專利名稱：測(cè)定電磁場(chǎng)下鈦合金熔體與氧化物陶瓷潤(rùn)濕角的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
測(cè)定電磁場(chǎng)下鈦合金熔體與氧化物陶瓷潤(rùn)濕角的裝置技術(shù)領(lǐng)域[0001]本發(fā)明涉及測(cè)定裝置，尤其是一種測(cè)定電磁場(chǎng)下鈦合金熔體與氧化物陶瓷潤(rùn)濕角的裝置。
背景技術(shù)：
[0002]鈦合金具有低密度、高強(qiáng)度、良好的抗腐蝕性、優(yōu)異的抗高溫氧化性能、高的高溫強(qiáng)度等優(yōu)良性能，是航空、航天、汽車等領(lǐng)域的最佳高溫結(jié)構(gòu)材料。目前國(guó)內(nèi)外已經(jīng)開始利用鈦合金研制航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、渦輪盤，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)葉輪、排氣閥等耐高溫輕質(zhì)高強(qiáng)結(jié)構(gòu)件。電磁場(chǎng)作為一種新型的物理場(chǎng)，在材料加工領(lǐng)域得到了日益廣泛的應(yīng)用，借助電磁場(chǎng)來液態(tài)成形鈦合金構(gòu)件已成為前沿性的研究課題。目前鈦合金復(fù)雜構(gòu)件的最佳成形工藝是精密鑄造技術(shù)，而精鑄成形的最大難點(diǎn)是如何調(diào)控氧化物陶瓷鑄型與高化學(xué)活性的鈦合金熔體之間的界面化學(xué)反應(yīng)。研究表明，在電磁液態(tài)成形過程中，鈦合金熔體與氧化物陶瓷鑄型間的潤(rùn)濕角對(duì)于獲得高質(zhì)量鈦合金鑄件具有重要的影響，但迄今，只有日本的amjim提出了一套測(cè)定純鈦熔體與氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯陶瓷間潤(rùn)濕角的裝置，但該裝置存在如下兩點(diǎn)缺陷或不足[0003]1.采用的是傳統(tǒng)的“座滴法”，對(duì)于高熔點(diǎn)高活性的鈦合金熔體，當(dāng)采用“座滴法” 測(cè)定其在陶瓷基體上的潤(rùn)濕角時(shí)，由于鈦及其合金元素高的化學(xué)活性，在鈦合金熔化為液滴前，鈦及其合金元素就已與氧化物陶瓷的組成元素在界面處發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在原有氧化物陶瓷基體的表面形成了另外一種成分的新陶瓷表面，待鈦合金完全熔化后所測(cè)得的潤(rùn)濕角已不是鈦合金熔體對(duì)原來待測(cè)化學(xué)成分的陶瓷基體的潤(rùn)濕角。[0004]2.只能測(cè)定重力場(chǎng)下鈦合金熔體在氧化物陶瓷上的潤(rùn)濕角，關(guān)于測(cè)定電磁場(chǎng)下鈦合金熔體與氧化物陶瓷間潤(rùn)濕角的裝置還未見報(bào)道。發(fā)明內(nèi)容[0005]本發(fā)明的目的是提供一種測(cè)定電磁場(chǎng)下鈦合金熔體與氧化物陶瓷潤(rùn)濕角的裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，測(cè)定準(zhǔn)確，適用范圍廣。[0006]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是該測(cè)定裝置包括爐殼，爐殼上設(shè)有前觀察窗、后觀察窗和抽充氣口，在前觀察窗的前方安裝照片拍攝處理系統(tǒng)，在后觀察窗的后方安裝定向投光裝置，爐殼的內(nèi)部從上到下依次安裝抽拉機(jī)構(gòu)、感應(yīng)加熱線圈和電阻加熱體。[0007]其中，所述的照片拍攝處理系統(tǒng)包括成像設(shè)備夾持架、工業(yè)數(shù)碼高速相機(jī)和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，成像設(shè)備夾持架上固定全方位移動(dòng)的工業(yè)數(shù)碼高速相機(jī)，工業(yè)數(shù)碼高速相機(jī)與計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)相連。[0008]其中，所述的抽拉機(jī)構(gòu)包括升降桿和夾具，升降桿的上端安裝在爐殼內(nèi)的頂部，升降桿的下端安裝夾具。[0009]其中，所述的感應(yīng)加熱線圈是由銅管繞成的圓柱，加熱過程中對(duì)感應(yīng)加熱線圈通水冷卻，感應(yīng)加熱線圈的長(zhǎng)度和直徑能容納鈦合金試樣和氧化物陶瓷。