專利名稱：鋁合金熔體氫分壓動(dòng)態(tài)測(cè)定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于冶金和鑄造領(lǐng)域的發(fā)明創(chuàng)造，具體的是提出一種新的鋁合金熔 體氫分壓的快速測(cè)定方法。
背景技術(shù)：
研究表明，鋁及鋁合金中的氫，對(duì)諸如塑性、韌性、疲勞壽命、應(yīng)力腐蝕 抗力等力學(xué)性能具有顯著的影響，因氫量過高造成的廢品率約占全部鋁鑄件廢 品的一半。為此人們?cè)阡X鑄件的生產(chǎn)過程中采取多種方法對(duì)鋁熔體進(jìn)行精煉， 以減小鋁熔體中的氫含量。顯然，在澆注前準(zhǔn)確測(cè)定鋁熔體中的氫含量，對(duì)于 控制鑄件質(zhì)量和評(píng)價(jià)除氣工藝的效果具有重要的意義。
目前用于測(cè)定鋁合金熔體中含氫量的方法已有許多，各國研制的測(cè)氫裝置 近20余種。在眾多測(cè)氫方法中，生產(chǎn)中經(jīng)常應(yīng)用的是減壓凝固法、第一氣泡法、 惰性氣體攜帶法、直接測(cè)壓和濃差電池法等。其中減壓凝固法屬定性測(cè)定方法， 其它方法則為定量計(jì)算法。濃差電池法具有測(cè)試速度快的優(yōu)點(diǎn)，但其測(cè)試成本 明顯高于其它方法。除濃差電池法以外，其它方法多以"減壓"為基本測(cè)試條 件，通過測(cè)定鋁合金熔體氫分壓，利用公式計(jì)算熔體含氫量。為了準(zhǔn)確測(cè)得氫 分壓，必須有足夠的測(cè)試時(shí)間以確保熔體中的氫充分?jǐn)U散出來，直接影響了測(cè) 試速度。因此，以縮短氫擴(kuò)散時(shí)間為重點(diǎn)，研究鋁合金熔體氫分壓快速測(cè)定方 法，對(duì)于開發(fā)新一代快速測(cè)氫儀具有非常重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種鋁合金熔體氫分壓的動(dòng)態(tài)快速測(cè)定方法，與現(xiàn)有的同類測(cè)定 方法相比，可大幅縮短測(cè)試時(shí)間、提髙測(cè)試效率，同時(shí)能夠獲得更可靠、更精 確的測(cè)試結(jié)果，本發(fā)明通過改變測(cè)氫系統(tǒng)真空室的容積達(dá)到動(dòng)態(tài)測(cè)定熔體氫分 壓的目的。
上述的目的通過以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)鋁合金熔體氫分壓動(dòng)態(tài)測(cè)定方法，首先利用真空泵使真空室進(jìn)入預(yù)定真空 狀態(tài)，將探頭插入鋁液中，打開探頭與真空室間的閥門，啟動(dòng)減速機(jī)單元，通 過不斷減小測(cè)氫系統(tǒng)真空室的容積，使系統(tǒng)內(nèi)的真空度逐漸降低，在真空內(nèi)壓 強(qiáng)變化的過程中測(cè)得熔體氫分壓，即動(dòng)態(tài)測(cè)定熔體氫分壓。
所述的鋁合金熔體氫分壓動(dòng)態(tài)測(cè)定方法，所述的利用真空泵使真空室進(jìn)入 真空狀態(tài)過程指將可變?nèi)菡婵帐覕U(kuò)容至最大容積后，打開真空室與真空泵間 的閥門，關(guān)閉其它閥門，此時(shí)傳感器開始工作，真空泵對(duì)真空室抽真空，真空 度達(dá)到103Pa級(jí),關(guān)閉所有閥門，以便使真空室內(nèi)壓強(qiáng)迅速接近熔體氫分壓。
所述的鋁合金熔體氫分壓動(dòng)態(tài)測(cè)定方法，在真空室內(nèi)壓強(qiáng)升高的過程中， 進(jìn)行所述的動(dòng)態(tài)測(cè)定熔體氫分壓測(cè)定，即動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)室內(nèi)實(shí)際壓強(qiáng)值和實(shí)時(shí)計(jì)算 理論壓強(qiáng)值及其與實(shí)際壓強(qiáng)值的差值，實(shí)際壓強(qiáng)值高于理論壓強(qiáng)值代表"吸氫" 過程，實(shí)際壓強(qiáng)值低于理論壓強(qiáng)值代表"呼氫"過程，實(shí)際壓強(qiáng)值等于理論壓 強(qiáng)值時(shí)熔體中的氫與真空室中的氫達(dá)到擴(kuò)散的動(dòng)態(tài)平衡，此時(shí)真空室內(nèi)的實(shí)際 壓強(qiáng)值即為熔體的氫分壓。
