專利名稱：鋁及鋁合金熔體中的夾雜物檢測(cè)設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種檢測(cè)設(shè)備，特別的是一種鋁及鋁合金熔體中的夾雜物檢測(cè)設(shè) 備，屬于鑄造技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景鋁合金中經(jīng)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，F(xiàn)e)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(fā)展。但是由于夾雜的存在，導(dǎo)致鑄件具 有"不可靠性"，所以鋁合金鑄件的應(yīng)用也受到了一些限制。因此，迫切需要研 究和開發(fā)預(yù)測(cè)鑄件質(zhì)量的技術(shù)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(yōu)化的工藝。其中，夾雜物的測(cè)量 和控制是非常重要也是必不可少的。目前測(cè)量鋁熔體夾雜物的方法中，無論濕法化學(xué)分析或儀器分析夾雜都不很 成功，因?yàn)閵A雜分布不均勻；定量金相雖然已自動(dòng)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復(fù)雜，進(jìn)一步分析 也比較耗時(shí)間，不能完成在線快速分析。經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，J. Wannasin， D. Schwamb， J. F. Wallace 在《Journal of Materials Processing Technology》(材料力口工技術(shù)期干U) 2007 年191期242-246頁上發(fā)表的"Evaluation of methods for metal cleanliness assessment in die casting"(模鑄中金屬潔凈度評(píng)估方法)，該文中提到了 用ABB公司所開發(fā)的PoDFA和Pref il-F00TPRINTER設(shè)備檢測(cè)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，并進(jìn)行定量金相分析。其不足在于只是作為一種夾雜物取樣的設(shè)備，而不能實(shí)現(xiàn)快速檢測(cè)。Prefil-FOOTPRINTER雖然能實(shí)現(xiàn)較快的在線測(cè)量及方便夾雜物取樣，但是其不 足在于加熱和過濾不同步，由溫度差異引起的粘度差異將會(huì)引起結(jié)果偏差。進(jìn) 一步檢索中，尚未發(fā)現(xiàn)與本發(fā)明主題相同或類似的文獻(xiàn)報(bào)道。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足和缺陷，提供一種鋁及鋁合金熔體中的夾雜物檢 測(cè)設(shè)備，使其用于鋁熔體鑄造現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)夾雜物，能很好解決鋁熔體夾雜物在 線測(cè)量，且直觀有效，為提高鑄件質(zhì)量提供依據(jù)。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明由溫度控制系統(tǒng)、過濾系統(tǒng)、真 空系統(tǒng)、實(shí)時(shí)測(cè)重系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)五部分組成。其中溫度控制系統(tǒng)設(shè)置在過濾系統(tǒng) 外圍，為過濾系統(tǒng)控制溫度。真空系統(tǒng)位于過濾系統(tǒng)下方，與過濾系統(tǒng)密封連接， 主要為過濾系統(tǒng)提供一個(gè)穩(wěn)定的壓力差，以方便控制鋁熔體過濾。過濾系統(tǒng)設(shè)置 在溫度控制系統(tǒng)內(nèi)，真空系統(tǒng)之上，可以在穩(wěn)定的溫度和壓力下過濾鋁熔體。實(shí) 時(shí)測(cè)重系統(tǒng)的重量傳感器部分位于真空系統(tǒng)內(nèi)部，過濾系統(tǒng)的下方，用于測(cè)量從 過濾系統(tǒng)過濾下來的鋁熔體的重量。