專利名稱：液態(tài)金屬浸滲可視化控制方法及其專用裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可視化控制方法，特別涉及液態(tài)金屬浸滲可視化控制方法。還涉及液態(tài) 金屬浸滲可視化控制裝置。
背景技術(shù)：
參照圖3，文獻(xiàn)"專利號為ZL00242901.2的中國專利"公開了一種可模擬高溫條件下孔隙介 質(zhì)中滲流動態(tài)的方法。在其所用裝置的頂面和底面中部設(shè)有觀察窗4和照明窗6，觀察窗上部 安裝顯微攝像機5，照明窗下部安裝反射鏡ll和光源10，利用透明微模型8模擬多孔介質(zhì)孔隙 結(jié)構(gòu)并將其固定在觀察室內(nèi)。模型的出入口與觀察室外的高溫容器3、微量驅(qū)動泵l、回壓調(diào) 節(jié)器15連接，觀察室的溫度通過恒溫油浴調(diào)節(jié)，壓力由高溫計量泵13控制，從而實現(xiàn)常溫常 壓和高溫高壓條件下孔隙介質(zhì)中的滲流動態(tài)模擬。
該方法是通過透明微模型來模擬高溫條件下孔隙介質(zhì)中滲流動態(tài)，由于其采用透明的微 模型模擬多孔介質(zhì)的孔隙結(jié)構(gòu)，因而只能對真實浸滲過程進(jìn)行模擬測量，無法直接對流體在 多孔介質(zhì)預(yù)制體中的實際滲流情況進(jìn)行直觀可視化測量，也不能實現(xiàn)浸滲過程的在線反饋控 制；同時利用該裝置也無法得到浸滲過程內(nèi)部面場上的全部溫度信息。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)無法實現(xiàn)對液態(tài)金屬在多孔介質(zhì)預(yù)制體內(nèi)部浸滲過程的直接觀測及在 線控制的不足，本發(fā)明提供一種液態(tài)金屬浸滲可視化控制方法，該方法利用液態(tài)金屬在多孔 介質(zhì)中浸滲可視化的專用裝置，可以實現(xiàn)對浸滲過程的實時控制，同時可直觀地獲得液態(tài)金 屬在多孔介質(zhì)預(yù)制體中浸滲過程溫度場分布和浸滲前沿的流動狀態(tài)的紅外熱圖像。
本發(fā)明還提供液態(tài)金屬浸滲可視化控制方法專用裝置。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是 一種液態(tài)金屬浸滲可視化控制方法，其特 點是包括下述步驟
(a) 制備與套筒配合的斜面預(yù)制體，經(jīng)低溫烘干、燒結(jié)；
(b) 將步驟(a)制備的斜面預(yù)制體放置在浸滲腔中，確保預(yù)制體的斜面與套筒斜面緊
密接觸；不銹鋼坩堝中放置AZ91D鎂合金，啟動溫度控制系統(tǒng)，使不銹鋼坩堝的溫度到達(dá) 820±5°C，融化鎂合金，并保溫30 40分鐘；
(c) 啟動抽真空系統(tǒng)，對滲流腔體抽真空，當(dāng)真空度到達(dá)0.095Mpa時，停止抽真空；
(d) 啟動紅外熱像儀，利用IEEE1394火線傳輸套筒斜面溫度場的數(shù)字信號，通過圖像 采集處理系統(tǒng)獲得斜面套筒溫度場的熱圖像，并對獲得的圖像進(jìn)行處理；(e)通過浸滲控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)電氣比例閥輸入電壓值來控制不銹鋼坩堝腔內(nèi)惰性氣體的壓 力0.1 0.5MPa，金屬液在壓力的作用向上流動，浸滲到預(yù)制體中，保壓10 20s;與此同時， 利用圖像采集處理系統(tǒng)觀察滲流過程套筒斜面紅外熱圖像的變化情況，通過對熱圖像的分析， 在浸滲不完全的情況下可通過浸滲控制系統(tǒng)改變坩堝腔內(nèi)的真空度并調(diào)節(jié)電氣比例閥的輸入 電壓值來改變坩堝腔內(nèi)的氣體壓力，或者通過控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)溫控儀升高金屬液的溫度，使浸 滲過程順利進(jìn)行，實現(xiàn)浸滲過程的實時控制。
