一种基于电动势法测定合金组元活度的装置的制作方法

本实用新型涉及一种基于电动势法测定合金组元活度的装置，属于冶金工程实验设备技术领域。

背景技术：

活度是物理化学和冶金溶体两学科的重要概念，活度的提出是为了解决混合物或冶金溶体中实际浓度与理想浓度的偏差问题，该概念由美国化学家吉尔伯特·路易斯于1907年提出，在冶金物理化学的热力学计算和气液相平衡相图的计算中非常重要。自活度概念提出以来，各国科学家从不同角度推导出了众多活度计算模型，比如wilson方程、nrtl方程以及mivm（分子相互作用体积模型）等，这些模型在推导过程中人为代入很多假设和忽略部分，并不能真实准确的计算得到合金组元的活度，而实验测定即可避免上述不足。因此需要设计合适的装置测定合金组元活度，本工作为了解决这一难题，设计了一种基于电动势法测定合金组元活度的装置，该装置有原理清晰，操作简单，测定准确等优点。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在的问题及不足，本实用新型提供一种基于电动势法测定合金组元活度的装置。通过通氩气系统和真空系统，保证反应器主体中没有空气，避免了合金电极和工作电极的氧化，导致所测电动势偏差大，从而影响最终活度不准确。电阻炉和温度控制系统能精确控制实验所需温度，使得可以该装置可以测定不同成分合金不同温度条件下的组元活度。将被测合金作为工作电极，合金组元中电正性较高的纯金属作为参考电极，选取合适的固态电解质，将它们组装成一个原电池，然后选取合适的金属丝作为导线，并测定该原电池的电动势，最后结合能斯特方程计算得到合金组元的活度。本实用新型通过以下技术方案实现。

一种基于电动势法测定合金组元活度的装置，包括氩气瓶1、减压阀2、流量计3、针阀4、真空泵5、球阀6、电阻炉7、固体电解质8、电极9、氧化铝坩埚10、热电偶11、钨丝导线12、铜冷却线圈16、氧化铝保护套17和反应器主体18，反应器主体18中下部位于电阻炉7内部，反应器主体18上部设有铜冷却线圈16，反应器主体18内部设有坩埚台，坩埚台上放置氧化铝坩埚10，氧化铝坩埚10内部放置固体电解质8和位于固体电解质8内部的两个电极9，其中一个电极9为纯金属电极，另一个电极9为合金电极，两个电极9顶部均连接钨丝导线12，钨丝导线12均穿过反应器主体18顶部后连接电化学工作站，钨丝导线12外部设有氧化铝保护套17，热电偶11穿过反应器主体18顶部且测温部位于固体电解质8内部；氩气瓶1依次通过减压阀2、流量计3和针阀4管道连通反应器主体18组成充氩气系统；真空泵5通过球阀6管道连通反应器主体18组成真空系统。

所述电阻炉7设有现有温控系统，温控系统中的温控仪连接热电偶11。

所述钨丝导线12和氧化铝保护套17缝隙间设有环氧树脂13。

所述热电偶11、氧化铝保护套17均通过超高压真空接头14穿过反应器主体18顶部。

所述反应器主体18上部设有若干块隔热板15。

该基于电动势法测定合金组元活度的装置的工作原理为：

把合金电极和纯金属电极分别放入固态电解质8直径方向的两个钻孔中，然后合金电极和纯金属电极分别通过钨丝导线12连接电化学工作站，热电偶11穿过高真空接头14并使底端插入固态电解质8中心孔；固态电解质8和电极9（合金电极和纯金属电极）以及钨丝导线12组成原电池，把原电池置于氧化铝坩埚10中；将氧化铝坩埚10置于反应器主体18的坩埚台上，反应器主体18放入电阻炉7中。测定电动势时，首先通过真空泵5将反应器主体18中的空气抽出，同时电阻炉7升温至393k，排除空气和水分，然后关闭球阀6；通过氩气瓶1向反应器主体18中通入氩气，然后关掉氩气，开启真空泵5继续抽真空，彻底清除固态电解质8和反应器主体18中的残留水分，继续启动电阻炉7加热反应器18，待温度到达实验所需温度时，记录电化学工作站中的电势差，然后根据能斯特方程计算得到合金组元的活度。

本实用新型的有益效果是：

（1）本装置在操作过程中是真空环境，有效避免了合金电极被氧化，从而影响电动势的测定，并最终影响活度的测定值。

（2）可以根据实验的要求测定不同温度条件下合金组元的活度。

（3）测定活度原理清晰明了，装置相对简单，实验测定的合金组元活度准确、可靠，有效避免了模型计算带来的误差。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图。