實(shí)時(shí)測(cè)重系統(tǒng)的控制部分位于真空系統(tǒng)外并 與計(jì)算機(jī)連接，為計(jì)算機(jī)輸出測(cè)量的重量信號(hào)。計(jì)算機(jī)分別與溫度控制系統(tǒng)、真 空系統(tǒng)、實(shí)時(shí)測(cè)重系統(tǒng)連接，用于控制溫度、真空度，以及保存實(shí)時(shí)測(cè)重系統(tǒng)測(cè) 量的重量。所述溫度控制系統(tǒng)包括溫控表、熱電偶、電阻絲、爐芯、爐壁，溫控表與計(jì) 算機(jī)連接并進(jìn)行串口通訊，熱電偶置于過濾系統(tǒng)的坩堝內(nèi)，并與溫控表連接，電 阻絲置于爐芯之內(nèi)，爐芯放置在真空系統(tǒng)的真空罐頂部，將過濾系統(tǒng)的坩堝包圍， 其外圍設(shè)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(tǒng)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(tǒng)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， 泡沫陶瓷過濾片置于過濾系統(tǒng)的坩堝底部凹槽內(nèi)，與第一坩堝接觸的部分加耐火 氈密封。所述真空系統(tǒng)包括頂部開孔的真空罐、真空泵、真空壓力傳感器、壓控表， 真空泵連接于真空罐的側(cè)面，真空壓力傳感器安裝于真空罐側(cè)壁，將真空罐內(nèi) 0-100KPa范圍內(nèi)變化的壓力轉(zhuǎn)化成4-20mA的標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)，輸入給壓控表，壓控表與計(jì)算機(jī)連接，并進(jìn)行串口通訊。所述實(shí)時(shí)測(cè)重系統(tǒng)包括重量傳感器、控制部分、托盤、第二坩堝，重量傳感 器固定于真空系統(tǒng)的真空罐底部，重量傳感器上安裝托盤，第二坩堝置于托盤之 上，重量傳感器電路部分與控制部分連接，控制部分置于真空罐之外，控制部分 具有計(jì)算機(jī)串口通訊功能。計(jì)算機(jī)啟動(dòng)后，通過計(jì)算機(jī)設(shè)定實(shí)驗(yàn)參數(shù)，然后可以開始加熱，當(dāng)溫度控制 在設(shè)定的目標(biāo)溫度并達(dá)到穩(wěn)定后，可以將預(yù)熱的待測(cè)鋁熔體注入內(nèi)表面涂抹脫模 劑的坩堝，鋁熔體在自身重力下，不會(huì)通過空隙度較大(〉40ppi)的泡沫陶瓷過 濾片，當(dāng)溫度再一次達(dá)到設(shè)定的穩(wěn)定值后，此時(shí)通過計(jì)算機(jī)輸入指令，啟動(dòng)真空 泵開始抽真空，真空泵會(huì)在短時(shí)間內(nèi)將真空罐內(nèi)壓力值抽至設(shè)定的值，由于坩堝內(nèi)鋁熔體的表面是在大氣下的，在內(nèi)外壓差的作用下，鋁熔體會(huì)流過泡沫陶瓷過 濾片，由于泡沫陶瓷具有獨(dú)特的三維立體網(wǎng)絡(luò)骨架和相互貫通氣孔結(jié)構(gòu)，鋁熔體 中夾雜物經(jīng)過篩分、沉積和深床過濾被捕獲。干凈的鋁熔體流入真空罐內(nèi)重量傳 感器之上的坩堝內(nèi)，其重量可被實(shí)時(shí)測(cè)重系統(tǒng)的控制部分實(shí)時(shí)測(cè)量并被計(jì)算機(jī)保 存，實(shí)時(shí)繪制出重量-時(shí)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(jié)束后，可以取出富集夾雜物的泡沫陶瓷過濾片，進(jìn)行后續(xù)的定量金相分析。 本發(fā)明具有實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著進(jìn)步，本發(fā)明裝置可以精確控溫，與在穩(wěn)定壓力下平穩(wěn)過濾同步進(jìn)行，避免了溫度差異導(dǎo)致的結(jié)果偏差；采用抽真空加壓的方 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(tǒng)基于計(jì)算機(jī)， 具有更好的溫度、真空度控制能力、重量數(shù)據(jù)處理能力以及更方便的系統(tǒng)升級(jí)能 力，控制系統(tǒng)操作簡單、功能穩(wěn)定；可在線快速給出檢測(cè)結(jié)果，直觀有效分析鋁 熔體夾雜物。