一種上述液態(tài)金屬浸滲可視化控制方法專用裝置，其特點是包括滲流腔蓋、坩堝、加熱 單元、抽真空系統(tǒng)、浸滲腔以及套筒，浸滲腔為三臺式結(jié)構(gòu)，套筒底面為斜面形狀，浸滲腔 置于坩堝里，套筒置于浸滲腔里，套筒的外徑與浸滲腔內(nèi)徑等大，套筒上的凸臺卡在浸滲腔 的凹臺上，滲流腔上部腔體固定套筒，下部腔體用來放置預(yù)制體；滲流腔蓋的凸臺上丌有與 套筒大小相同的通孔，滲流腔蓋壓緊套筒，套筒的斜面與預(yù)制體斜面緊密接觸，滲流腔蓋、 浸滲腔、坩堝的法蘭盤上均勻分布8個螺栓孔，三者之間采用螺栓連接；套筒與浸滲腔之間 通過石墨紙進(jìn)行密封；坩堝用來熔煉金屬，與滲流腔蓋、浸滲腔通過螺栓連接后放置于加熱 單元內(nèi)；通過加熱單元間接實現(xiàn)對纖維預(yù)制體的預(yù)熱，通過抽真空系統(tǒng)和浸滲控制系統(tǒng)實現(xiàn) 金屬液在纖維預(yù)制體中的浸滲。
本發(fā)明的有益效果是由于利用液態(tài)金屬在多孔介質(zhì)中浸滲可視化的專用裝置，真實地 反映了液態(tài)金屬在多孔介質(zhì)預(yù)制體中的流動狀態(tài)，浸滲控制系統(tǒng)實現(xiàn)了對浸滲過程的實時控 制，圖像采集處理系統(tǒng)實現(xiàn)了對浸滲過程的可視化觀測。通過圖像采集處理系統(tǒng)獲得的直觀 圖像信息可以深入研究液態(tài)金屬在多孔介質(zhì)預(yù)制體中的滲流規(guī)律，進(jìn)而掌握真實的浸滲過程， 為采用浸滲方法制備金屬基復(fù)合材料的工藝奠定理論基礎(chǔ)，從而更好地指導(dǎo)現(xiàn)有的金屬基復(fù) 合材料制備工藝，解決影響復(fù)合材料制件性能的關(guān)鍵問題。
下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作詳細(xì)說明。


圖l是本發(fā)明液態(tài)金屬浸滲可視化控制方法專用裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中，1-浸滲控制系統(tǒng)，2-圖像采集處理系統(tǒng)，3-紅外熱像儀；4-滲流腔蓋，5-浸滲腔，
6-不銹鋼坩堝，7-電氣比例閥，8-儲氣罐，9-加熱單元，10-套筒，11-預(yù)制體，12-AZ91D鎂合
金，13-溫控儀，14-抽真空系統(tǒng)，15-石墨紙。
圖2是本發(fā)明液態(tài)金屬浸滲可視化控制方法流程圖。 圖3是現(xiàn)有技術(shù)模擬滲流動態(tài)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中，1-微量驅(qū)動泵，3-高溫容器，4-觀察窗，5-顯微攝像機，6-照明窗，8-微模型，10-光源，11-反射鏡，13-高溫計量泵，15-回壓調(diào)節(jié)器。
具體實施例方式
實施例l:參照圖l，液態(tài)金屬在多孔介質(zhì)中的浸滲可視化專用裝置。該裝置由浸滲控 制系統(tǒng)l、圖像采集處理系統(tǒng)2、紅外熱像儀3、溫控儀13、抽真空系統(tǒng)14組成。浸滲系統(tǒng)
由滲流腔蓋4、浸滲腔5、不銹鋼坩堝6、套筒10組成。滲流腔蓋4、浸滲腔5、不銹鋼坩堝 6的法蘭盤上均勻分布八個螺栓孔，三者之間采用螺栓連接。滲流腔蓋4需壓緊套筒10，滲 流腔蓋4的凸臺上開有與套筒10大小相同的通孔，以便觀測套筒斜面的溫度場信息，其中套 筒10底面為斜面形狀，該斜面與預(yù)制體11斜面緊密接觸，來反映滲流內(nèi)部溫度場信息；滲 流腔5上部腔體固定套筒10，下部腔體用來放置預(yù)制體；不銹鋼坩堝6用來熔煉AZ91D鎂 合金12，坩堝6與滲流腔蓋4、浸滲腔5通過螺栓連接后放置于加熱單元9內(nèi)。儲氣罐8由 管道通過電氣比例閥7接入坩堝6。
