Устройство для исследования поверхностных свойств расплавов

Устройство для исследования поверхностных свойств расплавов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советскии

Социапистичесиик

Респубпии

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

«i 928199 (61) Дополнительное к авт. свид-ву, (22) Заявлено 27. 10.80(21) 2998039/18-25 с присоединением заявки №(23) Приоритет (5I )M. Кл.

С Ol N 13/02

3Ьеудоротваииый комитет

СССР иа делам иаобретеиий и открытий

Опубликовано 15 ° 05 ° 82 ° Бюллетень ¹ 18 (53) УДК 532.612.

° 3 (088. 8) Дата опубликования описания 15.05,82

Т. В. Захарова,С. И. Попель, А. и Л, В. Симонов (72) Авторы изобретения

Центральный научно-исследовател материалов и технологии тяжелог машиностроения и Ордена Трудово политехнический институт им. (71) Заявители

{54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ

СВОЙСТВ РАСПЛАВОВ

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано s лабораторных условиях для определения методом лежащей капли плотности, поверхностного натяжения металлических ок5 сидных и- солевых расплавов, их температурной и концентрационной зависимости, углов смачивания расплавами твердых поверхностей и кинетики растекания.

Известно устройство для определения плотности и поверхностного натяжения лежащей капли расплавленных металлов, содержащее вакуумную печь со

cMoTpoRblM окном, а такие оптическую систему для фотографирования параметров капли исследуемого металла или сплава. В печь с помоцью вакуумного гнезда вмонтирована трубка с вильсоновским уплотнением и штоком, на кон- о це которого установлена цанга для крепления легирующего компонента, выполненного в виде штабиков с перешейками. Это устройство позволяет осуществить измерение поверхностного натяжения и плотности серии сплавов разной концентрации, используя стационарно установленную подложку и одну каплю, концентрация легирующего компонента в которой меняется от опыта к опыту (1) .

Недостатком этого устройства является отсутствие универсальности в использовании установки.

Наиболее близким к изобретению является устройство для исследования поверхностных свойств расплавс1в, содержацее вакуумную печь с рабочей камерой, образованной водоохлаждаемым корпусом, нагреватель, теплоизолиру" ющие экраны. приспособление для перемещения капельниц и подложек, смотровые окна и оптическую систему для измерения параметров капли расплава(2)

Недостатком известного устройства является понииенная точность из-эа отсутствия приспособлений для настройки падлоики на горизонтальность.

3 9281

В качестве исследуемой капли нель, зя использовать металлы с высоким сродством к кислороду (например, Ет>, Al, Cr, Ип, металлы группы РЗМ и другие), поскольку при расплавлении капля самопроизвольно, под действием силы тяжести, падает на подложку и при этом не производится очистка капли от окисной пленки. Если окисные пленки на поверхности капли металла трудно восстановимы, не плавятся при температуре опыта (например, окись цинка, окись алюминия и другие). или не возгоняются при достижении определенного разрежения, то наличие окисной корочки снижает достоверность полученных результатов, а в некоторых случаях полностью исключает растекание.

Устройство не позволяет изучать поверхностные свойства металлов и сплавов при температурах, заметно превышающих температуру ликвидуса, так как в этом случае капля не может быть удержана в тигт>е. Кроме того, невозможно изучать температурную зависимость углов смачивания и кинетики растекания без разгерметизации камеры.

Цель изобретения - расширение технологических возможностей устройства и повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для исследования поверхностных свойств расплавов, содержащее

35 вакуумную печь с рабочей камерой, образованной водоохлаждаемым корпусом, нагреватель, теплоизолирующие экраны, смотровые окна и оптическую систему для измерения параметров капли распла 0 ва, снаб>нено камерами для размещения капельниц и подложек; установленных с двух сторон рабочей камеры с возможностью их перемещения относительt но ее вертикальных и горизонтальных

45 осей и отделенными от нее водоохлаждаемыми перегородками с центральными отверстиями, при этом в камере для размещения капельниц на водоохлаждаемой перегородке установлен вращающийся столик с ячейками для капель50 ниц и чередующимися с ними сквозными отверстиями, через центральное отверстие в водоохлаждаемой перегородке проходит шток для перемещения капельниц, имеющии захват, а камера для м 55 размещения подложек снабжена кассетой, предметным столиком, механизмом перемещения и юстировки горизонтального

99 4 положения предметного столика со штоками, проходящими через отверстие в кассете, и UJToKQM для подачи подложек на предметный столик.

Капельница содержит в донной части капиллярный сквозной канал, стенки которого выполнены из материала, не смачиваемого исследуемым расплавом, и снабжена крышкой с прорезью, форма которой повторяет форму захвата штока перемещения капельниц.

Оптическая система выполнена в виде, по,крайней мере, четырех смотровых окон, два из которых расположены в водоохлаждаемом корпусе рабочей камеры и по одному s камерах для размещения капельниц и подложек, и системы призм.