[0010]其中，所述的電阻加熱體包括圓柱形陶瓷保溫套和電阻加熱元件，圓柱形陶瓷保溫套安裝在爐殼內(nèi)的底部，圓柱形陶瓷保溫套內(nèi)安裝電阻加熱元件。[0011]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1、采用抽拉機(jī)構(gòu)調(diào)整鈦合金試樣在感應(yīng)加熱線圈中的位置，精確控制鈦合金的熔化量，避免鈦合金熔體與其他材料的直接接觸，保證了鈦合金熔體的純凈度；2、感應(yīng)加熱線圈既可以加熱鈦合金試樣，又可以對(duì)滴落在氧化物陶瓷上的鈦合金液滴進(jìn)行保溫加熱，并為整個(gè)潤(rùn)濕過程提供穩(wěn)恒電磁場(chǎng)；3、在爐殼前后設(shè)計(jì)觀察窗，方便對(duì)鈦合金液滴的觀察和拍攝；4、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，測(cè)定準(zhǔn)確，適用范圍廣，特別適用于測(cè)定電磁場(chǎng)作用下鈦合金熔體與氧化物陶瓷間的潤(rùn)濕角。


[0012]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。[0013]圖中1爐殼，2前觀察窗，3后觀察窗，4抽充氣口，5定向投光裝置，6感應(yīng)加熱線圈，7成像設(shè)備夾持架，8工業(yè)數(shù)碼高速相機(jī)，9鈦合金液滴，10氧化物陶瓷，11計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，12升降桿，13夾具，14鈦合金試樣，15陶瓷保溫套，16電阻加熱元件。
具體實(shí)施方式
[0014]
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的描述。[0015]如圖1所示，它包括爐殼1，爐殼1上設(shè)有前觀察窗2、后觀察窗3和抽充氣口 4，在前觀察窗2的前方安裝照片拍攝處理系統(tǒng)，在后觀察窗3的后方安裝定向投光裝置5，爐殼 1的內(nèi)部從上到下依次安裝抽拉機(jī)構(gòu)、感應(yīng)加熱線圈6和電阻加熱體。[0016]其中，所述的照片拍攝處理系統(tǒng)包括成像設(shè)備夾持架7、工業(yè)數(shù)碼高速相機(jī)8和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)11，成像設(shè)備夾持架7上固定全方位移動(dòng)的工業(yè)數(shù)碼高速相機(jī)8，工業(yè)數(shù)碼高速相機(jī)8與計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)11相連。[0017]其中，所述的抽拉機(jī)構(gòu)包括升降桿12和夾具13，升降桿12的上端安裝在爐殼1內(nèi)的頂部，升降桿12的下端安裝夾具13。[0018]其中，所述的感應(yīng)加熱線圈6是由銅管繞成的圓柱，加熱過程中對(duì)感應(yīng)加熱線圈6 通水冷卻，感應(yīng)加熱線圈6的長(zhǎng)度和直徑能容納鈦合金試樣14和氧化物陶瓷10。[0019]其中，所述的電阻加熱體包括圓柱形陶瓷保溫套15和電阻加熱元件16，圓柱形陶瓷保溫套15安裝在爐殼1內(nèi)的底部，圓柱形陶瓷保溫套15內(nèi)安裝電阻加熱元件16。[0020]使用時(shí)，首先將鈦合金試樣14固定在升降桿12下端的夾具13上，氧化物陶瓷10 放在電阻加熱體的圓柱形陶瓷保溫套15上，使鈦合金試樣14、感應(yīng)加熱線圈6和氧化物陶瓷10三者的軸線相互吻合；然后通過在抽充氣口 4上接高真空泵和氬氣降低爐膛中的氧氣含量；利用電阻加熱元件16對(duì)氧化物陶瓷10加熱，當(dāng)溫度達(dá)到試驗(yàn)要求時(shí)，啟動(dòng)升降桿 12，將鈦合金試樣14末端伸入到通入高頻的感應(yīng)加熱線圈6中，當(dāng)鈦合金試樣14末端熔化并滴落在氧化物陶瓷10表面時(shí)，再次啟動(dòng)升降桿12將鈦合金試樣14升起，以免金屬熔體繼續(xù)滴落，同時(shí)利用感應(yīng)加熱線圈6對(duì)滴落在氧化物陶瓷10上的金屬液滴進(jìn)行電磁場(chǎng)下的保溫加熱，測(cè)定不同時(shí)刻的潤(rùn)濕角；鈦合金液滴9在氧化物陶瓷10上的潤(rùn)濕過程通過安裝在成像設(shè)備支持架7上的工業(yè)數(shù)碼高速相機(jī)8進(jìn)行實(shí)時(shí)拍攝，并由計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)11對(duì)拍攝的潤(rùn)濕照片進(jìn)行潤(rùn)濕角的測(cè)量，成像設(shè)備支持架7可以使相機(jī)8全方位移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)工業(yè)4數(shù)碼高速8準(zhǔn)確對(duì)焦在鈦合金液滴9上并與氧化物陶瓷10表面保持水平，確保成像清晰， 潤(rùn)濕角測(cè)定準(zhǔn)確。
