鋁及鋁合金熔體中的夾雜物檢測設備的製作方法

2023-06-20 11:16:31 3

專利名稱：鋁及鋁合金熔體中的夾雜物檢測設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種檢測設備，特別的是一種鋁及鋁合金熔體中的夾雜物檢測設 備，屬於鑄造技術領域。
技術背景鋁合金中經常含有多種典型夾雜，例如氧化物A1203、 Mg0、 MgAl204 、 Si02;鹽氯化物、氟化物；碳化物A14C3 、 SiC;氮化物A1N;硼化物TiB2 、 A1B2;渣Al(FeMnCr)Si。夾雜的另一類是不希望有的初生金屬間化合物，這些夾雜典 型地是在金屬凝固之前在熔體中形成的大的金屬間化合物晶體。例如7X X X系 列合金中的(Cr，Fe)Al7; 5083中的(Mn, Fe)Al7; 3004中的MnAl"這些夾雜物一 般以顆粒和膜狀形式存在，顆粒粒徑一般在0.1-50iam，膜厚一般在10-500(Vm。雖然鋁合金鑄件近年來有了較大的發展。但是由於夾雜的存在，導致鑄件具 有"不可靠性"，所以鋁合金鑄件的應用也受到了一些限制。因此，迫切需要研 究和開發預測鑄件質量的技術來綜合考察例如材料成分、溫度、夾雜和氣體含量 以及凝固速度等過程參量的作用，從而確定出優化的工藝。其中，夾雜物的測量 和控制是非常重要也是必不可少的。目前測量鋁熔體夾雜物的方法中，無論溼法化學分析或儀器分析夾雜都不很 成功，因為夾雜分布不均勻；定量金相雖然已自動化，但同樣存在取樣是否具有 代表性的問題；容量分析方法中的電子束熔化和離心分析取樣複雜，進一步分析 也比較耗時間，不能完成在線快速分析。經對現有技術的文獻檢索發現，J. Wannasin， D. Schwamb， J. F. Wallace 在《Journal of Materials Processing Technology》(材料力口工技術期幹U) 2007 年191期242-246頁上發表的"Evaluation of methods for metal cleanliness assessment in die casting"(模鑄中金屬潔淨度評估方法)，該文中提到了 用ABB公司所開發的PoDFA和Pref il-F00TPRINTER設備檢測鋁熔體的夾雜物， 其中PoDFA通過多孔陶瓷過濾取出含有夾雜物的樣品，並進行定量金相分析。其不足在於只是作為一種夾雜物取樣的設備，而不能實現快速檢測。Prefil-FOOTPRINTER雖然能實現較快的在線測量及方便夾雜物取樣，但是其不 足在於加熱和過濾不同步，由溫度差異引起的粘度差異將會引起結果偏差。進 一步檢索中，尚未發現與本發明主題相同或類似的文獻報導。 發明內容本發明針對現有技術的不足和缺陷，提供一種鋁及鋁合金熔體中的夾雜物檢 測設備，使其用於鋁熔體鑄造現場快速檢測夾雜物，能很好解決鋁熔體夾雜物在 線測量，且直觀有效，為提高鑄件質量提供依據。本發明是通過以下技術方案實現的，本發明由溫度控制系統、過濾系統、真 空系統、實時測重系統和計算機五部分組成。其中溫度控制系統設置在過濾系統 外圍，為過濾系統控制溫度。真空系統位於過濾系統下方，與過濾系統密封連接， 主要為過濾系統提供一個穩定的壓力差，以方便控制鋁熔體過濾。過濾系統設置 在溫度控制系統內，真空系統之上，可以在穩定的溫度和壓力下過濾鋁熔體。實 時測重系統的重量傳感器部分位於真空系統內部，過濾系統的下方，用於測量從 過濾系統過濾下來的鋁熔體的重量。