結(jié)束在線測(cè)量后還可以方便夾雜物取樣，進(jìn)行定量金相分析。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案 為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù) 范圍不限于下述的實(shí)施例。如圖l所示，本實(shí)施例由溫度控制系統(tǒng)、過濾系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、實(shí)時(shí)測(cè)重系 統(tǒng)和計(jì)算機(jī)6五部分組成。其中溫度控制系統(tǒng)設(shè)置在過濾系統(tǒng)外圍，為過濾系統(tǒng) 控制溫度；真空系統(tǒng)位于過濾系統(tǒng)下方，與過濾系統(tǒng)密封連接，主要為過濾系統(tǒng) 提供一個(gè)穩(wěn)定的壓力差，以方便控制鋁熔體過濾；過濾系統(tǒng)設(shè)置在溫度控制系統(tǒng) 內(nèi)，真空系統(tǒng)之上，可以在穩(wěn)定的溫度和壓力下過濾鋁熔體；實(shí)時(shí)測(cè)重系統(tǒng)的重 量傳感器部分位于真空系統(tǒng)內(nèi)部，過濾系統(tǒng)的下方，用于測(cè)量從過濾系統(tǒng)過濾下 來的鋁熔體的重量。實(shí)時(shí)測(cè)重系統(tǒng)的的控制部分位于真空系統(tǒng)外并與計(jì)算機(jī)6 連接，為計(jì)算機(jī)6輸出測(cè)量的重量信號(hào)；計(jì)算機(jī)6分別與溫度控制系統(tǒng)、真空系 統(tǒng)、實(shí)時(shí)測(cè)重系統(tǒng)連接，用于控制溫度、真空度，以及保存實(shí)時(shí)測(cè)重系統(tǒng)測(cè)量的 重量。溫度控制系統(tǒng)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(jì)算機(jī)的計(jì)算機(jī)6連接，熱電偶2置于過濾系統(tǒng)的第一 坩堝7內(nèi)，并與溫控表l連接，電阻絲4置于爐芯3之內(nèi)，爐芯3放置在真空罐 10頂部，將第一坩堝7包圍，其外圍設(shè)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(tǒng)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置于第一坩堝7底部凹槽內(nèi)，與第一坩堝7接觸的部分 加耐火氈密封。真空系統(tǒng)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連接于真空罐11的側(cè)面，真空壓力傳感器13安裝于真空罐10 側(cè)壁，將真空罐10內(nèi)0-100KPa范圍內(nèi)變化的壓力轉(zhuǎn)化成4-20mA的標(biāo)準(zhǔn)電流信 號(hào)，輸入給壓控表12，壓控表12與計(jì)算機(jī)6連接。實(shí)時(shí)測(cè)重系統(tǒng)包括重量傳感器14、控制部分15、托盤16、第二坩堝17，重 量傳感器14固定于真空罐10底部，重量傳感器14上安裝托盤16，并將第二坩 堝17置于托盤16之上，重量傳感器14電路部分與控制部分15連接，并將控制 部分15置于真空罐10之外，控制部分15與計(jì)算機(jī)6連接并進(jìn)行串口通訊。所述實(shí)時(shí)測(cè)重系統(tǒng)，可以是電子天平等。所述泡沫陶瓷過濾片8的厚度范圍10-40mm、 孔隙度范圍20-120ppi、直45范圍5-50mm 。所述溫度控制系統(tǒng)，其溫度控制范圍為0-100(TC，溫控表1與計(jì)算機(jī)6進(jìn) 行串口通訊，可由計(jì)算機(jī)6控制加熱過程。