權(quán)利要求1.測(cè)定電磁場(chǎng)下鈦合金熔體與氧化物陶瓷潤(rùn)濕角的裝置，它包括爐殼(1)，其特征在于爐殼(1)上設(shè)有前觀察窗(2)、后觀察窗(3)和抽充氣口(4)，在前觀察窗(2)的前方安裝照片拍攝處理系統(tǒng)，在后觀察窗(3)的后方安裝定向投光裝置(5)，爐殼(1)的內(nèi)部從上到下依次安裝抽拉機(jī)構(gòu)、感應(yīng)加熱線圈(6)和電阻加熱體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)定電磁場(chǎng)下鈦合金熔體與氧化物陶瓷潤(rùn)濕角的裝置，其特征在于所述的照片拍攝處理系統(tǒng)包括成像設(shè)備夾持架(7)、工業(yè)數(shù)碼高速相機(jī)(8)和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(11)，成像設(shè)備夾持架(7)上固定全方位移動(dòng)的工業(yè)數(shù)碼高速相機(jī)(8)， 工業(yè)數(shù)碼高速相機(jī)(8)與計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(11)相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)定電磁場(chǎng)下鈦合金熔體與氧化物陶瓷潤(rùn)濕角的裝置，其特征在于所述的抽拉機(jī)構(gòu)包括升降桿(12)和夾具(13)，升降桿(12)的上端安裝在爐殼 (1)內(nèi)的頂部，升降桿(12)的下端安裝夾具(13)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)定電磁場(chǎng)下鈦合金熔體與氧化物陶瓷潤(rùn)濕角的裝置，其特征在于所述的感應(yīng)加熱線圈(6)是由銅管繞成的圓柱，加熱過程中對(duì)感應(yīng)加熱線圈(6) 通水冷卻，感應(yīng)加熱線圈(6)的長(zhǎng)度和直徑能容納鈦合金試樣(14)和氧化物陶瓷(10)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)定電磁場(chǎng)下鈦合金熔體與氧化物陶瓷潤(rùn)濕角的裝置，其特征在于所述的電阻加熱體包括圓柱形陶瓷保溫套(15)和電阻加熱元件(16)，圓柱形陶瓷保溫套(15)安裝在爐殼(1)內(nèi)的底部，圓柱形陶瓷保溫套(15)內(nèi)安裝電阻加熱元件 (16)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了測(cè)定電磁場(chǎng)下鈦合金熔體與氧化物陶瓷潤(rùn)濕角的裝置，包括爐殼(1)，爐殼(1)上設(shè)有前觀察窗(2)、后觀察窗(3)和抽充氣口(4)，在前觀察窗(2)的前方安裝照片拍攝處理系統(tǒng)，在后觀察窗(3)的后方安裝定向投光裝置(5)，爐殼(1)的內(nèi)部從上到下依次安裝抽拉機(jī)構(gòu)、感應(yīng)加熱線圈(6)和電阻加熱體。本實(shí)用新型采用抽拉機(jī)構(gòu)調(diào)整鈦合金試樣在感應(yīng)加熱線圈中的位置，精確控制鈦合金的熔化量，避免鈦合金熔體與其他材料的直接接觸，保證鈦合金熔體的純凈度，感應(yīng)加熱線圈既加熱鈦合金試樣又對(duì)滴落在氧化物陶瓷上的鈦合金液滴進(jìn)行保溫，為整個(gè)潤(rùn)濕過程提供穩(wěn)恒電磁場(chǎng)，適用測(cè)定電磁場(chǎng)作用下鈦合金熔體與氧化物陶瓷間的潤(rùn)濕角。
文檔編號(hào)G01N13/00GK202256104SQ20112037117
公開日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2011年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月28日
發(fā)明者劉愛輝, 李邦盛, 郭景杰, 隋艷偉 申請(qǐng)人:淮陰工學(xué)院