溫度控制系統(tǒng)由加熱單元9、溫控儀13、熱電偶、保溫部件和絕緣部件組成，溫度控制 系統(tǒng)實現(xiàn)對不銹鋼坩堝6的加熱，使鎂合金熔化，并給預(yù)制體11預(yù)熱；抽真空系統(tǒng)14由電 機、真空泵、壓力表組成。
滲流腔蓋4、浸滲腔5、不銹鋼坩堝6的法蘭盤上均勻分布八個螺栓孔，采用螺栓連接， 其中不銹鋼坩堝6與浸滲腔5之間、套筒10和浸滲腔5之間用數(shù)層石墨紙15進(jìn)行密封，浸 滲腔5與滲流腔蓋4之間用石墨墊圈進(jìn)行密封；在套筒、浸滲腔5與套筒接觸面涂抹石墨， 起到潤滑作用，方便浸滲結(jié)束后模具的拆卸；在不銹鋼坩堝6內(nèi)加入鎂合金，將預(yù)制體ll放 置在浸滲腔5中，保證預(yù)制體11斜面與套筒10斜面之間緊密接觸；對滲流腔蓋4、浸滲腔5、 不銹鋼坩堝6用螺栓進(jìn)行連接，確保滲流腔蓋4壓緊套筒10。將浸滲系統(tǒng)放置于加熱單元9 內(nèi)，并連接抽真空系統(tǒng)14和浸滲控制系統(tǒng)1 。
實施例2:參照圖2，本發(fā)明方法實施過程中紅外熱像儀采用英福泰克VarioCAMhrhead 480，所用基體金屬為AZ91D鎂合金，預(yù)制體由洛陽耐火材料研究所生產(chǎn)的八1203短纖維制成。 液態(tài)金屬在多孔介質(zhì)中的浸滲可視化方法
1) 將制備好的斜面預(yù)制體裝入浸滲腔5中，把AZ91D鎂合金放入不銹鋼坩堝6內(nèi)，對裝 置進(jìn)行密封連接；
2) 啟動溫度控制系統(tǒng)加熱1小時，使不銹鋼坩堝的溫度達(dá)到820士5'C，鎂合金全部融 化，并保溫30 40分鐘；
3) 啟動抽真空系統(tǒng)，用真空泵對滲流腔體內(nèi)部抽真空，當(dāng)真空度到達(dá)0.095MPa時，停 止抽真空；
4) 啟動紅外熱像儀，通過IEEE1394火線傳輸套筒斜面溫度場的數(shù)字信號，通過圖像采 集處理系統(tǒng)獲得斜面套筒溫度場的熱圖像，并對獲得的圖像進(jìn)行處理，以提高其可讀性；5)通過浸滲控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)電氣比例閥輸入電壓值來控制不銹鋼坩堝腔內(nèi)惰性氣體的壓 力，使之介于0.1 0.5MPa，熔融鎂合金向上滲流進(jìn)入預(yù)制體內(nèi)部，保壓10 20s;從而導(dǎo)致 斜面的溫度產(chǎn)生變化，隨著浸滲過程的進(jìn)行液態(tài)金屬依次從套筒斜面底端到達(dá)頂端，利用圖 像采集處理系統(tǒng)即可觀測套筒斜面的熱圖像，該熱圖像的變化情況即直觀地反應(yīng)了金屬液在 預(yù)制體內(nèi)部的流動情況以及浸滲前沿的形狀。通過對熱圖像的分析，在浸滲不完全的情況下 可通過浸滲控制系統(tǒng)改變坩堝腔內(nèi)的真空度并調(diào)節(jié)電氣比例闊的輸入電壓值來改變坩堝腔內(nèi) 的氣體壓力，或者通過控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)溫控儀升高金屬液的溫度，使浸滲過程順利進(jìn)行，實現(xiàn) 浸滲過程的實時控制。
權(quán)利要求