本實(shí)施例的工作過程為計(jì)算機(jī)6啟動(dòng)后，通過計(jì)算機(jī)6設(shè)定實(shí)驗(yàn)參數(shù)后可 以開始加熱，當(dāng)溫度控制在設(shè)定的目標(biāo)溫度并達(dá)到穩(wěn)定后，可以將預(yù)熱的待測(cè)鋁 熔體注入內(nèi)表面涂抹脫模劑的第一坩堝7，鋁熔體在自身重力下，不會(huì)通過空隙 度較大(〉40ppi)的泡沫陶瓷過濾片8，當(dāng)溫度再一次達(dá)到設(shè)定的穩(wěn)定值后，此 時(shí)通過計(jì)算機(jī)6輸入指令，啟動(dòng)真空泵11開始抽真空，真空泵11會(huì)在短時(shí)間內(nèi) 將真空罐10內(nèi)壓力值抽至設(shè)定的值，由于第一坩堝7內(nèi)鋁熔體的表面是在大氣 下的，在內(nèi)外壓差的作用下，鋁熔體會(huì)流過泡沫陶瓷過濾片8，由于泡沫陶瓷具 有獨(dú)特的三維立體網(wǎng)絡(luò)骨架和相互貫通氣孔結(jié)構(gòu)，鋁熔體中夾雜物經(jīng)過篩分、沉 積和深床過濾被捕獲。干凈的鋁熔體流入真空罐10內(nèi)重量傳感器14之上的第二 坩堝17內(nèi)，其重量可被電子天平的控制部分15實(shí)時(shí)測(cè)量并被計(jì)算機(jī)6保存，實(shí) 時(shí)繪制出重量-時(shí)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(jié)束后， 可以取出富集夾雜物的泡沫陶瓷過濾片8,進(jìn)行后續(xù)的定量金相分析。
權(quán)利要求
1、一種鋁及鋁合金熔體中的夾雜物檢測(cè)設(shè)備，其特征在于，由溫度控制系統(tǒng)、過濾系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、實(shí)時(shí)測(cè)重系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)五部分組成，其中所述溫度控制系統(tǒng)設(shè)置在過濾系統(tǒng)外圍，為過濾系統(tǒng)控制溫度；所述真空系統(tǒng)位于過濾系統(tǒng)下方，與過濾系統(tǒng)密封連接，為過濾系統(tǒng)提供穩(wěn)定的壓力差，以控制鋁熔體過濾；所述過濾系統(tǒng)設(shè)置在溫度控制系統(tǒng)內(nèi)，真空系統(tǒng)之上，在穩(wěn)定的溫度和壓力下過濾鋁熔體；所述實(shí)時(shí)測(cè)重系統(tǒng)的重量傳感器部分位于真空系統(tǒng)內(nèi)部，過濾系統(tǒng)的下方，用于測(cè)量從過濾系統(tǒng)過濾下來的鋁熔體的重量，實(shí)時(shí)測(cè)重系統(tǒng)的控制部分位于真空系統(tǒng)外并與計(jì)算機(jī)連接，為計(jì)算機(jī)輸出測(cè)量的重量信號(hào)；所述計(jì)算機(jī)分別與溫度控制系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、實(shí)時(shí)測(cè)重系統(tǒng)連接，用于控制溫度、真空度，以及保存實(shí)時(shí)測(cè)重系統(tǒng)測(cè)量的重量。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁及鋁合金熔體中的夾雜物檢測(cè)設(shè)備，其特征是， 所述溫度控制系統(tǒng)包括溫控表、熱電偶、電阻絲、爐芯、爐壁，溫控表與計(jì)算機(jī) 連接并進(jìn)行串口通訊，熱電偶置于過濾系統(tǒng)的坩堝內(nèi)，并與溫控表連接，電阻絲 置于爐芯之內(nèi)，爐芯放置在真空系統(tǒng)的真空罐頂部，將坩堝包圍，其外圍設(shè)有爐 壁，爐壁與爐芯之間加入石棉。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鋁及鋁合金熔體中的夾雜物檢測(cè)設(shè)備，其特 征是，所述溫度控制系統(tǒng)，其溫度控制范圍為0-100(TC。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁及鋁合金熔體中的夾雜物檢測(cè)設(shè)備，其特征是， 所述過濾系統(tǒng)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(tǒng)的真空罐頂部，第一坩堝底部和真空系統(tǒng)的真空罐頂部墊入石墨紙 密封，泡沫陶瓷過濾片置于過濾系統(tǒng)的坩堝底部凹槽內(nèi)，與第一坩堝接觸的部分 設(shè)置耐火氈密封。