CN202599785U - 一种测量氢在熔铝中迁移系数的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种测量氢在熔铝中迁移系数的装置，该装置由真空泵、隔热板、加热器、坩埚、热电偶、密封盖、真空计、恒温炉和电磁阀构成，其工作原理是将已知氢含量的熔铝浇注入恒温炉内的坩埚内，盖上密封盖，打开真空阀和真空泵，使恒温炉炉内形成真空，熔铝中的氢沿坩埚的径向向外迁移，一定时间后解除恒温炉的真空，测定出坩埚中铝熔体中的平均氢含量，利用两个氢含量数据计算出氢在熔铝中迁移系数的迁移系数，可以间接用于判定熔铝的冶金质量。

Description

一种测量氢在熔铝中迁移系数的装置

技术领域

本实用新型属铸造领域，涉及一种测量氢在熔铝中迁移系数的装置。

背景技术

氢是铝合金中的有害元素。由于氢在液态铝和固态铝中的溶解度要相差20倍左右，因此，当铝合金从液态向固态转变时，氢要从液相中析出而在铸锭或铸件中形成孔洞，恶化铝制品的性能。氢在铝熔体中的迁移包括原子的扩散和分子的运动。迁移的结果是造成铝熔体内部各部分氢浓度的不同。在浓度梯度的作用下，氢由浓度高的地方向浓度低的地方迁移。根据这一机理，目前已经有了很多清除熔铝中氢的技术，包括惰性气体浮游法，固体氯盐浮游法，超声波法，真空法，熔剂法等等。迁移系数是反映氢在熔铝中传输的重要参数，其含义为在单位浓度梯度下，单位时间内沿迁移方向通过单位面积的氢的流通量。用实验方法测定氢在熔铝中迁移系数专利技术尚不多见，现将有关文献摘录如下：专利CN200910219680.5提出一种用于应力场中氢扩散测量的加载装置及加载方式，采用加载框架和加载条施加载荷1和/或采用轴向加载台施加载荷2，配合氢渗透双电解池，可实现在一定范围内任意改变薄膜内氢渗透方向上的力学场，即应力场大小、方向及其梯度，从而改变氢扩散的条件，模拟实际材料中氢的扩散条件，广泛应用于测量指定应力场中金属氢通量、氢扩散系数，对石油天然气钻采、输运设备、加氢反应器装置、油气输送设备、海洋固定结构、海底管线等使用的钢铁材料和钛合金等进行氢腐蚀、氢渗透以及氢脆敏感性的检测提供了一种先进的技术手段。

专利CN200710100075.7提出了一种涉及用毛细管电泳仪测定物质在液相中扩散系数的方法。揭示了利用毛细管电泳仪测定物质扩散系数时，影响测定准确性的多种关键因素，进而建立了一种具有一定通用性的物质扩散系数的快速测定方法，并可测定待测物质在水或者有机溶剂中的扩散系数。将物质的扩散系数与其洗出峰的出峰时间和半峰宽关联起来，可快速计算得到物质扩散系数值。相对于现有测定物质扩散系数的方法，其具有快速、微量、准确及通用等优点。

专利CN99125593.3提出一种测量薄层熔体中扩散输运系数的扩散单元及制作方法，通过掩膜法，即用已知的镀膜方法在两种不同的扩散物质上下按一定的规范选镀内外保护层，获得用于测量薄层熔体中扩散输运系数的扩散单元结构。发明的扩散单元能有效抑制表面张力对流和重力对流对熔体扩散过程的影响，它可测量厚度从纳米到毫米尺度的薄膜熔体中扩散输运系数，研究界面对扩散过程的影响，还可研究扩散系数与体系维数的关系。

发明内容

本实用新型的目的，是为了提供一种测量熔铝中氢迁移系数的快速、简便的装置。

本实用新型是这样实现的：

测量氢在熔铝中迁移系数的装置，该装置包括真空泵、隔热板、加热器、坩埚、热电偶、密封盖、真空计、恒温炉和电磁阀，加热器安装在坩埚外围，隔热板安装在加热器外围，阻挡热量对炉壁的辐射，真空计和热电偶安装在恒温炉的上部或者侧面，两个电磁阀并联，一端与恒温炉相通，另一端分别与大气和真空泵相通。

