一种铝合金快速测氢装置及测氢方法
【专利摘要】一种铝合金快速测氢装置及测氢方法，属于合金熔体净化与检测【技术领域】。装置，包括真空泵，在盖板与真空容器之间设置有密封圈；真空泵通过真空管道与真空室相连通，真空泄压阀、真空度调节阀和真空表分别设置在真空管道上。方法：启动真空泵，使真空室内达到设定压力，关闭真空泵，将真空室泄压至一个大气压状态，打开盖板；将待测熔体浇入到坩埚中，使其在一个大气压下凝固；将待测熔体浇入到另一个坩埚中，并放入到真空室内，盖上盖板，启动真空泵，使待测熔体在设定的真空条件下凝固；采用密度计测定在一个大气压下凝固的参考样密度和在设定的真空条件下凝固的试样密度，确定待测铝合金熔体的密度指数，确定待测熔体的氢含量。
【专利说明】一种铝合金快速测氢装置及测氢方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于合金熔体净化与检测【技术领域】，特别是涉及一种铝合金快速测氢装置 及测氢方法，主要用于铝合金熔体中氢含量的检测。
【背景技术】
[0002] 铝合金熔体的净化是保证其冶金质量的关键技术，降低熔体中的氢含量是铝合金 熔体净化的主要目的。铝合金在熔炼过程中，对氢或水蒸气非常敏感，不可避免地会吸收一 定程度的氢。如果熔体不加处理就进行铸造（铸模铸造或连续铸造），就会产生气孔、疏松 等缺陷，并可能引起铸锭或铸件的热裂，从而增加废品率。因此，一方面，在熔炼过程中，尽 量减少氢的引入；另一方面，在铸造之前要对熔体进行除气净化处理。根据除气的机理，除 气方法可分为吸附和非吸附除气两大类。吸附除气是指通过铝合金液直接与吸附剂（如各 种气体、液体、固体精炼剂及过滤介质等）相接触，使吸附剂与铝合金液中的气体发生物理 化学的、物理的或机械的作用，达到除气的目的。属于吸附净化的方法有：熔剂法、旋转除 气法等。非吸附除气是指不依靠向熔体中加吸附剂，而通过某种物理作用（如真空、超声波 等），改变金属气体系统的平衡状态，从而使气体和夹杂物从铝合金液中分离出来的方法。 属于非吸附净化的方法有：真空处理、超声波处理等。目前，在企业中常用的除气方法主要 有熔剂法、旋转除气法等，其中旋转除气法应用最为广泛。
[0003] 铝合金熔体除气净化处理后要对熔体中的氢含量进行测定以确定除气效果的优 劣。目前常用的测氢方法有惰性气体闭路循环检测法、固体电解质浓差电池法、铝合金熔体 中氢分压直接测量法、固态测氢法和减压凝固法等。惰性气体闭路循环检测法是利用一种 特殊的隔膜泵，使作为载体的纯惰性气体（一般为氩气或氮气）通过金属熔体，并使惰性气 体在铝合金熔体和仪器管路中沿闭合回路没有损失地循环。惰性气体的气泡通过熔体时， 金属中的氢就会向气泡中扩散，当气泡和铝合金熔体中的浓度达到平衡时停止循环。用热 导检测仪测量循环气体中的氢分压，根据氢分压换算出熔体中的氢含量。常见的Telegas 型液态测氢仪和Alscan测氢仪属于惰性气体闭路循环检测法。该方法的优点是氢含量测 定速度较快，一般需要5-15分钟；另外精度较高，达到0. 01ml/100g A1。存在的不足是设 备成本高、探头作为消耗品易损坏、运行成本高。ALSPEC Η测氢仪属于固体电解质浓差电池 法，CHAPEL测氢仪属于铝合金熔体中氢分压直接测量法；以上两种方法同样存在不足，即 设备成本高、探头属于消耗品易损坏、运行成本高。英国Severn Science公司开发的HYSCAN II测氢仪是基于定量减压凝固法，该方法是将l〇〇g左右的熔体试样放入到真空室中凝固， 然后分析真空室中的氢分压，从而确定铝合金熔体中的氢含量。该方法的优点是精度高，容 易操作。存在的不足之处：熔体中有无夹杂物对结果有影响；铝合金中易挥发元素（Mg、Zn) 的蒸汽容易干扰判断；设备成本高、维护成本高。LEC0公司的RH-402型测氢仪属于固态测 氢法，该方法的主要优点是精度高，存在的问题是设备成本高、运行成本高，而且分析速度 慢，不适合于在线测氢。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术存在的问题，本发明提供一种铝合金快速测氢装置及测氢方法，其 设备简单、容易操作，设备成本和维护成本低，且测定结果准确。
