一種測試材料耐低熔點金屬液相動態腐蝕性能的系統的製作方法

2023-07-01 01:13:21 4

本發明涉及金屬液相動態腐蝕測試系統，具體涉及一種低熔點金屬液相動態腐蝕測試方法及裝備。

背景技術：

在當今工業領域，對液態金屬熔池、傳輸管道、模具以及其他處理工具的需求日益增長。這些與液態金屬直接接觸的結構件往往承受著高溫液態金屬的腐蝕，導致這些材料失效而需要不斷地更換，並由此產生能源浪費，同時還影響和降低了生產效率。近年來，諸多文獻報導了鋁、鋼、鋅、鎂、鎵、鉛、鋰金屬等及其合金的熔體對金屬材料的腐蝕。其中，許多低熔點金屬，如鋅液由於其高的化學活性及親和力，幾乎能和所有的金屬及其氧化物發生化學反應，使其成為最具侵蝕性的金屬熔體之一。因此，在熔鋅鑄造、熱浸鍍鋅及鋅合金複合材料製造等行業，鋅液腐蝕造成坩堝和鑄模等重要零部件失效，引發出眾多安全事故。目前，鋅液腐蝕引起接觸設備失效已成為鋅工業生產過程中的難題之一，類似的情況在鋁、鉛等工業生產中也同樣存在。

針對以上問題，國內外材料研究工作者設計出了許多新型材料，如陶瓷、複合、納米材料以及高熵合金等，試圖解決低熔點金屬在工業生產中所面臨的腐蝕磨損問題。然後，新設計的材料在正式投產之前，必須經過漫長而繁瑣的性能測試。通過性能測試篩選合適的材料，已成為開發新型耐腐蝕性材料的關鍵技術，同時也具有良好的經濟效益。而在材料耐液態金屬腐蝕性能測試方面，國內外普遍採取靜態腐蝕金屬液浸泡試樣的方式獲取數據，其實驗結果與生產線上設備的實際腐蝕情況存在較大差距；而勢力雄厚的企業，利用昂貴的高溫高壓釜進行動態腐蝕性能測試，能較真實地反映實際生產過程中的腐蝕情況，但其也僅僅考慮了溫度、液態金屬的流動對材料的腐蝕，而忽略了自身試樣的運動狀態對腐蝕的影響。

因此有必要提供一種技術手段以解決材料腐蝕性能測試方面存在的問題。

技術實現要素：

本發明的目的是在於提供一種成本低、可操作性強、準確度高、控制方便的低熔點金屬液相動態腐蝕性能測試系統，以解決現有測試系統存在的缺陷和不足。

為了達到上述目的，本發明是採取如下技術方案予以實現的：

一種利用壓鑄工藝測試材料耐低熔點金屬液相動態腐蝕性能的系統，其包含試樣製備及安裝、參數控制、動態腐蝕過程控制、腐蝕試樣製備及腐蝕性能表徵等模塊。

本發明進一步的改進在於：一種測試材料耐低熔點金屬液相動態腐蝕性能的裝置，通過調整壓鑄機工藝參數和一種新設計的壓鑄模具，實現低熔點金屬液相動態腐蝕性能測試中腐蝕介質、溫度、腐蝕周期、流速、運動狀態等參數的控制。

本發明進一步的改進在於：在新設計的壓鑄模具中，安裝於壓鑄模具中的測試試樣可以根據需要採取不同的截面形狀(曲面、平面、螺紋)，並可通過外裝電機實現試樣的旋轉運動。

本發明進一步的改進在於：在新設計的壓鑄模具中，可根據ProCAST仿真結果將測試試樣靈活安裝分布於直澆道、橫澆道以及澆口等具有不同流動速度和流動狀態的位置。

本發明中，利用熱室壓鑄機成型合金種類以及參數控制系統，實現腐蝕介質種類、溫度、壓力等參數的調節；腐蝕試樣被安裝於模具澆注系統不同部位，將獲得不同的金屬液流速；腐蝕試樣與金屬液接觸的截面採取不同的形狀，將更真實反映零部件形狀和尺寸對腐蝕性能影響的規律；連接於旋轉試樣安裝棒尾部的電機，為試樣與金屬液的相對旋轉運動提供不同的轉速；安裝於模具直澆道和橫澆道附近的加熱電阻絲以及鑄件附近的冷卻水管將控制試樣的腐蝕溫度偏差，並對腐蝕周期長短進行調整。

腐蝕試樣在澆注系統中的位置分布，將依據以下原則進行設計：在橫截面積較大的橫澆道上按照離直澆道距離由近及遠的順序安裝承受流速逐步減慢、溫度逐步降低、以層流方式為主的金屬液腐蝕試樣；而在內澆口位置安裝流速較快、主要承受紊流流動狀態的腐蝕試樣。