以上所述的坩埚为圆柱形体，坩埚侧面为硅酸铝或氧化铝材料构成的孔隙相同的多孔结构，保证坩埚侧壁具有透气性而不能透过铝熔体，坩埚底部和密封盖为耐热钢材料。

本测量氢在熔铝中迁移系数的装置工作原理是：将已知氢含量为C_i的熔铝浇注入恒温炉内的坩埚内，盖上密封盖，启动真空泵使恒温炉内形成真空，铝熔体中的氢沿坩埚的径向通过具有透气性的坩埚壁向外迁移，一定时间t后，测定坩埚中铝熔体中的氢含量C_a，将初始氢含量C_i与t时刻的氢含量C_a一起代入公式计算得出氢在熔铝中氢迁移系数D。

以上所述公式为：

其中R为坩埚的半径。

本实用新型的有益效果在于：

1、原理直观，测试时间短，样品无需预处理，适合于现场在线测试；

2、实验测量步骤简单，仅需测量两次氢含量后代入公式计算；

3、可以间接用于判定熔铝的冶金质量，为铝工业中熔体处理的过程的仿真计算和工艺设计提供数据。

附图说明

图1是本实用新型一种测量氢在熔铝中迁移系数的装置的结构示意图。

图1中标识：

1-真空计，2-热电偶，3-恒温炉，4-隔热板，5-密封盖，6-放气阀，7-真空阀，8-真空泵，9-坩埚，10-加热器。

具体实施方式

实施例1

本实用新型由真空计1、热电偶2、恒温炉3、真空泵8、隔热板4、加热器10、坩埚9、密封盖5、和放气阀6、真空阀7构成，加热器10安装在坩埚9外围，隔热板4安装在加热器10外围，真空计1和热电偶2安装在恒温炉3的上部或者侧面，放气阀6、真空阀7并联后的一端和恒温炉炉体3相通，另一端分别与真空泵8和大气相通坩埚9的形状为圆柱形，坩埚侧面为莫来石砂质材料制备，具有良好的透气性和强度，坩埚底部和密封盖5为耐热不锈钢。隔热板4采用硅酸铝保温隔热材料制备。

实施例2

首先在另外一台坩埚电阻炉内熔化待测量的铝合金样品。合金成分(质量百分数)为：Cu 4.8％，Mg 0.24％，Mn 0.40％和Ti 0.14％，其余为铝。按上述配方配制合金5000克。合金炉料按照纯铝、铝铜中间合金、铝钛中间合金、铝锰中间合金、纯镁的顺序加入。合金熔化后搅拌均匀，调节温度到700℃，用取样勺取熔铝100克，浇注入测氢仪中测量初始氢含量C_i，并记下初始氢含量数值为0.4ml/100gAl。然后再取100g熔铝浇注入恒温炉3内的坩埚9中，盖上密封盖5，使放气阀6为关闭状态，真空阀7为开启状态，开启真空泵，恒温炉中的真空度瞬间达到80mbar时，达到预先设定的时间20秒后，真空泵停止，放气阀6打开使炉内恢复大气气压，测量坩埚9中熔铝的氢含量C_a为0.22ml/100gAl。将原始氢含量数值C_i＝0.4ml/100gAl和抽真空后的氢含量数值C_a＝0.22ml/100gAl代入到公式中计算得出700℃条件下，氢在该合金的迁移系数D为1.2x10^-2cm²/s。

上述计算公式为：

$D=\frac{-R^2\mathrm{In}(\frac{C_a}{C_i}\×1.446)}{5.784\×t}.$

Claims (2)

1.一种测量氢在熔铝中迁移系数的装置，其特征在于：该装置包括真空计（1），热电偶（2），恒温炉（3），隔热板（4），密封盖（5），放气阀（6），真空阀（7），真空泵（8），坩埚（9）和加热器（10），加热器（10）安装在坩埚（9）外围，隔热板（4）安装在加热器（10）外围，真空计（1）和热电偶（2）安装在恒温炉（3）的上部或者侧面，放气阀（6）、真空阀（7）并联后的一端和恒温炉炉体（3）相通，另一端分别与真空泵（8）和大气相通。

2.根据权利要求1所述的测量氢在熔铝中迁移系数的装置，其特征在于：所述的坩埚（9）为圆柱形体，坩埚底部和密封盖（5）均为耐热钢板，坩埚侧面为硅酸铝或氧化铝材料构成的孔隙相连通的多孔结构。