實時測重系統的控制部分位於真空系統外並 與計算機連接，為計算機輸出測量的重量信號。計算機分別與溫度控制系統、真 空系統、實時測重系統連接，用於控制溫度、真空度，以及保存實時測重系統測 量的重量。所述溫度控制系統包括溫控表、熱電偶、電阻絲、爐芯、爐壁，溫控表與計 算機連接並進行串口通訊，熱電偶置於過濾系統的坩堝內，並與溫控表連接，電 阻絲置於爐芯之內，爐芯放置在真空系統的真空罐頂部，將過濾系統的坩堝包圍， 其外圍設有爐壁，爐壁與爐芯之間加入石棉，起到隔熱作用。所述過濾系統包括底部帶孔的第一坩堝、泡沫陶瓷過濾片、石墨紙，第一坩 堝固定在真空系統的真空罐頂部，第一坩堝底部和真空罐頂部墊入石墨紙密封， 泡沫陶瓷過濾片置於過濾系統的坩堝底部凹槽內，與第一坩堝接觸的部分加耐火 氈密封。所述真空系統包括頂部開孔的真空罐、真空泵、真空壓力傳感器、壓控表， 真空泵連接於真空罐的側面，真空壓力傳感器安裝於真空罐側壁，將真空罐內 0-100KPa範圍內變化的壓力轉化成4-20mA的標準電流信號，輸入給壓控表，壓控表與計算機連接，並進行串口通訊。所述實時測重系統包括重量傳感器、控制部分、託盤、第二坩堝，重量傳感 器固定於真空系統的真空罐底部，重量傳感器上安裝託盤，第二坩堝置於託盤之 上，重量傳感器電路部分與控制部分連接，控制部分置於真空罐之外，控制部分 具有計算機串口通訊功能。計算機啟動後，通過計算機設定實驗參數，然後可以開始加熱，當溫度控制 在設定的目標溫度並達到穩定後，可以將預熱的待測鋁熔體注入內表面塗抹脫模 劑的坩堝，鋁熔體在自身重力下，不會通過空隙度較大(〉40ppi)的泡沫陶瓷過 濾片，當溫度再一次達到設定的穩定值後，此時通過計算機輸入指令，啟動真空 泵開始抽真空，真空泵會在短時間內將真空罐內壓力值抽至設定的值，由於坩堝內鋁熔體的表面是在大氣下的，在內外壓差的作用下，鋁熔體會流過泡沫陶瓷過 濾片，由於泡沫陶瓷具有獨特的三維立體網絡骨架和相互貫通氣孔結構，鋁熔體 中夾雜物經過篩分、沉積和深床過濾被捕獲。乾淨的鋁熔體流入真空罐內重量傳 感器之上的坩堝內，其重量可被實時測重系統的控制部分實時測量並被計算機保 存，實時繪製出重量-時間曲線。通過觀察曲線的斜率(夾雜物越多，曲線越平 緩；夾雜物越少，曲線越陡峭)，可以半定量確定該熔體的夾雜物含量。待過濾 結束後，可以取出富集夾雜物的泡沫陶瓷過濾片，進行後續的定量金相分析。 本發明具有實質性特點和顯著進步，本發明裝置可以精確控溫，與在穩定壓力下平穩過濾同步進行，避免了溫度差異導致的結果偏差；採用抽真空加壓的方 法簡單，比其他加壓方式，例如氣體加壓更加安全、可靠；控制系統基於計算機， 具有更好的溫度、真空度控制能力、重量數據處理能力以及更方便的系統升級能 力，控制系統操作簡單、功能穩定；可在線快速給出檢測結果，直觀有效分析鋁 熔體夾雜物。結束在線測量後還可以方便夾雜物取樣，進行定量金相分析。


圖1為本發明結構示意圖具體實施方式
下面結合附圖對本發明的實施例作詳細說明本實施例在以本發明技術方案 為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護 範圍不限於下述的實施例。如圖l所示，本實施例由溫度控制系統、過濾系統、真空系統、實時測重系 統和計算機6五部分組成。其中溫度控制系統設置在過濾系統外圍，為過濾系統 控制溫度；真空系統位於過濾系統下方，與過濾系統密封連接，主要為過濾系統 提供一個穩定的壓力差，以方便控制鋁熔體過濾；過濾系統設置在溫度控制系統 內，真空系統之上，可以在穩定的溫度和壓力下過濾鋁熔體；實時測重系統的重 量傳感器部分位於真空系統內部，過濾系統的下方，用於測量從過濾系統過濾下 來的鋁熔體的重量。