Способ определения скорости пропитки пористых тел жидкостями Советский патент 1992 года по МПК G01N15/08 

Изобретение относится к области контроля процессов пропитки пористых тел жидкостями и может быть использовано в порошковой металлургии для получения структурных характеристик пористых материалов, а также и в других областях промышленности.

Целью изобретения является повышение точности 9пРеЛеления скорости пропитки и глубины проникновения пропитывающих жидкостей в течение всего процесса пропитки,а также возможность- определения скорости пропитки на начальной стадии.

Указанная цель достигается тем, что, в отличие от известного способа контроля пропитки, включающего формирование малой капли в виде шарового сегмента на плоской поверхности пористого образца с последующим контролем его сечения, в заявляемом способе предварительно определяют объем пор образца, по этим данным берут навеску пропитывающей жидкости с избытком по объему и помещают в виде свободного мениска на индесЬерентную опору, ребра которой формируют его профиль, соосно с мениском располагают образец, затем жидкость и образец приводят в контакт, а скорость пропитки определяют по изменению со временем профиля полного мениска, образованного жидкостью между опорой и торцом образца.

Другое отличие состоит в том, что взаимное перемещение до контакта

XI

VI VI

О VI

жидкости и образца осуществляют соос но, при этом форму пористого образ- ца выбирают в зависимости от исход- ной формы свободного мениска, что- бы при трансформации свободного мениска в новый и при дальнейшем изменении со временем его профиля в ре- зельутате пропитки сохранялись элементы симметрии исходного мениска

Использование жидкости в виде свободного мениска обеспечивает надежный контроль за ее объемным расходом, как во время формирования нового мениска при соприкосновении жидкости с торцом образца, так и в дальнейшем по изменению его профиля при пропитке. При этом исходной формой свободного мениска может быть или капля, или валик, или любой другой мениск, который принудительно формируется ребрами опоры В зависимости от этого выбирают форму пористого образца Если используется капля, как исходная форма для жидкости, то образец должен быть, как и капля, в форме тела вращения, например цилиндрический, или иметь таково торец, которым он соприкасается с ней, а если валик, то образец дол- жен иметь форму прямоугольной пластины,или иметь такой торец, и чтобы исходный мениск претерпевал по возможности наименьшее преобразование формы при формировании нового мениска

Подобранные соответственно Формы свободного мениска и образца, соосность их взаимного расположения и движения вплоть до соприкосновения обеспечивают сохранность элементов симметрии исходного мениска при его преобразовании в результате контакта и пропитки, что позволяет капиллярным силам быстро формировать новые мениски после соприкосновения с минимальным преобразованием формы Это дает возможность повысить точность определения скорости пропитки по изменению профиля мениска на всех ее стадиях Избыток жидкости обеспечивает контроль полноты пропитки

Способ реализован на установке, схема которой приведена на фиг,, На индеферентной опоре 1 помещают жидкость (расплав) в виде капли 2, придавая ей строго симметричную форму принудительным Формированием

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

на кольцевом ребре 3 опоры Над каплей соосно устанавливают вертикально цилиндрический образец Ц в держателе 5.

Стандартным методом определяют пористость образца Затем вычисляют полный объем его пор и берут навеску пропитывающего материала (жидкости) с условием чтобы объем его (ее) был больше вычисленного объема, например на 50% Необходимым условием здесь является полное заполнение пор при пропитке,а достаточным - условие неразрывности изменяющегося во времени полного мениска в его су жающейся части, имеющей вид шейки При разрыве мениска всегда есть возможность неполного заполнения пор образца и таким образом теряется надежность контроля

После совместного термостатирова- ния, расплавления навески и формирования капли пористый образец приводят в контакт с каплей, в результате которого происходит пропитка образца

Контроль пропитки осуществляют по изменению объема жидкости, заключенной между опорой .и торцом образца и имеющей Форму тела вращения Для этого весь процесс убыли жидкости в результате пропитки (ее объемный расход) Фиксируют на кинопленку в виде кинограммы изменяющегося во времени теневого изображения профиля полного мениска. Объем жидкости для данного кадра кинограммы определяют по профилю мениска, используя, например, метод секущих, или вторую теорему Гюльдена с учетом коэффициента увеличения

Объемную скоростьi пропитки, рав- -ную секундному объемному расходу, определяют как средний расход жидкости за данный промежуток времени между двумя смежными кадрами кинограммы по разности объемов жидкости, найденных по этим кадрам, разделенный на этот промежуток времени Время определяют по известной скорости съемки процесса Начало отсчета времени принято с кадра, предшествующему кадру, на котором зафиксировано касание жидкости и пористого тела Объемную скорость пропитки рассчитывают по формуле, относя ее к i-му кадру:

dv;

dt

AYH.L ,

At

где AV;., V; - v;, - расход кости между смежными кадрами, VJ объем жидкости 1-го кадра, V}n - объем жидкости предыдущего кадра, At - промежуток времени между кадрами.