所述的鋁合金熔體氫分壓動(dòng)態(tài)測(cè)定方法，所述的真空泵為能達(dá)到測(cè)試實(shí)驗(yàn)所 需初始真空度的真空泵(1),所述的真空泵連接一個(gè)靠減速單元改變?nèi)莘e的可
變?nèi)菡婵帐?2)、所述的真空室和被檢測(cè)的鋁熔體之間通過探頭(5)連接，所 述的真空室上還裝有防止探頭損壞后鋁合金熔體被吸入真空室的隔離單元(6)、 所述的真空室與壓力變送器直接相連，安裝在所述的真空室上的壓力傳感器(7) 與溫度傳感器(8)輸出的信號(hào)均送入數(shù)據(jù)采集與處理單元(10)。
所述的鋁合金熔體氫分壓動(dòng)態(tài)測(cè)定方法，所述的數(shù)據(jù)采集與處理單元包括 通過電路相互連接的信號(hào)調(diào)理電路、模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、串行通訊接口和工業(yè)控制 計(jì)算機(jī)。
本發(fā)明的有益效果
1.本發(fā)明可大幅縮短測(cè)試時(shí)間、提高測(cè)試效率。測(cè)定過程中利用真空泵使 真空室達(dá)到預(yù)定初始真空度(真空度具體數(shù)值可根據(jù)具體合金確定)，通過減小真空室的容積使系統(tǒng)內(nèi)的真空度逐漸降低，促使真空室內(nèi)壓強(qiáng)盡快接近熔體氫 分壓。在真空室內(nèi)壓強(qiáng)逐漸升高的過程中動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)室內(nèi)實(shí)際壓強(qiáng)值和實(shí)時(shí)計(jì)算 理論壓強(qiáng)值及其與實(shí)際壓強(qiáng)值的差值。實(shí)際壓強(qiáng)值高于理論壓強(qiáng)值代表"吸氫" 過程，實(shí)際壓強(qiáng)值低于理論壓強(qiáng)值代表"呼氫"過程(鋁熔體中的氫向真空室 擴(kuò)散稱為"吸氫"，真空室中的"氫"向鋁合金熔體中擴(kuò)散稱為"呼氫")。實(shí) 際壓強(qiáng)值等于理論壓強(qiáng)值說明熔體中的氫與真空室中的氫達(dá)到擴(kuò)散的動(dòng)態(tài)平 衡，此時(shí)真空室內(nèi)的實(shí)際壓強(qiáng)值即為熔體的氫分壓。本發(fā)明的方法通過動(dòng)態(tài)快 速測(cè)定鋁熔體中的氫分壓，無需長時(shí)間等待真空室與鋁熔體中的氫達(dá)到氣體分
壓平衡,可大幅度縮短測(cè)定時(shí)間；
2.利用減容測(cè)壓方法快速搜索平衡氫分壓可省去充氫環(huán)節(jié)，使測(cè)試裝置大 為簡化。


附圖1是真空室變?nèi)葸^程示意圖。
附圖2是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方法的裝置構(gòu)成示意圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例l:
鋁合金熔體氫分壓動(dòng)態(tài)測(cè)定方法，首先利用真空泵使真空室進(jìn)入真空狀態(tài)， 將探頭插入鋁液中，打開探頭與真空室間的閥門，啟動(dòng)減速機(jī)單元，通過不斷 減小測(cè)氫系統(tǒng)真空室的容積，使系統(tǒng)內(nèi)的真空度逐漸降低，動(dòng)態(tài)測(cè)定熔體氫分 壓。本方法的測(cè)試條件是確保真空系統(tǒng)高度密閉(即不漏氣)，真空室變?nèi)菟俣?必須確定，亦即真空室內(nèi)各時(shí)刻的壓強(qiáng)必須可計(jì)算。如附圖1所示，真空室長 度可在O-Z之間變化，假定某一時(shí)刻真空室的壓強(qiáng)為6 ，以勻速v改變?nèi)莘e(全 過程真空室保持恒溫和密閉)，經(jīng)t時(shí)間后，真空室壓強(qiáng)變?yōu)锳 ，根據(jù)克拉伯 龍方程式，A可計(jì)算為
