，高温环境容易造成旋转式粘度计的转子的损坏，且测量粘度的准确性不佳。

专利文献(申请号：CN105300842A)揭示一种粘度仪，包括：测试装置，其包括测量头、转子、罩体和铂金丝，测量头和部分的铂金丝容置于罩体内，转子通过铂金丝悬挂于测量头的下方；加热装置，其包括炉膛、坩埚和移动平台，待测试熔盐承载于坩埚内，转子浸没在熔盐中并与坩埚的中心同轴设置，坩埚设置于炉膛内，炉膛的顶端与罩体密封连接，炉膛的底端与移动平台密封连接。上述专利文献的粘度仪通过铂金丝连接测量头和转子，使得转子与坩埚之间的缝隙的尺寸可以仅为0.5~2mm，从而满足1~50cP的粘度测试范围。同时，上述专利文献通过铂金丝的长度使得加热装置的温度不会对测量装置的运转造成影响，从而满足测量100~1000℃之间的高温低粘度熔盐的粘度的要求。然而，上述专利文献所提及的粘度仪的转子并无解决高温环境容易造成旋转式粘度计的转子损坏的问题。

因此，便有需要提供一种用于金属液的即时粘度量测装置能够解决前述的问题。

发明内容

本发明的一目的是提供一种用于金属液的即时粘度量测装置，以及一种建置即时粘度量测装置的多孔性金属板材成形方法。

依据上述的目的，本发明提供一种金属液的即时粘度量测装置，包括：一坩埚，用以容置有金属液；一石墨转子，用以伸入该坩埚内的金属液中，并包括一圆柱部及一叶轮部，该叶轮部固定于该圆柱部下方；以及一伺服马达及一扭力计，该伺服马达借由一转轴而机械连接该扭力计及该石墨转子；其中，该伺服马达具有一转速值及该扭力计具有一扭力值，根据一计算公式，将该转速值及该扭力值换算得该金属液的粘度。

可选地，该叶轮部为扁平圆柱状，其的长度及直径小于该圆柱部的长度及直径。

可选地，该叶轮部包括多个通孔，其贯穿该叶轮部的上下表面，且等距排列环绕于该叶轮部的圆周线上。

可选地，该叶轮部还包括多个半通孔，其只贯穿该叶轮部的下表面的一部分，且等距排列环绕于该叶轮部的圆周线上。

可选地，还包括：一冷却单元，其设置于该支撑架下方。

可选地，还包括：一伺服马达控制器、一处理器单元及一模拟数字转换器，其中该伺服马达经由该伺服马达控制器而电性连接至该处理器单元，且该伺服马达控制器用以控制该伺服马达的启动及停止，并传送该伺服马达的转速值给该处理器单元；以及，该扭力计经由该模拟数字转换器而电性连接至该处理器单元，且该模拟数字转换器用以将该扭力计的扭力值的模拟信号 转换成数字信号，并传送该扭力值的数字信号给该处理器单元。

可选地，该处理器单元接收该伺服马达的转速值及该扭力计的扭力值，并根据一计算公式，即时计算出该金属液的粘度。

可选地，该石墨转子的圆柱部的长度及直径分别介于250 mm±10%之间以及介于100 mm±10%之间，且该石墨转子的叶轮部的长度及直径分别介于30 mm±10%之间以及介于90 mm±10%之间。

本发明更提供一种多孔性金属板材成形方法，包括：建置所述的金属液的即时粘度量测装置。

根据本发明的金属液的即时粘度量测装置，该金属液的高温环境不会造成该即时粘度量测装置的石墨转子的损坏。再者，该石墨转子的叶轮部可使金属液搅拌均匀，同时该扭力计更有效地量测扭力，进而可提高测量粘度的精度。

附图说明

图1为本发明的一实施例的金属液的即时粘度量测装置的结构示意图。

图2为本发明的即时粘度量测装置的石墨转子及坩埚的剖面示意图。

图3为本发明的即时粘度量测装置的石墨转子的侧视示意图。

图4为本发明的石墨转子的圆柱部的立体、上视及侧视示意图。

图5为本发明的石墨转子的叶轮部的立体、上视及侧视示意图。

图6A~图6C为本发明的实施例1~3的发泡铝合金板材的剖面图。

图中：

1即时粘度量测装置；11伺服马达；12扭力计；13转轴；14石墨转子；141圆柱部；142叶轮部；1420通孔；1421上表面；1422下表面；1423圆周线；1425半通孔；15坩埚；16支撑架；17冷却单元；181伺服马达控制器；182处理器单元；183模拟数字转换器；2金属液；3发泡铝合金板材；D直径；D1直径；D2直径；H长度；H1长度；H2长度。