это время 17 л|о,1б8 0,М см, интервал времени между точками равен 0,031 с с разрешением не хуже ±0,0013 с, согласно паспорту испытаний аппарата) с увелиПо данным скорости пропитки и рас- Ю л иченным масштабом по оси ординат в хода жидкости для цилиндрических об- 20 раз (кривая 2)„ разцов можно рассчитать скорость движения сЬронта пропитки и глубину проОбъем жидкости для всех кадров оп ределяли по профилю мениска, используя теорему Тюльдена

питки по формулам, полагая, что фронт

пропитки-плоский;

1

SK

dVi dt

г;

v; - v

где S к - полное проходное сечение капиллярной структуры образца, 1; 7- глубина пропитки для 1-го кадра, V - объем жидкости первого кадра (объем исходного мениска)„

Формулы справедливы и для других форм образцов, для которых поперечное сечение по их длине постоянное„ Для других форм формулы будут другие

П р и м е р„ Пропитка велась при температуре 800 С в среде водорода Скорость съемки 32 кадра/с,, Коэффициент увеличения 1,51 о

Образец-пористый никель. Размеры образца 7,,ЬЬ мм, пористость его 69,8%, объем V 0,756 см3, объем пор Vn 0,528 Объем при 800°С Vn 0, см Капиллярная структура - металлический вой- лок0 Образец изготовлен прессованием из проволочек никеля 0, мм и спечен в среде водорода при температуре 1250°С„

Жидкость - индий марки ИН-000 Навеска Р 5,0671 г„ Объем индия при 600°С V 0,75 см3, плотность его р 6,723 г/см5„ Избыток объема по сравнению с объемом пор - около 0%0

На фиг„2 показана зависимость скорости пропитки образца от обратной величины впитываемого объема жидкого индия для начальной стадии пропитки. На фиг. 3 показана глубина пропитки (в квадрате кинетическая кривая) образца в зависимости от времени контакта, кривая 1„ Здесь же, для наглядности, представлена часть

704 б

кривой, соответствующей начальной

стадии пропитки (7 точек за время 6/32 0,2 с,глубина пропитки за

это время 17 л|о,1б8 0,М см, интервал времени между точками равен 0,031 с с разрешением не хуже ±0,0013 с, согласно паспорту испытаний аппарата) с увелиЮ л иченным масштабом по оси ординат в 20 раз (кривая 2)„ л иченным масштабом по оси ординат в 20 раз (кривая 2)„

Объем жидкости для всех кадров определяли по профилю мениска, используя теорему Тюльдена

На фиг0 для демонстрации представлена фотокопия кинограммы Съемка профильная, теневая о Пропитка образца на ней отображена дискретной последовательностью кадров 1,2,3,.о 20 Последовательность пропитки здесь следует рассматривать снизу вверх, 1,2,3ооо, и слева направо,

фрагменты а. Уб. в и На w f

чало пропитки - фрагмент дина - б и в и конец

ii-.ii

d

iipii

, сере- К

0

5

0

начальной стадии пропитки, нужно отнести кадры 1,2,3 о о о7, судя по характеру кинетической кривой на фиг.3, заняв отрезок времени около 0,2 с„

Способ позволяет исследовать начальные стадии пропитки, когда жидкость только начинает проникать в пористую структуру материала, и обеспечивает возможность изучения пром цессов пропитки с точностью не ху- же 2% при доверительной вероятности 0,95.

Формула изобретения

1„ Способ определения скорости пропитки пористых тел жидкостями, включающий термостатирование пористого тела и жидкости, контроль пропит5 ки по изменению объема пропитывающей жидкости, отличаю щ и и - с я тем, что, с целью повышения точности измерений и возможности изучения начальных стадий процесса про0 питки, берут с превышением по объему пор образца навеску жидкости и помещают в форме свободного мениска на индеферентную опору для формирования его профиля, соосно с мениском распо5 латают пористый образец, затем жидкость и образец приводят в контакт, а скорость пропитки определяют по изменению профиля полного мениска жидкости между опорой и торцом образца.

717770 478

2С Способ по п01, отличаю- зец берут такой формы, чтобы элементы щ и и с я тем, что взаимное пере- симметрии исходного мениска сохраня- мещенйе до контакта жидкости и образ- лись при его преобразовании в резульца, осуществляют соосно, при этом обра- - тате контакта и пропитки

5

Использование: изобретение относится к способам изучения процессов пропитки пористых тел жидкостями и может быть использовано для получения структурных характеристик пористых материалов, а также для проверки и разработки новых технологических приемов и режимов Формирования композитов пропиткой из порошков и волокнистых материалов„ Сущность: способ определения скорости пропитки основан на контроле расхода жидкости по изменению со временем про Филя полного мениска между опорой и торцом образца, который образуется в результате контакта образца с поверхностью жидкости, имеющей в исходном состоянии Форму свободного мениска, принудительно сформированного на ребрах опоры. 1 з.п.силы. ил. со с

Фие.1

Д&торы: Богатыренко &.&

Нижешчо б. а.

О)

С

ftl

$

&fe 8|°«.

Й

Ј

oj

Ј

8

J- 5

j --j -j о

-p-

8

7

6

5

4

f;;:4 ;v| ;lf:;.||;.;

Ґ.

j 3|

2

.. ШШ

мжж

42

41

40

39

38

шшйг-

v:.у л - ;:;-.-..- -ц-- .- .

|р :|р«|

Шя f:;

рШ;:;;;;, ..;ч