式(1) A+i空室密閉時(shí)，室內(nèi)理論壓強(qiáng)S經(jīng)^秒后的變化值。而實(shí)際上真空室
5是經(jīng)隔離裝置和閥門等部件與鋁合金熔體相通的，真空室可以從鋁熔體中"吸 入"或向鋁熔體中"呼出"氫氣，從而使測(cè)得的真空室實(shí)際壓強(qiáng)^與理論計(jì)算 壓強(qiáng)A產(chǎn)生偏差，即AF-A-A 。這種偏差的大小完全取決于真空室"吸入"
或"呼出"氫氣的多少，A尸〉0代表吸氫過程，A尸〈0代表呼氫過程，A尸二 O代表吸氫與呼氫達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，真空室內(nèi)壓強(qiáng)與鋁熔體內(nèi)氫分壓相等。在變?nèi)?過程中，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)真空室內(nèi)實(shí)際壓強(qiáng)變化，并隨時(shí)將實(shí)際測(cè)得的壓強(qiáng)值與該點(diǎn) (第一測(cè)量點(diǎn)除外)的理論壓強(qiáng)值相減求出差值。該差值(即A戶值)等于零或 最接近零(由于間隔采樣的影響可能導(dǎo)致絕對(duì)零值不出現(xiàn)，但通過調(diào)整采樣周 期可以最大限度逼近零值)時(shí)所對(duì)應(yīng)的實(shí)測(cè)壓強(qiáng)值即為熔體氫分壓。 實(shí)施例2:
實(shí)施例1所述的鋁合金熔體氫分壓動(dòng)態(tài)測(cè)定方法中，所述的利用真空泵使
真空室進(jìn)入真空狀態(tài)過程指將可變?nèi)菡婵帐覕U(kuò)容至最大容積，打開真空室與
真空泵間的閥門，關(guān)閉其它閥門，此時(shí)傳感器開始工作，真空泵對(duì)真空室抽真
空，真空度達(dá)到103pa級(jí),關(guān)閉所有閥門，以便使真空室內(nèi)壓強(qiáng)迅速接近熔體氫 分壓。
在真空室內(nèi)壓強(qiáng)升高的過程中，進(jìn)行所述的熔體氫分壓動(dòng)態(tài)測(cè)定，是指動(dòng) 態(tài)監(jiān)測(cè)室內(nèi)實(shí)際壓強(qiáng)值和實(shí)時(shí)計(jì)算理論壓強(qiáng)值及其與實(shí)際壓強(qiáng)值的差值，實(shí)際 壓強(qiáng)值高于理論壓強(qiáng)值代表"吸氫"過程，實(shí)際壓強(qiáng)值低于理論壓強(qiáng)值代表"呼 氫"過程，實(shí)際壓強(qiáng)值等于理論壓強(qiáng)值時(shí)熔體中的氫與真空室中的氫達(dá)到擴(kuò)散 的動(dòng)態(tài)平衡，此時(shí)真空室內(nèi)的實(shí)際壓強(qiáng)值即為熔體的氫分壓。
實(shí)施例3:
所述的鋁合金熔體氫分壓動(dòng)態(tài)測(cè)定方法，所述的真空泵為達(dá)到測(cè)試實(shí)驗(yàn)所 需初始真空度的真空泵1，所述的真空泵連接一個(gè)靠減速單元改變?nèi)莘e的可變?nèi)?br> 真空室2、所述的真空室和被檢測(cè)的鋁熔體之間通過探頭5連接，所述的真空室 上還裝有防止探頭損壞后鋁合金熔體被吸入真空室的隔離單元6、所述的真空室 直接與壓力變送器相連，安裝在所述的真空室上的壓力傳感器7與溫度傳感器8 輸出的信號(hào)均送入數(shù)據(jù)采集與處理單元10。所述的數(shù)據(jù)采集與處理單元包括通過電路相互連接的信號(hào)調(diào)理電路、模/數(shù) 轉(zhuǎn)換模塊、串行通訊接口和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。 實(shí)施例4:
