专利名称：测定电磁场下钛合金熔体与氧化物陶瓷润湿角的装置的制作方法
技术领域：
测定电磁场下钛合金熔体与氧化物陶瓷润湿角的装置技术领域[0001]本发明涉及测定装置，尤其是一种测定电磁场下钛合金熔体与氧化物陶瓷润湿角的装置。
背景技术：
[0002]钛合金具有低密度、高强度、良好的抗腐蚀性、优异的抗高温氧化性能、高的高温强度等优良性能，是航空、航天、汽车等领域的最佳高温结构材料。目前国内外已经开始利用钛合金研制航空发动机叶片、涡轮盘，汽车发动机叶轮、排气阀等耐高温轻质高强结构件。电磁场作为一种新型的物理场，在材料加工领域得到了日益广泛的应用，借助电磁场来液态成形钛合金构件已成为前沿性的研究课题。目前钛合金复杂构件的最佳成形工艺是精密铸造技术，而精铸成形的最大难点是如何调控氧化物陶瓷铸型与高化学活性的钛合金熔体之间的界面化学反应。研究表明，在电磁液态成形过程中，钛合金熔体与氧化物陶瓷铸型间的润湿角对于获得高质量钛合金铸件具有重要的影响，但迄今，只有日本的amjim提出了一套测定纯钛熔体与氧化钇稳定的氧化锆陶瓷间润湿角的装置，但该装置存在如下两点缺陷或不足[0003]1.采用的是传统的“座滴法”，对于高熔点高活性的钛合金熔体，当采用“座滴法” 测定其在陶瓷基体上的润湿角时，由于钛及其合金元素高的化学活性，在钛合金熔化为液滴前，钛及其合金元素就已与氧化物陶瓷的组成元素在界面处发生化学反应，在原有氧化物陶瓷基体的表面形成了另外一种成分的新陶瓷表面，待钛合金完全熔化后所测得的润湿角已不是钛合金熔体对原来待测化学成分的陶瓷基体的润湿角。[0004]2.只能测定重力场下钛合金熔体在氧化物陶瓷上的润湿角，关于测定电磁场下钛合金熔体与氧化物陶瓷间润湿角的装置还未见报道。发明内容[0005]本发明的目的是提供一种测定电磁场下钛合金熔体与氧化物陶瓷润湿角的装置，结构简单，操作方便，测定准确，适用范围广。[0006]本发明的技术解决方案是该测定装置包括炉壳，炉壳上设有前观察窗、后观察窗和抽充气口，在前观察窗的前方安装照片拍摄处理系统，在后观察窗的后方安装定向投光装置，炉壳的内部从上到下依次安装抽拉机构、感应加热线圈和电阻加热体。[0007]其中，所述的照片拍摄处理系统包括成像设备夹持架、工业数码高速相机和计算机数据处理系统，成像设备夹持架上固定全方位移动的工业数码高速相机，工业数码高速相机与计算机数据处理系统相连。[0008]其中，所述的抽拉机构包括升降杆和夹具，升降杆的上端安装在炉壳内的顶部，升降杆的下端安装夹具。[0009]其中，所述的感应加热线圈是由铜管绕成的圆柱，加热过程中对感应加热线圈通水冷却，感应加热线圈的长度和直径能容纳钛合金试样和氧化物陶瓷。[0010]其中，所述的电阻加热体包括圆柱形陶瓷保温套和电阻加热元件，圆柱形陶瓷保温套安装在炉壳内的底部，圆柱形陶瓷保温套内安装电阻加热元件。[0011]本发明具有以下优点1、采用抽拉机构调整钛合金试样在感应加热线圈中的位置，精确控制钛合金的熔化量，避免钛合金熔体与其他材料的直接接触，保证了钛合金熔体的纯净度；2、感应加热线圈既可以加热钛合金试样，又可以对滴落在氧化物陶瓷上的钛合金液滴进行保温加热，并为整个润湿过程提供稳恒电磁场；3、在炉壳前后设计观察窗，方便对钛合金液滴的观察和拍摄；4、结构简单，操作方便，测定准确，适用范围广，特别适用于测定电磁场作用下钛合金熔体与氧化物陶瓷间的润湿角。
[0012]图1是本发明的结构示意图。[0013]图中1炉壳，2前观察窗，3后观察窗，4抽充气口，5定向投光装置，6感应加热线圈，7成像设备夹持架，8工业数码高速相机，9钛合金液滴，10氧化物陶瓷，11计算机数据处理系统，12升降杆，13夹具，14钛合金试样，15陶瓷保温套，16电阻加热元件。
具体实施方式
[0014]