[0005] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案，一种铝合金快速测氢装置，包括真 空泵、真空室、真空表、真空泄压阀、真空度调节阀及坩埚；所述真空室由盖板和真空容器组 成，在盖板与真空容器之间设置有密封圈；所述真空泵通过真空管道与真空室相连通，真空 泄压阀、真空度调节阀和真空表分别设置在真空管道上。
[0006] 所述的真空泄压阀、真空度调节阀和真空表分别与控制面板相连接。
[0007] 采用所述的铝合金快速测氢装置的测氢方法，包括如下步骤：
[0008] 步骤一：启动真空泵，通过调节真空度调节阀使真空室内达到设定压力，然后关闭 真空泵，并通过真空泄压阀将真空室泄压至一个大气压状态，然后打开真空室的盖板；
[0009] 步骤二：将待测铝合金熔体浇入到坩埚中，使其在一个大气压下凝固，作为参考 样；
[0010] 步骤三：将待测铝合金熔体浇入到另一个坩埚中，并放入到真空室内，盖上真空室 的盖板，启动真空泵，使待测铝合金熔体在步骤一中所设定的真空条件下凝固，作为试样；
[0011] 步骤四：根据阿基米德定律，采用密度计测定步骤二中在一个大气压下凝固的参 考样的密度D a和步骤三中在设定的真空条件下凝固的试样的密度Dv ;
[0012] 步骤五：根据下式确定待测铝合金熔体的密度指数Di :
[0013]
【权利要求】
1. 一种铝合金快速测氢装置，其特征在于包括真空泵、真空室、真空表、真空泄压阀、真 空度调节阀及坩埚；所述真空室由盖板和真空容器组成，在盖板与真空容器之间设置有密 封圈；所述真空泵通过真空管道与真空室相连通，真空泄压阀、真空度调节阀和真空表分别 设置在真空管道上。
2. 根据权利要求1所述的铝合金快速测氢装置，其特征在于所述的真空泄压阀、真空 度调节阀和真空表分别与控制面板相连接。
3. 采用权利要求1所述的铝合金快速测氢装置的测氢方法，其特征在于，包括如下步 骤： 步骤一：启动真空泵，通过调节真空度调节阀使真空室内达到设定压力，然后关闭真空 泵，并通过真空泄压阀将真空室泄压至一个大气压状态，然后打开真空室的盖板； 步骤二：将待测铝合金熔体浇入到坩埚中，使其在一个大气压下凝固，作为参考样； 步骤三：将待测铝合金熔体浇入到另一个坩埚中，并放入到真空室内，盖上真空室的盖 板，启动真空泵，使待测铝合金熔体在步骤一中所设定的真空条件下凝固，作为试样； 步骤四：根据阿基米德定律，采用密度计测定步骤二中在一个大气压下凝固的参考样 的密度Da和步骤三中在设定的真空条件下凝固的试样的密度Dv ; 步骤五：根据下式确定待测铝合金熔体的密度指数Di :
步骤六：根据铝合金熔体的密度指数与氢含量的关系曲线，以及步骤五中确定的待测 铝合金熔体的密度指数A，即可确定待测铝合金熔体的氢含量。
4. 根据权利要求3所述的采用铝合金快速测氢装置的测氢方法，其特征在于步骤六中 所述的铝合金熔体的密度指数与氢含量的关系曲线的确定方法，包括如下步骤： 步骤A :启动真空泵，通过调节真空度调节阀使真空室内达到设定压力，然后关闭真空 泵，并通过真空泄压阀将真空室泄压至一个大气压状态，然后打开真空室的盖板； 步骤B :将铝合金熔体浇入到坩埚中，使其在一个大气压下凝固，作为参考样； 步骤C:将铝合金熔体浇入到另一个坩埚中，并放入到真空室内，盖上真空室的盖板， 启动真空泵，使铝合金熔体在步骤A中所设定的真空条件下凝固，作为试样； 步骤D :根据阿基米德定律，采用密度计测定步骤B中在一个大气压下凝固的参考样的 密度Dal和步骤C中在设定的真空条件下凝固的试样的密度Dvl ; 步骤E :根据下式确定铝合金熔体的密度指数Dn :
步骤F :通过测氢仪测定铝合金熔体中的氢含量； 步骤G:通过熔体保温和除气获得不同氢含量的铝合金熔体，并重复步骤A至步骤F，得 到若干组铝合金熔体的密度指数和氢含量的数据； 步骤Η :根据上述数据即可绘制铝合金熔体的密度指数与氢含量的关系曲线。
【文档编号】G01N9/36GK104215554SQ201410428657
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年8月28日 优先权日:2014年8月28日
【发明者】左玉波, 康轶瑶, 蔺玥, 崔建忠 申请人:东北大学