實時測重系統的的控制部分位於真空系統外並與計算機6 連接，為計算機6輸出測量的重量信號；計算機6分別與溫度控制系統、真空系 統、實時測重系統連接，用於控制溫度、真空度，以及保存實時測重系統測量的 重量。溫度控制系統包括溫控表l、熱電偶2、爐芯3、電阻絲4、爐壁5，溫控表 l具有串行通訊功能，與計算機的計算機6連接，熱電偶2置於過濾系統的第一 坩堝7內，並與溫控表l連接，電阻絲4置於爐芯3之內，爐芯3放置在真空罐 10頂部，將第一坩堝7包圍，其外圍設有爐壁5，爐壁5與爐芯3之間加入石棉， 起到隔熱作用。過濾系統包括底部帶孔的第一坩堝7、泡沫陶瓷過濾片8、石墨紙9，第一 坩堝7固定在真空罐10頂部，第一坩堝7底部和真空罐10頂部墊入石墨紙9 密封，泡沫陶瓷過濾片8置於第一坩堝7底部凹槽內，與第一坩堝7接觸的部分 加耐火氈密封。真空系統包括頂部開孔的真空罐10、真空泵ll、真空壓力傳感器13、壓控 表12，真空泵11連接於真空罐11的側面，真空壓力傳感器13安裝於真空罐10 側壁，將真空罐10內0-100KPa範圍內變化的壓力轉化成4-20mA的標準電流信 號，輸入給壓控表12，壓控表12與計算機6連接。實時測重系統包括重量傳感器14、控制部分15、託盤16、第二坩堝17，重 量傳感器14固定於真空罐10底部，重量傳感器14上安裝託盤16，並將第二坩 堝17置於託盤16之上，重量傳感器14電路部分與控制部分15連接，並將控制 部分15置於真空罐10之外，控制部分15與計算機6連接並進行串口通訊。所述實時測重系統，可以是電子天平等。所述泡沫陶瓷過濾片8的厚度範圍10-40mm、 孔隙度範圍20-120ppi、直45範圍5-50mm 。所述溫度控制系統，其溫度控制範圍為0-100(TC，溫控表1與計算機6進 行串口通訊，可由計算機6控制加熱過程。本實施例的工作過程為計算機6啟動後，通過計算機6設定實驗參數後可 以開始加熱，當溫度控制在設定的目標溫度並達到穩定後，可以將預熱的待測鋁 熔體注入內表面塗抹脫模劑的第一坩堝7，鋁熔體在自身重力下，不會通過空隙 度較大(〉40ppi)的泡沫陶瓷過濾片8，當溫度再一次達到設定的穩定值後，此 時通過計算機6輸入指令，啟動真空泵11開始抽真空，真空泵11會在短時間內 將真空罐10內壓力值抽至設定的值，由於第一坩堝7內鋁熔體的表面是在大氣 下的，在內外壓差的作用下，鋁熔體會流過泡沫陶瓷過濾片8，由於泡沫陶瓷具 有獨特的三維立體網絡骨架和相互貫通氣孔結構，鋁熔體中夾雜物經過篩分、沉 積和深床過濾被捕獲。乾淨的鋁熔體流入真空罐10內重量傳感器14之上的第二 坩堝17內，其重量可被電子天平的控制部分15實時測量並被計算機6保存，實 時繪製出重量-時間曲線。通過觀察曲線的斜率(夾雜物越多，曲線越平緩；夾 雜物越少，曲線越陡峭)，可以半定量確定該熔體的夾雜物含量。待過濾結束後， 可以取出富集夾雜物的泡沫陶瓷過濾片8,進行後續的定量金相分析。
權利要求
1、一種鋁及鋁合金熔體中的夾雜物檢測設備，其特徵在於，由溫度控制系統、過濾系統、真空系統、實時測重系統和計算機五部分組成，其中所述溫度控制系統設置在過濾系統外圍，為過濾系統控制溫度；所述真空系統位於過濾系統下方，與過濾系統密封連接，為過濾系統提供穩定的壓力差，以控制鋁熔體過濾；所述過濾系統設置在溫度控制系統內，真空系統之上，在穩定的溫度和壓力下過濾鋁熔體；所述實時測重系統的重量傳感器部分位於真空系統內部，過濾系統的下方，用於測量從過濾系統過濾下來的鋁熔體的重量，實時測重系統的控制部分位於真空系統外並與計算機連接，為計算機輸出測量的重量信號；所述計算機分別與溫度控制系統、真空系統、實時測重系統連接，用於控制溫度、真空度，以及保存實時測重系統測量的重量。