本發(fā)明通過下述方案實(shí)現(xiàn)如附圖2所示，本測(cè)試系統(tǒng)可由如下幾個(gè)部分 組成真空泵l、可變?nèi)菡婵帐?、減速單元3、真空閥門組4-l、 4-2、探頭5、 隔離單元6、壓力傳感器7、溫度傳感器8、恒溫槽9和數(shù)據(jù)采集與處理單元10。 真空泵用于使真空室達(dá)到實(shí)驗(yàn)所需的初始真空度；可變?nèi)菡婵帐彝ㄟ^減速單元 改變?nèi)莘e，可使其內(nèi)部壓強(qiáng)連續(xù)變化；探頭用于連通真空室和鋁熔體之間的"吸 氫"和"呼氫"通道，要求具有足夠的熱穩(wěn)定性、高溫機(jī)械強(qiáng)度和適中的透氣 率，以確保插入鋁熔體中不分解、不產(chǎn)生氣體和透氣不透液；隔離單元用于防 止探頭損壞后鋁合金烙體被吸入真空室；壓力變送器與真空室直接相連，實(shí)時(shí) 監(jiān)測(cè)室內(nèi)壓力變化;溫度傳感器用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)熔體溫度。壓力傳感器與溫度傳感 器輸出的信號(hào)均送入數(shù)據(jù)采集與處理單元。數(shù)據(jù)采集與處理單元包括信號(hào)調(diào)理 電路、模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、串行逋訊接口和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)等。信號(hào)調(diào)理電路的作 用是對(duì)壓力傳感器與溫度傳感器輸出的信號(hào)進(jìn)行幅值放大處理，以滿足數(shù)據(jù)采 集模塊的入口要求。數(shù)據(jù)采集模塊將調(diào)理后的溫度、壓力信號(hào)以串行總線方式 經(jīng)通信接口模塊傳至計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)完成各種計(jì)算和判別。
測(cè)試過程第一步將可變?nèi)菡婵帐覕U(kuò)容至最大容積，打開真空室與真空 泵間的閥門，關(guān)閉其他閥門，此時(shí)傳感器開始工作，真空泵對(duì)真空室抽真空， 當(dāng)真空度達(dá)到10卞3級(jí)時(shí)，關(guān)閉所有閥門。第二步將探頭插入鋁液中，打開探 頭與真空室間的閥門。第三步啟動(dòng)減速機(jī)單元，計(jì)算機(jī)根據(jù)旋轉(zhuǎn)時(shí)間自動(dòng)計(jì) 算某一時(shí)刻的體積增量和理論壓強(qiáng)值，壓力傳感器采集此時(shí)真空室內(nèi)實(shí)際壓強(qiáng) 數(shù)據(jù),溫度傳感器采集此時(shí)熔體的溫度信號(hào)，將實(shí)測(cè)壓強(qiáng)值與計(jì)算壓強(qiáng)值相減， 找出差值等于零或最接近零時(shí)所對(duì)應(yīng)的實(shí)際壓強(qiáng)值，即為熔體氫分壓值。
上述所有開關(guān)及減速機(jī)單元起停動(dòng)作以及參數(shù)計(jì)算和識(shí)別功能均在計(jì)算機(jī) 控制下自動(dòng)完成。
權(quán)利要求
1.一種鋁合金熔體氫分壓動(dòng)態(tài)測(cè)定方法，其特征是首先利用真空泵使真空室進(jìn)入預(yù)定真空狀態(tài)，將探頭插入鋁液中，打開探頭與真空室間的閥門，啟動(dòng)減速機(jī)單元，通過不斷減小測(cè)氫系統(tǒng)真空室的容積，使系統(tǒng)內(nèi)的真空度逐漸降低，在真空內(nèi)壓強(qiáng)變化的過程中測(cè)得熔體氫分壓，即動(dòng)態(tài)測(cè)定熔體氫分壓。