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的鋁及鋁合金熔體中的夾雜物檢測(cè)設(shè)備，其特征是， 所述泡沫陶瓷過濾片，其厚度范圍為10mm-40mm，孔隙度范圍為20ppi-120ppi， 直徑范圍為5醒-50mm。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁及鋁合金熔體中的夾雜物檢測(cè)設(shè)備，其特征是， 所述真空系統(tǒng)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 泵連接于真空罐的側(cè)面，真空壓力傳感器設(shè)于真空罐側(cè)壁，將真空罐內(nèi)0-100KPa 范圍內(nèi)變化的壓力轉(zhuǎn)化成4-20mA的標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)，輸入給壓控表，壓控表與計(jì) 算機(jī)連接。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的鋁及鋁合金熔體中的夾雜物檢測(cè)設(shè)備，其特 征是，所述真空系統(tǒng)，其真空度控制范圍為0-100KPa。
8、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的鋁及鋁合金熔體中的夾雜物檢測(cè)設(shè)備，其特征是， 所述實(shí)時(shí)測(cè)重系統(tǒng)包括重量傳感器、控制部分、托盤、第二坩堝，重量傳感器固 定于真空系統(tǒng)的真空罐底部，重量傳感器上設(shè)置托盤，第二坩堝置于托盤之上， 重量傳感器電路部分與控制部分連接，控制部分置于真空罐之外，控制部分與計(jì) 算機(jī)連接并進(jìn)行串口通訊。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的鋁及鋁合金熔體中的夾雜物檢測(cè)設(shè)備，其特征是， 所述重量傳感器、控制部分實(shí)時(shí)測(cè)量經(jīng)過過濾的鋁熔體重量，并由計(jì)算機(jī)將重量 數(shù)據(jù)保存至數(shù)據(jù)庫，以及實(shí)時(shí)繪制重量-時(shí)間曲線。
全文摘要
一種鋁及鋁合金熔體中的夾雜物檢測(cè)設(shè)備屬于鑄造技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明由溫度控制系統(tǒng)、過濾系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、實(shí)時(shí)測(cè)重系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)組成。溫度控制系統(tǒng)設(shè)置在過濾系統(tǒng)外圍，真空系統(tǒng)位于過濾系統(tǒng)下方，與過濾系統(tǒng)密封連接，過濾系統(tǒng)設(shè)置在溫度控制系統(tǒng)內(nèi)，真空系統(tǒng)之上，實(shí)時(shí)測(cè)重系統(tǒng)的重量傳感器部分位于真空系統(tǒng)內(nèi)部，過濾系統(tǒng)的下方，實(shí)時(shí)測(cè)重系統(tǒng)的控制部分位于真空系統(tǒng)外并與計(jì)算機(jī)連接，為計(jì)算機(jī)輸出測(cè)量的重量信號(hào)；計(jì)算機(jī)分別與溫度控制系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、實(shí)時(shí)測(cè)重系統(tǒng)連接。本發(fā)明可精確控溫，避免了溫度差異導(dǎo)致的結(jié)果偏差，控制系統(tǒng)操作簡單、功能穩(wěn)定，可在線快速給出檢測(cè)結(jié)果，直觀有效分析鋁熔體夾雜物。
文檔編號(hào)G01N5/04GK101256131SQ20081003615
公開日2008年9月3日 申請(qǐng)日期2008年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月17日
發(fā)明者孫寶德, 俊 王, 達(dá) 疏, 錢海東 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)