2、 根據權利要求1所述的鋁及鋁合金熔體中的夾雜物檢測設備，其特徵是， 所述溫度控制系統包括溫控表、熱電偶、電阻絲、爐芯、爐壁，溫控表與計算機 連接並進行串口通訊，熱電偶置於過濾系統的坩堝內，並與溫控表連接，電阻絲 置於爐芯之內，爐芯放置在真空系統的真空罐頂部，將坩堝包圍，其外圍設有爐 壁，爐壁與爐芯之間加入石棉。
3、 根據權利要求1或2所述的鋁及鋁合金熔體中的夾雜物檢測設備，其特 徵是，所述溫度控制系統，其溫度控制範圍為0-100(TC。
4、 根據權利要求1所述的鋁及鋁合金熔體中的夾雜物檢測設備，其特徵是， 所述過濾系統包括底部帶孔的第一坩堝、泡沫陶瓷過濾片、石墨紙，第一坩堝固 定在真空系統的真空罐頂部，第一坩堝底部和真空系統的真空罐頂部墊入石墨紙 密封，泡沫陶瓷過濾片置於過濾系統的坩堝底部凹槽內，與第一坩堝接觸的部分 設置耐火氈密封。
5、 根據權利要求4所述的鋁及鋁合金熔體中的夾雜物檢測設備，其特徵是， 所述泡沫陶瓷過濾片，其厚度範圍為10mm-40mm，孔隙度範圍為20ppi-120ppi， 直徑範圍為5醒-50mm。
6、 根據權利要求1所述的鋁及鋁合金熔體中的夾雜物檢測設備，其特徵是， 所述真空系統包括頂部開孔的真空罐、真空泵、真空壓力傳感器、壓控表，真空 泵連接於真空罐的側面，真空壓力傳感器設於真空罐側壁，將真空罐內0-100KPa 範圍內變化的壓力轉化成4-20mA的標準電流信號，輸入給壓控表，壓控表與計 算機連接。
7、 根據權利要求1或6所述的鋁及鋁合金熔體中的夾雜物檢測設備，其特 徵是，所述真空系統，其真空度控制範圍為0-100KPa。
8、 根據權利要求l所述的鋁及鋁合金熔體中的夾雜物檢測設備，其特徵是， 所述實時測重系統包括重量傳感器、控制部分、託盤、第二坩堝，重量傳感器固 定於真空系統的真空罐底部，重量傳感器上設置託盤，第二坩堝置於託盤之上， 重量傳感器電路部分與控制部分連接，控制部分置於真空罐之外，控制部分與計 算機連接並進行串口通訊。
9、 根據權利要求8所述的鋁及鋁合金熔體中的夾雜物檢測設備，其特徵是， 所述重量傳感器、控制部分實時測量經過過濾的鋁熔體重量，並由計算機將重量 數據保存至資料庫，以及實時繪製重量-時間曲線。
全文摘要
一種鋁及鋁合金熔體中的夾雜物檢測設備屬於鑄造技術領域。本發明由溫度控制系統、過濾系統、真空系統、實時測重系統和計算機組成。溫度控制系統設置在過濾系統外圍，真空系統位於過濾系統下方，與過濾系統密封連接，過濾系統設置在溫度控制系統內，真空系統之上，實時測重系統的重量傳感器部分位於真空系統內部，過濾系統的下方，實時測重系統的控制部分位於真空系統外並與計算機連接，為計算機輸出測量的重量信號；計算機分別與溫度控制系統、真空系統、實時測重系統連接。本發明可精確控溫，避免了溫度差異導致的結果偏差，控制系統操作簡單、功能穩定，可在線快速給出檢測結果，直觀有效分析鋁熔體夾雜物。
文檔編號G01N5/04GK101256131SQ20081003615
公開日2008年9月3日 申請日期2008年4月17日 優先權日2008年4月17日
發明者孫寶德, 俊 王, 達 疏, 錢海東 申請人:上海交通大學