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁合金熔體氫分壓動(dòng)態(tài)測(cè)定方法，其特征是所 述的利用真空泵使真空室進(jìn)入真空狀態(tài)過程指將可變?nèi)菡婵帐覕U(kuò)容至最大容 積后，打開真空室與真空泵間的閥門，關(guān)閉其它閥門，此時(shí)傳感器開始工作， 真空泵對(duì)真空室抽真空，真空度達(dá)到10卞&級(jí)，關(guān)閉所有閥門，以便使真空室內(nèi) 壓強(qiáng)迅速接近烙體氫分壓。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鋁合金熔體氫分壓動(dòng)態(tài)測(cè)定方法，其特征是: 在真空室內(nèi)壓強(qiáng)升高的過程中，進(jìn)行所述的動(dòng)態(tài)測(cè)定熔體氫分壓測(cè)定，即動(dòng)態(tài) 監(jiān)測(cè)室內(nèi)實(shí)際壓強(qiáng)值和實(shí)時(shí)計(jì)算理論壓強(qiáng)值及其與實(shí)際壓強(qiáng)值的差值，實(shí)際壓 強(qiáng)值高于理論壓強(qiáng)值代表"吸氫"過程，實(shí)際壓強(qiáng)值低于理論壓強(qiáng)值代表"呼 氫"過程，實(shí)際壓強(qiáng)值等于理論壓強(qiáng)值時(shí)熔體中的氫與真空室中的氫達(dá)到擴(kuò)散 的動(dòng)態(tài)平衡，此時(shí)真空室內(nèi)的實(shí)際壓強(qiáng)值即為熔體的氫分壓。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鋁合金熔體氫分壓動(dòng)態(tài)測(cè)定方法，其特征是 所述的真空泵為能達(dá)到測(cè)試實(shí)驗(yàn)所需初始真空度的真空泵(1),所述的真空泵 連接一個(gè)靠減速單元改變?nèi)莘e的可變?nèi)菡婵帐?2)、所述的真空室和被檢測(cè)的 鋁熔體之間通過探頭(5)連接，所述的真空室上還裝有防止探頭損壞后鋁合金 熔體被吸入真空室的隔離單元(6)、所述的真空室與壓力變送器直接相連，安 裝在所述的真空室上的壓力傳感器(7)與溫度傳感器(8)輸出的信號(hào)均送入 數(shù)據(jù)采集與處理單元(10)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的鋁合金熔體氫分壓動(dòng)態(tài)測(cè)定方法，其特征是所述 的數(shù)據(jù)采集與處理單元包括通過電路相互連接的信號(hào)調(diào)理電路、模/數(shù)轉(zhuǎn)換模 塊、串行通訊接口和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。
全文摘要
鋁合金熔體氫分壓動(dòng)態(tài)測(cè)定方法，鋁及鋁合金中的氫，對(duì)諸如塑性、韌性、疲勞壽命、應(yīng)力腐蝕抗力等力學(xué)性能具有顯著的影響，因氫量過高造成的廢品率約占全部鋁鑄件廢品的一半。為此人們?cè)阡X鑄件的生產(chǎn)過程中采取多種方法對(duì)鋁熔體進(jìn)行精煉，以減小鋁熔體中的氫含量。本發(fā)明首先利用真空泵使真空室進(jìn)入預(yù)定真空狀態(tài)，將探頭插入鋁液中，打開探頭與真空室間的閥門，啟動(dòng)減速機(jī)單元，通過不斷減小測(cè)氫系統(tǒng)真空室的容積，使系統(tǒng)內(nèi)的真空度逐漸降低，在真空內(nèi)壓強(qiáng)變化的過程中測(cè)得熔體氫分壓，即動(dòng)態(tài)測(cè)定熔體氫分壓。本發(fā)明用于在澆注前準(zhǔn)確測(cè)定鋁熔體中的氫含量。
文檔編號(hào)G01N33/20GK101561382SQ20081006430
公開日2009年10月21日 申請(qǐng)日期2008年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月15日
發(fā)明者謙 孫, 張建雷, 李大勇, 王利華 申請(qǐng)人:哈爾濱理工大學(xué)