图中：1-氩气瓶，2-减压阀，3-流量计，4-针阀，5-真空泵，6-球阀，7-电阻炉，8-固体电解质，9-电极，10-氧化铝坩埚，11-热电偶，12-钨丝导线，13-环氧树脂，14-超高压真空接头，15-隔热板，16-铜冷却线圈，17-氧化铝保护套，18-反应器主体。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本实用新型作进一步说明。

实施例1

如图1所示，该基于电动势法测定合金组元活度的装置，包括氩气瓶1、减压阀2、流量计3、针阀4、真空泵5、球阀6、电阻炉7、固体电解质8、电极9、氧化铝坩埚10、热电偶11、钨丝导线12、铜冷却线圈16、氧化铝保护套17和反应器主体18，反应器主体18中下部位于电阻炉7内部，反应器主体18上部设有铜冷却线圈16，反应器主体18内部设有坩埚台，坩埚台上放置氧化铝坩埚10，氧化铝坩埚10内部放置固体电解质8和位于固体电解质8内部的两个电极9，其中一个电极9为纯金属电极，另一个电极9为合金电极，两个电极9顶部均连接钨丝导线12，钨丝导线12均穿过反应器主体18顶部后连接电化学工作站，钨丝导线12外部设有氧化铝保护套17，热电偶11穿过反应器主体18顶部且测温部位于固体电解质8内部；氩气瓶1依次通过减压阀2、流量计3和针阀4管道连通反应器主体18组成充氩气系统；真空泵5通过球阀6管道连通反应器主体18组成真空系统。

其中电阻炉7设有现有温控系统，温控系统中的温控仪连接热电偶11；钨丝导线12和氧化铝保护套17缝隙间设有环氧树脂13；热电偶11、氧化铝保护套17均通过超高压真空接头14穿过反应器主体18顶部；反应器主体18上部设有若干块隔热板15。

以上结合附图对本实用新型的具体实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。

技术特征：

1.一种基于电动势法测定合金组元活度的装置，其特征在于：包括氩气瓶（1）、减压阀（2）、流量计（3）、针阀（4）、真空泵（5）、球阀（6）、电阻炉（7）、固体电解质（8）、电极（9）、氧化铝坩埚（10）、热电偶（11）、钨丝导线（12）、铜冷却线圈（16）、氧化铝保护套（17）和反应器主体（18），反应器主体（18）中下部位于电阻炉（7）内部，反应器主体（18）上部设有铜冷却线圈（16），反应器主体（18）内部设有坩埚台，坩埚台上放置氧化铝坩埚（10），氧化铝坩埚（10）内部放置固体电解质（8）和位于固体电解质（8）内部的两个电极（9），其中一个电极（9）为纯金属电极，另一个电极（9）为合金电极，两个电极（9）顶部均连接钨丝导线（12），钨丝导线（12）均穿过反应器主体（18）顶部后连接电化学工作站，钨丝导线（12）外部设有氧化铝保护套（17），热电偶（11）穿过反应器主体（18）顶部且测温部位于固体电解质（8）内部；氩气瓶（1）依次通过减压阀（2）、流量计（3）和针阀（4）管道连通反应器主体（18）组成充氩气系统；真空泵（5）通过球阀（6）管道连通反应器主体（18）组成真空系统。

2.根据权利要求1所述的基于电动势法测定合金组元活度的装置，其特征在于：所述钨丝导线（12）和氧化铝保护套（17）缝隙间设有环氧树脂（13）。

3.根据权利要求1所述的基于电动势法测定合金组元活度的装置，其特征在于：所述热电偶（11）、氧化铝保护套（17）均通过超高压真空接头（14）穿过反应器主体（18）顶部。

4.根据权利要求1所述的基于电动势法测定合金组元活度的装置，其特征在于：所述反应器主体（18）上部设有若干块隔热板（15）。

技术总结
本实用新型涉及一种基于电动势法测定合金组元活度的装置，属于冶金工程实验设备技术领域。该基于电动势法测定合金组元活度的装置，包括氩气瓶、减压阀、流量计、针阀、真空泵、球阀、电阻炉、固体电解质、电极、氧化铝坩埚、热电偶、钨丝导线、铜冷却线圈、氧化铝保护套和反应器主体。本实用新型通过通氩气系统和真空系统，保证反应器主体中没有空气和水分，避免了合金电极和工作电极的氧化，导致所测电动势偏差大，从而影响最终活度不准确。

技术研发人员：孔令鑫;杨斌;徐俊杰;高晶宝;徐宝强;游彦军;李一夫
受保护的技术使用者：昆明理工大学
技术研发日：2019.04.25
技术公布日：2020.05.12