专利名称：一种测量氢在熔铝中迁移系数的方法
技术领域：
本发明属铸造领域，涉及一种 测量氢在熔铝中迁移系数的方法。
背景技术：
氢是铝合金中的有害元素。在熔炼和铸造过程中，氢溶入熔铝的反应几乎是不可避免的。由于氢在液态铝和固态铝中的溶解度要相差20倍左右，因此，当铝合金从液态向固态转变时，氢要从液相中析出而在铸锭或铸件中形成孔洞，恶化铝制品的性能。氢在铝熔体中的迁移包括原子的扩散和分子的运动。迁移的结果是造成铝熔体内部各部分氢浓度的不同。在浓度梯度的作用下，氢会由浓度高的地方向浓度低的地方迁移。根据这一机理，目前已经有了很多清除熔铝中氢的技术，包括惰性气体浮游法，固体氯盐浮游法，超声波法，真空法，熔剂法等等。这些方法的基本原理都是将铝熔体中的氢转移到某种气相或液相中得以去除。迁移系数是反映氢在熔铝中传输的重要参数，其含义为在单位浓度梯度下，单位时间内沿迁移方向通过单位面积的氢的流通量。用实验方法测定氢在熔铝中迁移系数专利技术尚不多见，现将相关关文献摘录如下发表于MetallurgicalTransactions B. 649-655, 21 (1990)的论文提出氧在招中的扩散系数的计算公式为D = Dciexp (-Q/RT)，公式中，Dtl为常数，Q为扩散激活能，R为气体常数，T为绝对温度。专利CN200910219680. 5提出一种用于应力场中氢扩散测量的加载装置及加载方式，米用加载框架和加载条施加载荷I和/或米用轴向加载台施加载荷2,配合氢渗透双电解池，可实现在一定范围内任意改变薄膜内氢渗透方向上的力学场，即应力场大小、方向及其梯度，从而改变氢扩散的条件，模拟实际材料中氢的扩散条件，广泛应用于测量指定应力场中金属氢通量、氢扩散系数，对石油天然气钻采、输运设备、加氢反应器装置、油气输送设备、海洋固定结构、海底管线等使用的钢铁材料和钛合金等进行氢腐蚀、氢渗透以及氢脆敏感性的检测提供了一种先进的技术手段。专利CN200710100075. 7提出了一种涉及用毛细管电泳仪测定物质在液相中扩散系数的方法。揭示了利用毛细管电泳仪测定物质扩散系数时，影响测定准确性的多种关键因素，进而建立了一种具有一定通用性的物质扩散系数的快速测定方法，并可测定待测物质在水或者有机溶剂中的扩散系数。将物质的扩散系数与其洗出峰的出峰时间和半峰宽关联起来，可快速计算得到物质扩散系数值。相对于现有测定物质扩散系数的方法，其具有快速、微量、准确及通用等优点。专利CN99125593. 3提出一种测量薄层熔体中扩散输运系数的扩散单元及制作方法，通过掩膜法，即用已知的镀膜方法在两种不同的扩散物质上下按一定的规范选镀内外保护层，获得用于测量薄层熔体中扩散输运系数的扩散单元结构。发明的扩散单元能有效抑制表面张力对流和重力对流对熔体扩散过程的影响，它可测量厚度从纳米到毫米尺度的薄膜熔体中扩散输运系数，研究界面对扩散过程的影响，还可研究扩散系数与体系维数的关系。
在氢-熔铝系统中，氢很容易借助于夹杂物形成气泡核心而形结合成分子。因此氢的运动包括氢原子扩散和氢分子的移动，其综合效应反映出浓度的变化，因此需要测定出氢在铝熔体中的迁移系数。而已有文献仅仅考虑到原子的扩散，不能客观地反映氢在铝熔体的状态。
发明内容
本发明的目的，是为了提供一种测量熔铝中氢迁移系数的快速、简便的方法。本发明是这样实现的测量氢在熔铝中迁移系数的方法，其特征在于将已知氢含量为Ci的熔铝浇注入恒温炉内的圆柱形坩埚内，盖上密封盖,打开真 空泵,使恒温炉内形成真空,坩埚内铝熔体中的氢沿坩埚的径向向外迁移，形成由坩埚中心向坩埚边缘氢浓度递减的浓度梯度，其平均浓度也随抽真空时间延长而降低，一定时间t后解除恒温炉的真 空，测定出坩埚中铝熔体中的平均氢含量Ca，将Ca代入以下公式计算出氢的迁移系数D
权利要求
1.一种测量氢在熔铝中迁移系数的方法，其特征在于将已知氢含量为Ci的熔铝浇注入恒温炉内的圆柱形坩埚内，盖上密封盖,打开真空泵,使恒温炉内形成真空,坩埚内铝熔体中的氢沿坩埚的径向向外迁移，形成由坩埚中心向坩埚边缘氢浓度递减的浓度梯度，其平均浓度也随抽真空时间延长而降低，一定时间t后解除恒温炉的真空，测定出坩埚中铝熔体中的平均氢含量(；，将Ca代入以下公式计算出氢的迁移系数A
2.一种如权利要求I所述的测量氢在熔铝中迁移系数采用的装置，其特征在于该装置包括真空计(I)、热电偶(2)、恒温炉(3)、隔热板(4)、密封盖(5)、放气阀(6)、真空阀(7)、真空泵(8)、坩埚(9)和加热器(10)，加热器(10)安装在坩埚(9)外围，隔热板(4)围绕在加热器(10)外围，真空计(I)和热电偶(2)安装在恒温炉(3)的上部，放气阀6、真空阀7并联后的一端和恒温炉炉体(3)相通，另一端分别与真空泵(8)和大气相通。
3.根据权利要求2所述的测量氢在熔铝中迁移系数的装置，其特征在于所述的坩埚(9)为圆柱形体，坩埚侧面为硅酸铝或氧化铝材料构成的孔隙相连多孔结构，保证坩埚侧壁具有透气性而不能透过铝熔体，坩埚底部和密封盖(5)为耐热钢材料。
全文摘要
本发明公开了一种测量氢在熔铝中迁移系数的方法和装置，该装置由真空泵、隔热板、加热器、坩埚、热电偶、密封盖、真空计、恒温炉和阀门构成，加热器.安装在坩埚外围，隔热板安装在加热器外围，真空计和热电偶安装在恒温炉的上部或侧面，放气阀和真空阀并联后的一端和炉体相通，另一端分别与真空泵和大气相通。工作原理是将已知氢含量的熔铝浇注入恒温炉内的圆柱形坩埚内，盖上密封盖，打开真空泵，使恒温炉炉内形成真空，铝熔体中的氢沿坩埚的径向向外迁移，形成由坩埚中心向坩埚边缘递减的氢浓度梯度,一定时间后测定出坩埚中铝熔体中的氢含量，计算出氢的迁移系数。
文档编号G01N13/00GK102628786SQ20121007537
公开日2012年8月8日 申请日期2012年3月21日 优先权日2012年3月21日
发明者曾建民, 李逸泰, 胡治流, 莫继华, 许征兵, 顾平 申请人:广西大学