具体实施方式

为让本发明的上述目的、特征和特点能更明显易懂，兹配合图式将本发明相关实施例详细说明如下。

兹配合图式将本发明实施例详细说明如下，其所附图式主要为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此在该等图式中仅标示与本发明有关的元件，且所显示的元件并非以实施时的数目、形状、尺寸比例等加以绘制，其实际实施时的规格尺寸实为一种选择性的设计，且其元件布局形态有可能更为复杂。

图1为本发明的一实施例的用于金属液的即时粘度量测装置的结构示意图。图2为本发明的即时粘度量测装置的石墨转子及坩埚的剖面示意图。请参考图1及图2，本发明的用于金属液2的即时粘度量测装置1包括：伺服马达11、扭力计12、石墨转子14及坩埚15。该伺服马达11及该扭力计12设置于支撑架16上方，该伺服马达11借由转轴13而机械连接该扭力计12及该石墨转子14。该坩埚15(亦可称为保持炉)用以容置有高温的金属液2，例如铝金属液。该石墨转子14用以伸入该坩埚15内的金属液2中。本发明的用于金属液2的即时粘度量测装置1还包括：冷却单元17，其设置于该支撑架16下方，用以降低该坩埚15内的金属液2的热传导至该即时粘度量测装置1。该冷却单元17可为水冷式冷却器。

该伺服马达11带动该石墨转子14以一定的角速率在被测金属液2中旋转，由于受到该金属液2的流体粘滞力的作用，该石墨转子14会产生滞后现象(Hysteresis)，与该石墨转子14连接的弹性元件(图未示)则会在旋转的反方向上产生一定的扭力，然后由该扭力计12感测得扭力值。

本发明的用于金属液2的即时粘度量测装置1还包括：伺服马达控制器181、处理器单元182及模拟数字转换器(analog/digital converter)183。该伺服马达11经由该伺服马达控制器181而电性连接至该处理器单元182。该伺服马达控制器181用以控制该伺服马达11的启动及停止，并传送该伺服马达11的转速值给该处理器单元182。该扭力计12经由该模拟数字转换器183而电性连接至该处理器单元182。该模拟数字转换器183用以将该扭力计12的扭力值的模拟信号(analog signal)转换成数字信号(digital signal)，并传送该扭力值的数字信号给该处理器单元182。该处理器单元182接收该伺服马达11的转速值及该扭力计12的扭力值，并根据下列计算公式，可即时计算出该金属液2的粘度。

计算公式如下：η＝F / (A × dv/dx)

其中：η=粘度， F=剪力， A=石墨转子面积， dv/dx=速度梯度(相对速度)

粘度(viscosity)是指用来描述液体流动难易程度的物理量，其中 若将两块面积为1平方公尺 的板体浸于液体中，两板距离为1公尺，若施加1牛顿的切应力，使两板体之间的相对速率为1m/s，则此液体的粘度为1 Pa‧s。在本实施例中，该金属液2为铝金属液，该铝金属液混有陶瓷粉末，其的粘度介于1~3 mPa‧s。

图3为本发明的即时粘度量测装置的石墨转子的侧视示意图。图4为本发明的石墨转子的圆柱部的立体、上视及侧视示意图。图5为本发明的石墨转子的叶轮部的立体、上视及侧视示意图。请参考图3~图5，该石墨转子14包括一圆柱部141及一叶轮部142，该叶轮部142固定于该圆柱部141下方。该叶轮部142及该圆柱部141可一体成型铸造。当该叶轮部142被转动时，可使该金属液搅拌均匀。该叶轮部142可为扁平圆柱状，其的长度及直径小于该圆柱部141的长度及直径。由于该石墨转子14的长度H及直径D与该石墨转子面积(A)有对应关系，且具有直径D的该石墨转子及该坩埚侧壁(亦即保持炉炉体)之间隙与速度梯度(dv/dx)有对应关系，因此该石墨转子的尺寸(长度H及直径D)会影响计算该金属液的粘度时的精度。在本实施例中，该圆柱部141的长度H1及直径D1分别介于250 mm±10%之间以及介于100 mm±10%之间，该叶轮部142的长度H2及直径D2分别介于30 mm±10%之间以及介于90mm±10%之间较适合量测混有陶瓷粉末的铝金属液，亦即适合量测粘度介于1~3 mPa‧s的铝金属液。

请再参考图5，该叶轮部142包括多个通孔1420，其贯穿该叶轮部142的上下表面1421、1422，且等距排列环绕于该叶轮部142的圆周线1423上。该叶轮部142还包括多个半通孔1425，其只贯穿该叶轮部142的下表面1422的一部分，且等距排列环绕于该叶轮部142的圆周线1423上。各半通孔1425可间隔排列于各通孔1420之间。当该叶轮部142被转动时，该通孔1420、半通孔1425可产生涡流，使金属液搅拌均匀。