На фиг. 1 показано устройство, общий вид; на фиг. 2 - узел устройства, предназначенйый для хранения и перемещения капельниц; на фиг. 3капельница в положении транспортировки s рабочую камеру; на фиг. 4— то же, в рабочем состоянии в момент формирования капли.

Водоохлаждаемая рабочая камера 1 (см. фиг. 1) закреплена на опорной раме 2. Внутри водоохлаждаемой рабочей камеры установлен молибденовый нагреватель 3, имеющий конструкцию типа "беличье колесо", Водоохлаждаемый корпус изолирован от нагревателя теплоизолирующими экранами 4, Корпус рабочей камеры снабжен двумя смотровыми окнами, одно из которых (окно Я предназначено для внешней подсветки, а другое (окно 6) является смотровым для фотографирования или измерения профиля капли лежащей на подложке 8, которая установлена на предметном столике 9. Над каплей на оси симметрии устройства размещена капельница 10, которая удерживается захватом 11 ытока 12. Для измерения температуры капли в нижней части водоохлаждаемой рабочей камеры введена термопара 13. Водоохлаждаемый корпус рабочей камеры снабжен патрубком 14 для соединения ее рабочего пространства с системой вакуумирования (условно не показана) . Снизу и сверху водоохлаждаемая рабочая камера закрыта нижней 15 и верхней 16 водоохлаждаемыми перегородками. К нижней водоохлаждаемой перегородке вакуумплотно присоединена камера для размещения подложек 17 со смотровым окном 18, внутри которой располо>нены

5 9281 кассета 19 с подложками 20, горизонтальный шток 21 для перемещения под" ложек и три вертикальных подвижных штока 22, механизм подъема 23 предметного столика проходит через отверстие 5 в нижней водоохламдаемой перегородке.

Камера для размещения подложек расположена на тележке 24. К верхней водоохлаидаемой перегородке вакуумплотно присоединена камера для размещения 16 капельниц 25 со смотровым окном 26.

Внутрь камеры для размещения капель" ниц через вильсоновское уплотнение

27 введены штоки 12 и 28 для поворота вращающегося столика 29 с капель- 15 ницами 30, закрытыми специальными

, крышками 31. Капельница 30. {такме, как и 10) содержит в донной части капиллярный сквозной канал 32 { см. фиг. 3), поверхность которого не сма- 2О чивается исследуемыми расплавами.

В устройство входит упорное кольцо 33, 3 закрепленное в рабочей зоне на.верхней водоохлаждаемой перегородке с помощью местких подвесок 34. Внутри ка- 5 меры для размещения капельниц установлены призмы 35 оптической системы для измерения параметров капли в плане.

Камера для размещения капельниц закреплена на вращающейся консоли 36 подъемного механизма 37. Вращающийся столик 29 {см. фиг. 2) установлен в опорном подшипнике 38 водоохламдаемой перегородки Ч6. Столик содериит ячейки 39 для капельниц, чередующи- M еся со сквозными отверстиями 40.

В рабочем полоиении столик прижат к опоре штоком 28. Усилие IlpHNGTHR столика S и вращающий момент М ф передаются от специального механизма 4о известной конструкции {не показан).

Капельница {см..фиг. 3) в момент транспортировки в рабочую камеру висит на захвате 11 штока 12. В крышке 31 капельницы выполнена прорезь 41, повто- 45 ряющая форму захвата 11. В рабочей полости капельницы размещена навеска

42 исследуемого металла или сплава.

На фиг. 4 показана капельница в момент формирования капли 43. Капель50 ница прижата к опорному кольцу 33, :которое удерживается жесткими подвесками 34, Капля формируется под действием усилия Г от штока 12.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Перед началом работы предметный столик 9 (см. Фиг. 1) опущен s край99 6 нее нимнее поломение. Камера для размещения подломек 17 с помощью тележки 24 отодвинута из-под водоохлаида" емой рабочей камеры 1. Шток 12 с захватом 11 находится в крайнем верхнем положении. Камера для размещения капельниц 25 приподнята и при помощи механизмов 36 и 37 отведена в сторону от верхней водоохлажДаемой перегородки 16. В кассете 19 размещаются под- . ложки 20. На верхней водоохлаждаемой перегородке 16 в ячейках вращающегося столика 29 {см. Фиг. 1 и фиг. 2) устанавливаются капельницы 30 с эагру. женными в них исследуемыми навесками.

Капельницы закрыты специальными крышками 31 с прорезями, в которые при

: последующей работе входит захват ll

:{см. Фиг. 1 и фиг. 3) ытока 12. С помощью тележки 24 камера для размещения подложек 17 вкатывается под рабочую камеру 1 до совмещения их осей симметрии. Камера для размецения капельниц 29 при помощи механизмов 36 и 37 поворачивается и опускается на верхнюю водоохлаидаемую перегородку

16 до плотного контакта с ней, Йток

28 зацепляется с вращающимся столиком 29. Устройство герметизируется с помощью вакуумплотных прокладок и предусмотренных для этого-крепежных элементов. Через патрубок 14 осуществляется вакуумирование устройства, после чего через тот же патрубок устройство может быть заполнено защитным газом. На этом подготовка устройства к работе заканчивается. При помощи механизмов 23 и вертикальных подвижных штоков 22 предметный столик 9 с располоиенной на ней подложкой 8 поднимается в верхнее крайнее положение и производится юстировка поломения подложки 8 с помощью механизма подъема 23.