腐蝕試樣通過旋轉安裝棒尾部的旋轉電機，可實現試樣與金屬液之間的逆時針、順時針運動，其旋轉速度可調範圍為：0～30轉/分。

腐蝕試樣的截面形狀可以根據實際工況製備成圓柱面、單平面、雙平面和螺紋面四種類型。

附圖說明

圖1是利用壓鑄工藝測試材料耐低熔點金屬液相動態腐蝕性能系統的流程圖。

圖2是腐蝕測試試樣不同截面形狀示意圖。

圖3是測試材料耐低熔點金屬液相動態腐蝕性能模具的結構示意主視圖。

圖4是測試材料耐低熔點金屬液相動態腐蝕性能模具的結構示意俯視圖。

在圖3和4中，1、定模板，2、澆口套，3、電阻絲，4、試樣安裝棒1，5、冷卻水管，6、定模鑲塊，7、導柱，8、導套，9、定模固定板，10、動模固定板，11、型芯，12、動模鑲塊，13、帶旋轉功能試樣安裝棒2，14、推板固定板，15、推板，16、緊固件1，17、推桿1，18、壓鑄件，19、溢流槽，20、內澆口，21、推桿2，22、腐蝕試樣1，23、橫澆道，24、腐蝕試樣2，25、定位元件，26、直澆道，27、推桿3，28、復位杆，29、動模座板，30、支撐座，31、動模板，32、緊固件2，33、緊固件3。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細的描述。

本發明實施例將參照圖1所示流程完成以下步驟：

第一步：參照實際工業生產中零部件形狀，等比例縮放製備腐蝕試樣，並測量記錄試樣腐蝕前的重量、尺寸等物理參數。其中，整體結構材料參照圖2所示結構進行製備；噴塗或表面特殊處理材料在圖2所示結構的基礎上完成相關工藝。

第二步：通過在ProCAST仿真系統中設置低熔點金屬(鋁、鋅、鉛、鎂合金)的物理參數(密度、收縮率等)和壓鑄工藝參數(澆注溫度、壓射比壓等)獲得壓鑄模具澆注系統中不同位置處的流體流動狀態、流動速度以及溫度分布情況。

第三步：依據第二步所獲仿真數據，在如圖3和4所示壓鑄模具中完成腐蝕試樣的安裝。同時按照模具安裝調試要求將模具安裝於熱室壓鑄機上，並對模具進行預熱處理。

第四步：參照第二步獲得的最佳仿真數據，完成對熱室壓鑄機工藝參數的設置(澆注溫度、壓射比壓、鎖模力等)；腐蝕試樣局部溫度偏差由圖3所示的電阻絲(3)和冷卻水管(5)進行調控。

第五步：放置於熱室壓鑄機坩堝內的低熔點金屬達到設定澆注溫度後，啟動壓鑄生產流程，開啟帶旋轉功能試樣安裝棒2的外接電機。金屬液在壓射衝頭作用下被注入澆口套(2)，流經直澆道(26)、橫澆道(23)和內澆口(20)後在鑄件(18)和溢流槽(19)處凝固。短時間保壓冷卻後，開啟模具，利用推桿(17，21和27)將整個澆注系統從模具中取出，完成一次壓鑄過程。在導柱(7)、導套(8)和復位杆(28)的作用下，模具閉合，再次啟動壓射衝頭，進行下一輪的壓鑄成型工藝，如此反覆。在反覆的壓鑄工藝生產中，腐蝕試樣(22和24)被液態金屬反覆腐蝕，直至達到設定的腐蝕周期為止。

第六步：動態腐蝕達到預設的第一周期後，將第一批腐蝕試樣取出，同物理條件下的腐蝕試樣持續第二周期腐蝕，依次類推，最終獲得所有的腐蝕試樣。

第七步：從模具中取出的腐蝕試樣，經弱酸和酒精清洗後，利用超聲波清洗機、電火花線切割機、鑲樣機等設備製備不同腐蝕性能表徵試樣。

第八步：腐蝕性能表徵。(a)腐蝕速度表徵：測量出試樣被腐蝕後的深度和重量，依據腐蝕速率計算公式計算出材料的腐蝕速度；(b)腐蝕界面形貌表徵：利用光學顯微鏡、掃描電子顯微鏡獲得腐蝕界面直觀形貌照片；(c)腐蝕產物確定：利用X射線電子衍射儀、能譜儀、電子探針等設備確定試樣被低熔點金屬液態腐蝕後的產物；(d)腐蝕產物性能測試：利用顯微硬度測量計測量腐蝕產物硬度。

第九步：依據第八步的腐蝕性能表徵結果，判斷材料耐低熔點金屬液相動態腐蝕性能的優劣，總結材料腐蝕相關信息。

依據上述實施方式，本發明內容所述範圍均能實施，本發明不僅僅局限於上述實施方式。

本發明提供一種利用壓鑄工藝測試低熔點金屬液相動態腐蝕性能的系統，採用該系統將在一個裝置中完成多項腐蝕性能測試，獲取材料腐蝕全動態信息並判定材料腐蝕特徵。