根据本发明的用于金属液的即时粘度量测装置，该金属液的高温环境不会造成该即时粘度量测装置的石墨转子的损坏。再者，该石墨转子的叶轮部可使金属液搅拌均匀，同时该扭力计更有效地量测扭力，进而可提高测量粘度的精度。

在本实施例中，该金属液为铝金属液，为了解决工业与民生废铝罐回收铝，本发明于回收后的铝金属液添加陶瓷粉末与微量合金元素，控制铝金属液的粘度值范围，经由不同粘度值对发泡铝合金的引伸长度的影响，控制发泡铝合金板材引拔稳定性与长度。图6A~图6C为本发明的实施例1~3的发泡铝合金板材的剖面图。请参考图6A~图6C及表一，在本发明的实施例1~3中，铝金属液不同的粘度值对应于发泡铝合金板材3不同的孔径及孔洞体积分率，例如实施例1~3的铝金属液的粘度值分别约为1 mPa‧s、1.5 mPa‧s及2 mPa‧s，其对应于发泡铝合金板材3的孔径分别约为20 mm、30 mm及50 mm，孔洞体积分率分别约为80%、85%及90%。因此，若粘度值越大，发泡铝合金板材3的孔径及孔洞体积分率越大。实施例1~3中的发泡铝合金板材3是借由一种连续式发泡金属板材成形方法而制造。该连续式发泡金属板材成形方法包括：建置即时粘度量测装置，通过粘度值简易判断(粘滞系数越低的流体，则流动性越佳)，便能借由调整微量合金元素与保温炉炉温方式，预先调控铝金属液流动性，改善发泡铝合金板材成形时完整性、提高发泡铝合金板材孔洞均匀性。

表一

综上所述，乃仅记载本发明为呈现解决问题所采用的技术手段的较佳实施方式或实施例而已，并非用来限定本发明专利实施的范围。即凡与本发明专利申请范围文义相符，或依本发明专利范围所做的均等变化与修饰，皆为本发明专利范围所涵盖。

Claims (10)

1.一种金属液的即时粘度量测装置，其特征在于，包括：

一坩埚，用以容置有金属液；

一石墨转子，用以伸入该坩埚内的金属液中，并包括一圆柱部及一叶轮部，该叶轮部固定于该圆柱部下方；以及

一伺服马达及一扭力计，该伺服马达借由一转轴而机械连接该扭力计及该石墨转子；

其中，该伺服马达具有一转速值及该扭力计具有一扭力值，根据一计算公式，将该转速值及该扭力值换算得该金属液的粘度。

2.如权利要求1所述的金属液的即时粘度量测装置，其特征在于，该叶轮部为扁平圆柱状，其的长度及直径小于该圆柱部的长度及直径。

3.如权利要求2所述的金属液的即时粘度量测装置，其特征在于，该叶轮部包括多个通孔，其贯穿该叶轮部的上下表面，且等距排列环绕于该叶轮部的圆周线上。

4.如权利要求3所述的金属液的即时粘度量测装置，其特征在于，该叶轮部还包括多个半通孔，其只贯穿该叶轮部的下表面的一部分，且等距排列环绕于该叶轮部的圆周线上。

5.如权利要求1所述的金属液的即时粘度量测装置，其特征在于，还包括：一冷却单元，其设置于该支撑架下方。

6.如权利要求1所述的金属液的即时粘度量测装置，其特征在于，还包括：一伺服马达控制器、一处理器单元及一模拟数字转换器，其中该伺服马达经由该伺服马达控制器而电性连接至该处理器单元，且该伺服马达控制器用以控制该伺服马达的启动及停止，并传送该伺服马达的转速值给该处理器单元；以及，该扭力计经由该模拟数字转换器而电性连接至该处理器单元，且该模拟数字转换器用以将该扭力计的扭力值的模拟信号 转换成数字信号，并传送该扭力值的数字信号给该处理器单元。

7.如权利要求6所述的金属液的即时粘度量测装置，其特征在于，该处理器单元接收该伺服马达的转速值及该扭力计的扭力值，并根据一计算公式，即时计算出该金属液的粘度。

8.如权利要求1所述的金属液的即时粘度量测装置，其特征在于，该石墨转子的圆柱部的长度及直径分别介于250 mm±10%之间以及介于100 mm±10%之间，且该石墨转子的叶轮部的长度及直径分别介于30 mm±10%之间以及介于90 mm±10%之间。

9.一种多孔性金属板材成形方法，其特征在于，包括：建置如权利要求1~8中的任一项所述的金属液的即时粘度量测装置。

10.如权利要求9所述的多孔性金属板材成形方法，其特征在于，该金属液为铝金属液，该铝金属液混有陶瓷粉末，其的粘度介于1~3 mPa‧s。