Вращающийся столик 29 при помощи штока 28 поворачивается в положение для захвата капельницы 10 путем вве- дения его захвата 11 в паз 41 {см. фиг. 3) крышки 31.капельницы 30. Затем капельница приподнимается ытоком иэ ячейки, столик поворачивается так, чтобы ось симметрии одного из сквоэ" ных отверстий его совпадала с центром сквозного отверстия водоохлаждаемой перегородки. Шток 12 с капельницей 10 опускается до упорного кольца 33

{см. Фиг, 1) . Осуществляется включение нагревателя 3 и исследуемая навес928 199 ка нагревается в капельнице до необходимой температуры, Движением штока l? с усилием Г из капельницы на подложку через капилляр выдавливается капля (см. фиг. 4) . При этом все твер-5 дые окислы остаются в капельнице.

После формирования капли осуществляется измерение ее параметров в про.филь и в плане.

Шток 12.с капельницей 10 поднимается в крайнее верхнее положение.

С помощью штока 28 вращающийся столик

29 устанавливается таким образом, чтобы капельницу можно было опустить в свободную ячейку 39 (см. фиг. 2), после чего шток 12 с капельницей 10 опускается, захват 11 (см. фиг. 3) выводится из прорези 21 и шток 12, поднимаясь вверх, освобождается от использованной капельницы 10. При по мощи механизма подъема 23 предметный столик 9 опускается B крайнее нижнее положение. С помощью горизонтального штока 21 с негр убирается использованная подложка и этим же штоком устанавливается очередная подложка. На этом цикл работы устройства заканчивается.

После изучения поверхностных свойств всех металлов и сплавов, навески которых размещены в капельницах на вращающемся столике, устройство отключается от системы электропитания и вакуумирования (условно не показаны) о и приводится в исходное состояние.

За счет разделения пространства устройства на три камеры и отделения их водоохлаждаемыми перегородками достигается размещение подложек и навесок исследуемых расплавов вне рабочей ка40 меры, что позволяет хранить в контролируемой атмосфере необходимый для всей серии опьй ов запас подложек и навесок и по возможности исключить окисление исходных материалов, так

45 как навески и подложки находятся в холодном состоянии на всех стадиях подготовки опыта. Предлагаемое устройство для исследования поверхностных свойств расплавов позволяет разместить в ограниченном вакуумированном пространстве большее количество навесок и подложек различных сплавов и за счет этого увеличить номенклатуру сплавов, исследуемых в одной серии опытов без разгерметизации печи. Благодаря этому можно изучать поверхностные свойства металлов, обладающих большим сродством к кислороду, испытывать в одной серии опытов металлы с низкой и высокой температурой плавления, проводить испытания при температурах от ликвидуса матео риала капли до 1800 С.

Формула изобретения

1. Устройство для исследования поверхностных свойств расплавов, содержащее вакуумную печь с рабочей камерой, образованной водоохлаждаемым корпусом, нагреватель, теплоизолирующие экраны, смотровые окна и оптичес.кую систему для измерения параметров капли расплава, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью расширения технологических возможностей устройства и повышения точности измерений, оно снабжено камерами для размещения капельниц и подложек, установленными с двух сторон рабочей камеры с возможностью из перемещения относительно ее вертикальных и горизонтальных осей и отделенными от нее водоохлаждаемыми перегородками с центральными отверстиями, при этом в камере для размещения капельниц на водоохлаждаемой перегородке установлен вращающийся столик с ячейками для капельниц и чередующимися с ними сквозными отверстиями, через центральное отверстие s водоохлаждаемой перегородке проходит шток для перемещения капельниц, имеющий захват, а камера для размещения подложек снабжена кассетой, предметным столиком, механизмом перемещения и юстировки горизонтального положения предметного столика со штоками, проходящими через отверстие в кассете, и штоком для подачи подложек на предметный столик.

2. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что капельница содержит в донной части капиллярный сквозной канал, стенки которого вы полнены иэ материала, не смачиваемого исследуемым расплавом, и снабжена крышкой с прорезью, форма которой повторяет форму захвата штока перемещения капельниц.

3. Устройство по и. I, о т л ич а ю щ е е с я тем, что оптическая система выполнена в виде, по крайней мере, четырех смотровых окон, два из которых расположены в водоохлаждаемом корпусе, рабочей камеры и по одному

9 28199 в камерах для размещения капельниц и подложек, и системы призм.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Авторское

Н 276 09, кл. (2. Авторское

М 410236, кл. G

5 (прототип), 1О свидетельство СССР

01 N 13/02, 1969. свидетельство СССР

01 N 13/02, 1971