[发明专利]一种铝合金快速测氢装置及测氢方法

说明书

技术领域

本发明属于合金熔体净化与检测技术领域，特别是涉及一种铝合金快速测氢装置及测氢方法，主要用于铝合金熔体中氢含量的检测。

背景技术

铝合金熔体的净化是保证其冶金质量的关键技术，降低熔体中的氢含量是铝合金熔体净化的主要目的。铝合金在熔炼过程中，对氢或水蒸气非常敏感，不可避免地会吸收一定程度的氢。如果熔体不加处理就进行铸造(铸模铸造或连续铸造)，就会产生气孔、疏松等缺陷，并可能引起铸锭或铸件的热裂，从而增加废品率。因此，一方面，在熔炼过程中，尽量减少氢的引入；另一方面，在铸造之前要对熔体进行除气净化处理。根据除气的机理，除气方法可分为吸附和非吸附除气两大类。吸附除气是指通过铝合金液直接与吸附剂(如各种气体、液体、固体精炼剂及过滤介质等)相接触，使吸附剂与铝合金液中的气体发生物理化学的、物理的或机械的作用，达到除气的目的。属于吸附净化的方法有：熔剂法、旋转除气法等。非吸附除气是指不依靠向熔体中加吸附剂，而通过某种物理作用(如真空、超声波等)，改变金属气体系统的平衡状态，从而使气体和夹杂物从铝合金液中分离出来的方法。属于非吸附净化的方法有：真空处理、超声波处理等。目前，在企业中常用的除气方法主要有熔剂法、旋转除气法等，其中旋转除气法应用最为广泛。

铝合金熔体除气净化处理后要对熔体中的氢含量进行测定以确定除气效果的优劣。目前常用的测氢方法有惰性气体闭路循环检测法、固体电解质浓差电池法、铝合金熔体中氢分压直接测量法、固态测氢法和减压凝固法等。惰性气体闭路循环检测法是利用一种特殊的隔膜泵，使作为载体的纯惰性气体(一般为氩气或氮气)通过金属熔体，并使惰性气体在铝合金熔体和仪器管路中沿闭合回路没有损失地循环。惰性气体的气泡通过熔体时，金属中的氢就会向气泡中扩散，当气泡和铝合金熔体中的浓度达到平衡时停止循环。用热导检测仪测量循环气体中的氢分压，根据氢分压换算出熔体中的氢含量。常见的Telegas型液态测氢仪和Alscan测氢仪属于惰性气体闭路循环检测法。该方法的优点是氢含量测定速度较快，一般需要5-15分钟；另外精度较高，达到0.01ml/100g Al。存在的不足是设备成本高、探头作为消耗品易损坏、运行成本高。ALSPEC H测氢仪属于固体电解质浓差电池法，CHAPEL测氢仪属于铝合金熔体中氢分压直接测量法；以上两种方法同样存在不足，即设备成本高、探头属于消耗品易损坏、运行成本高。英国Severn Science公司开发的HYSCAN II测氢仪是基于定量减压凝固法，该方法是将100g左右的熔体试样放入到真空室中凝固，然后分析真空室中的氢分压，从而确定铝合金熔体中的氢含量。该方法的优点是精度高，容易操作。存在的不足之处：熔体中有无夹杂物对结果有影响；铝合金中易挥发元素(Mg、Zn)的蒸汽容易干扰判断；设备成本高、维护成本高。LECO公司的RH-402型测氢仪属于固态测氢法，该方法的主要优点是精度高，存在的问题是设备成本高、运行成本高，而且分析速度慢，不适合于在线测氢。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种铝合金快速测氢装置及测氢方法，其设备简单、容易操作，设备成本和维护成本低，且测定结果准确。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案，一种铝合金快速测氢装置，包括真空泵、真空室、真空表、真空泄压阀、真空度调节阀及坩埚；所述真空室由盖板和真空容器组成，在盖板与真空容器之间设置有密封圈；所述真空泵通过真空管道与真空室相连通，真空泄压阀、真空度调节阀和真空表分别设置在真空管道上。

所述的真空泄压阀、真空度调节阀和真空表分别与控制面板相连接。

采用所述的铝合金快速测氢装置的测氢方法，包括如下步骤：

步骤一：启动真空泵，通过调节真空度调节阀使真空室内达到设定压力，然后关闭真空泵，并通过真空泄压阀将真空室泄压至一个大气压状态，然后打开真空室的盖板；

步骤二：将待测铝合金熔体浇入到坩埚中，使其在一个大气压下凝固，作为参考样；

步骤三：将待测铝合金熔体浇入到另一个坩埚中，并放入到真空室内，盖上真空室的盖板，启动真空泵，使待测铝合金熔体在步骤一中所设定的真空条件下凝固，作为试样；

步骤四：根据阿基米德定律，采用密度计测定步骤二中在一个大气压下凝固的参考样的密度D_a和步骤三中在设定的真空条件下凝固的试样的密度D_v；

步骤五：根据下式确定待测铝合金熔体的密度指数D_i：