1、一種液態(tài)金屬浸滲可視化控制方法，其特征在于包括下述步驟(a)制備與套筒配合的斜面預(yù)制體，經(jīng)低溫烘干、燒結(jié)；(b)將步驟(a)制備的斜面預(yù)制體放置在浸滲腔中，確保預(yù)制體的斜面與套筒斜面緊密接觸；不銹鋼坩堝中放置AZ91D鎂合金，啟動溫度控制系統(tǒng)，使不銹鋼坩堝的溫度到達(dá)820±5℃，融化鎂合金，并保溫30～40分鐘；(c)啟動抽真空系統(tǒng)，對滲流腔體抽真空，當(dāng)真空度到達(dá)0.095Mpa時，停止抽真空；(d)啟動紅外熱像儀，利用IEEE1394火線傳輸套筒斜面溫度場的數(shù)字信號，通過圖像采集處理系統(tǒng)獲得斜面套筒溫度場的紅外熱圖像，并對獲得的圖像進(jìn)行處理；(e)通過浸滲控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)電氣比例閥輸入電壓值來控制不銹鋼坩堝腔內(nèi)惰性氣體的壓力0.1～0.5MPa，金屬液在壓力的作用向上流動，浸滲到預(yù)制體中，保壓10～20s；與此同時，利用圖像采集處理系統(tǒng)觀察滲流過程套筒斜面紅外熱圖像的變化情況，通過對紅外熱圖像的分析，在浸滲不完全的情況下可通過浸滲控制系統(tǒng)改變坩堝腔內(nèi)的真空度并調(diào)節(jié)電氣比例閥的輸入電壓值來改變坩堝腔內(nèi)的氣體壓力，或者通過控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)溫控儀升高金屬液的溫度，使浸滲過程順利進(jìn)行，實現(xiàn)浸滲過程的實時控制。
2、 一種權(quán)利要求l所述液態(tài)金屬浸滲可視化控制方法專用裝置，其特征在于包括滲流 腔蓋、坩堝、加熱單元、抽真空系統(tǒng)、浸滲腔以及套筒，浸滲腔為三臺式結(jié)構(gòu)，套筒底面為 斜面形狀，浸滲腔置于坩堝里，套筒置于浸滲腔里，套筒的外徑與浸滲腔內(nèi)徑等大，套筒上 的凸臺卡在浸滲腔的凹臺上，滲流腔上部腔體固定套筒，下部腔體用來放置預(yù)制體；滲流腔蓋的凸臺上開有與套筒大小相同的通孔，滲流腔蓋壓緊套筒，套筒的斜面與預(yù)制體斜面緊密接觸，滲流腔蓋、浸滲腔、坩堝的法蘭盤上均勻分布8個螺栓孔，三者之間采用螺栓連接；套 筒與浸滲腔之間通過石墨紙進(jìn)行密封；坩堝用來熔煉金屬，與滲流腔蓋、浸滲腔通過螺栓連 接后放置于加熱單元內(nèi)；通過加熱單元間接實現(xiàn)對纖維預(yù)制體的預(yù)熱，通過抽真空系統(tǒng)和浸 滲控制系統(tǒng)實現(xiàn)金屬液在纖維預(yù)制體中的浸滲。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種液態(tài)金屬浸滲可視化控制方法及其專用裝置，利用圖像采集處理系統(tǒng)觀察滲流過程套筒斜面紅外熱圖像的變化情況，通過對熱圖像的分析，在浸滲不完全的情況下可通過浸滲控制系統(tǒng)改變坩堝腔內(nèi)的真空度并調(diào)節(jié)電氣比例閥的輸入電壓值來改變坩堝腔內(nèi)的氣體壓力，或者通過控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)溫控儀升高金屬液的溫度，使浸滲過程順利進(jìn)行，實現(xiàn)浸滲過程的實時控制。本發(fā)明利用液態(tài)金屬在多孔介質(zhì)中浸滲可視化的專用裝置，真實地反映了液態(tài)金屬在多孔介質(zhì)預(yù)制體中的流動狀態(tài)，浸滲控制系統(tǒng)實現(xiàn)了對浸滲過程的實時控制，圖像采集處理系統(tǒng)實現(xiàn)了對浸滲過程的可視化觀測。
文檔編號C22C47/08GK101598931SQ20091002313
公開日2009年12月9日 申請日期2009年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月30日
發(fā)明者周計明, 瑞 徐, 李賀軍, 蘇力爭, 齊樂華 申請人:西北工業(yè)大學(xué)