以下结合附图对本发明的技术方案作进一步的描述。[0015]如图1所示，它包括炉壳1，炉壳1上设有前观察窗2、后观察窗3和抽充气口 4，在前观察窗2的前方安装照片拍摄处理系统，在后观察窗3的后方安装定向投光装置5，炉壳 1的内部从上到下依次安装抽拉机构、感应加热线圈6和电阻加热体。[0016]其中，所述的照片拍摄处理系统包括成像设备夹持架7、工业数码高速相机8和计算机数据处理系统11，成像设备夹持架7上固定全方位移动的工业数码高速相机8，工业数码高速相机8与计算机数据处理系统11相连。[0017]其中，所述的抽拉机构包括升降杆12和夹具13，升降杆12的上端安装在炉壳1内的顶部，升降杆12的下端安装夹具13。[0018]其中，所述的感应加热线圈6是由铜管绕成的圆柱，加热过程中对感应加热线圈6 通水冷却，感应加热线圈6的长度和直径能容纳钛合金试样14和氧化物陶瓷10。[0019]其中，所述的电阻加热体包括圆柱形陶瓷保温套15和电阻加热元件16，圆柱形陶瓷保温套15安装在炉壳1内的底部，圆柱形陶瓷保温套15内安装电阻加热元件16。[0020]使用时，首先将钛合金试样14固定在升降杆12下端的夹具13上，氧化物陶瓷10 放在电阻加热体的圆柱形陶瓷保温套15上，使钛合金试样14、感应加热线圈6和氧化物陶瓷10三者的轴线相互吻合；然后通过在抽充气口 4上接高真空泵和氩气降低炉膛中的氧气含量；利用电阻加热元件16对氧化物陶瓷10加热，当温度达到试验要求时，启动升降杆 12，将钛合金试样14末端伸入到通入高频的感应加热线圈6中，当钛合金试样14末端熔化并滴落在氧化物陶瓷10表面时，再次启动升降杆12将钛合金试样14升起，以免金属熔体继续滴落，同时利用感应加热线圈6对滴落在氧化物陶瓷10上的金属液滴进行电磁场下的保温加热，测定不同时刻的润湿角；钛合金液滴9在氧化物陶瓷10上的润湿过程通过安装在成像设备支持架7上的工业数码高速相机8进行实时拍摄，并由计算机处理系统11对拍摄的润湿照片进行润湿角的测量，成像设备支持架7可以使相机8全方位移动来实现工业4数码高速8准确对焦在钛合金液滴9上并与氧化物陶瓷10表面保持水平，确保成像清晰， 润湿角测定准确。
权利要求1.测定电磁场下钛合金熔体与氧化物陶瓷润湿角的装置，它包括炉壳(1)，其特征在于炉壳(1)上设有前观察窗(2)、后观察窗(3)和抽充气口(4)，在前观察窗(2)的前方安装照片拍摄处理系统，在后观察窗(3)的后方安装定向投光装置(5)，炉壳(1)的内部从上到下依次安装抽拉机构、感应加热线圈(6)和电阻加热体。
2.根据权利要求1所述的测定电磁场下钛合金熔体与氧化物陶瓷润湿角的装置，其特征在于所述的照片拍摄处理系统包括成像设备夹持架(7)、工业数码高速相机(8)和计算机数据处理系统(11)，成像设备夹持架(7)上固定全方位移动的工业数码高速相机(8)， 工业数码高速相机(8)与计算机数据处理系统(11)相连。
3.根据权利要求1所述的测定电磁场下钛合金熔体与氧化物陶瓷润湿角的装置，其特征在于所述的抽拉机构包括升降杆(12)和夹具(13)，升降杆(12)的上端安装在炉壳 (1)内的顶部，升降杆(12)的下端安装夹具(13)。
4.根据权利要求1所述的测定电磁场下钛合金熔体与氧化物陶瓷润湿角的装置，其特征在于所述的感应加热线圈(6)是由铜管绕成的圆柱，加热过程中对感应加热线圈(6) 通水冷却，感应加热线圈(6)的长度和直径能容纳钛合金试样(14)和氧化物陶瓷(10)。
5.根据权利要求1所述的测定电磁场下钛合金熔体与氧化物陶瓷润湿角的装置，其特征在于所述的电阻加热体包括圆柱形陶瓷保温套(15)和电阻加热元件(16)，圆柱形陶瓷保温套(15)安装在炉壳(1)内的底部，圆柱形陶瓷保温套(15)内安装电阻加热元件 (16)。
专利摘要本实用新型公开了测定电磁场下钛合金熔体与氧化物陶瓷润湿角的装置，包括炉壳(1)，炉壳(1)上设有前观察窗(2)、后观察窗(3)和抽充气口(4)，在前观察窗(2)的前方安装照片拍摄处理系统，在后观察窗(3)的后方安装定向投光装置(5)，炉壳(1)的内部从上到下依次安装抽拉机构、感应加热线圈(6)和电阻加热体。本实用新型采用抽拉机构调整钛合金试样在感应加热线圈中的位置，精确控制钛合金的熔化量，避免钛合金熔体与其他材料的直接接触，保证钛合金熔体的纯净度，感应加热线圈既加热钛合金试样又对滴落在氧化物陶瓷上的钛合金液滴进行保温，为整个润湿过程提供稳恒电磁场，适用测定电磁场作用下钛合金熔体与氧化物陶瓷间的润湿角。
文档编号G01N13/00GK202256104SQ20112037117
公开日2012年5月30日 申请日期2011年9月28日 优先权日2011年9月28日
发明者刘爱辉, 李邦盛, 郭景杰, 隋艳伟 申请人:淮阴工学院