Устройство для измерения поверхностного натяжения металлических расплавов

 

Использование: исследование концентрационной зависимости поверхностного натяжения жидких металлических расплавов многокомпонентных систем. Сущность изобретения: устройство содержит вертикальный измерительный капилляр, манометрический баллон, два заправочных бункера, соединенныхс двумя напорными емкостями, зеркальносимметрично расположенными относительно плоскостиXZ, распределительную емкость, отстойник для временного хранения расплава, U-образную микробюретку, соединяющую верхние части отстойника и манометрического баллона. Напорные емкости соединены каналами , расположенными в днищах, через распределительную емкость с нижним концом капилляра. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з G 01 и 13/02

ГОСУДАРСТ8ЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4893793/25 (22) 01,11.90 (46) 23.12.92. Бюл. М 47 (71) Чечено-Ингушский государственный университет (72) У.В.Арсамиков (56) Пугачевич П.П; и Тимофеевичева O.B.

Экспериментальные исследования поверхностного натяжения амальгам калия. -ДАН

СССР,. 1951, т. 79, М 15, с.831-832, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ.МЕТАЛЛИ;

ЧЕСКИХ РАСПЛАВСВ (57) Использование: исследование концентрационной зависимости поверхностного нао

Изобретение относится к физике поверхйостных явлений и предназначено для,, исследования концентрационной зависимости поверхностного натяжения жидких металлических расплавов многокомпонентйых систем.

Йвестен гравитационный прибор

П.П.Пугачевича для измерения поверхностного натяжения металлических расплавов методом максимального давления в капле, состоящий из вертикального измерительного капилляра и манометрического баллона, сообщающегося через дно с нижним концом измерительного капилляра. При повороте прибора из исходного положения вокруг определенной оси расплав из заправочного бункера перетекает в измерительный капилляр и манометрический баллон и заполняет их. При достижении раеплавом Ы„, 1783377 А1

2 тяжения жидких металлических расплавов многокампонентиых систем. Сущность изобретения: устройство содержит вертикальный измерительный капилляр, манометрический баллон, два заправочных бункера, соединенных с двумя напорными емкостями, зеркальносимметрично расположенными относительно плоскости ХЕ, распределительную емкость, отстойник для временного хранения расплава, U-образную микробюретку, соединяющую верхние части отстойника и манометрического баллона. Напорные емкости соединены каналами, расположенными в днищах, через распределительную емкость с нижним концом капилляра. 1 ил. определенного уровня в манометрическом баллоне на срезе измерительного капилляра срывается первая капля. Замеряют разницу уровней среза измерительного 0© капилляра и расплава в манометрическом GP баллойе в момент срыва первой капли. flo (д2 ее величине судят о максимальном давлении в капле в момейт его срйва. Зная это максимальное давление и плотность этого расплава, по известной формуле Кантора вычисля1от поверхностное натяжение. Повторяя эти операции, поверхностное натяжение измеряют необходимое число раз, не раскрывая сам прибор.

Однако известный прибор позволяет измерять поверхностное натяжение только одного расплава.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является усовершен1783377 н н ы и и ри бо р измеряют поверхностное натяжение чистых ствованный гравитационны пр еленн ю

П.П.Пугачевича для измерения змерения поверхност- металлов, Затем, добавляя опред у ного натяжения металлическй ч скйх расплавов порцию первого компонента через микрометодом максимального давл о давления в капле бюретку к второму и определенную порцию

1 который позволяет приготовить итьсплавы раз- 5 полученного сплава к первому компоненту, личных концентрации, не р раскрывая при- получают два сплава. Измеряют поверхнобор, и, зная их плотность, и сть измерять" их стное натяжение полученных сплавов. Дав гих сплава оенатяжениевидентичныхус- лее приготавливают два других сплав . ловиях. Достигается зто тем, что к простому следующих конце р ц р гравитационному при ору при ибо присоединяется 10 направлений и т.д., пока.во всем устройстдополнительная камера для металла-добав- ве не получат однородный сплав. ки. сообщающаяся с при ором ч б ром через U-об- На чертеже приведена принципиальная разную микробюретку. отградуированную схема устройства. предварительно по о ъему, тот б Э отприбород- Устройство для измерения поверхност. новременно является азовым о ъ б м объектом. 15 ного натяжения металлических расплавов

Работа его-заключается в т, чт том что в начале методом максимального давления в капле измеряют поверхно ностное натяжение чйсто- изготавливается иэ стекла. Оно о ладает го компонента. Затем к нему д . 3 му добавляют че- воэможностью вращения вокруг трех вэаимрез микробюретку определен б е енную порцию но перпендикулярных осей X„Y„Z и сЬстоит

: второго компонента иэ камеры дл рыдля добавок 20 мз заправочных бункеров 1, 2, напорных и вновь измеряют поверхно р ностное натяже- емкостей 3, 4, вертикального измерительнойие полученного сплава, зная зная его плот- ro капилляра 5, манометрического баллона ность. Потом приготавливают сплав другой 6, распределительной камеры, -о разконцентрэцйи и т.д., пок не и э не получат одно- ной микробюретки 10, отстойника 11, систеродный сплав во всем при оре. Д м иборе. Далее дела- 25 мы тонких трубок 12 — 20. Все указанные ют вторую встречную заправку и повторяют емкости имеют форму. кругового цилиндарэ ново. П и этом вйачале из- и располагаются вертикально. Радиусы поповерхностное натяжение второго перечного сечения всех ци др чистого компонента, к нему добавляют оп- тельно оольше, че р д у ру рцию первого компонента 30 Центр осей вращения совпадает с центром измеряют .поверхностное н е натяжение пол- торцовой окружности измерительного каученного сплава и т.д. пилляра, Оси симметрии напорных емкоНедостатком этого прибора является стей, манометрического баллона, малая производительность, ость значительный измерительного капилляра и отстойника ле3 расход дорогостоящих м т ящих металлов, связан- 35: жат в плоскости YZ, Заправочные бункеры ный с нео ходим б димостью использовать не ме- . 1, 2 находятся ближе:к плоскости к плоскостречных заправок. при сти XZ и дальше от плоскости исследованиидвойных систем, и ограничен- порная емкость. Плоскос ь р р т мик обю етки ный интервал концентраций, е раций приготовляе- параллельна плоскости YZ и располагается . мых при одной заправке. 40 перед ней. Измерительный капилляр через

Цель изобретений — повышение опера- свой нижний конец каналами сообщается с тивности измерений и расширение функци- днищами манометрического баллона и расональйых возможносте у остей устройства. .; пределительной камеры, Мэнометрический

Поставленная цель достигается тем, что баллон располагается над измерительным устройство содержит дополнительные за- 45 капилляром. а слева-и справа от манометриправочный бункер и напорную емкость, рас- ческого баллона находятся напорные емко по ложенйые зеркально- и ркально-симметрично к сти 3 и 4 соответственно. Через верхний первичным относительно плоскости ХЕ, рас- левый конец манометрический баллон по"пред6лительную емкость, сообщающуюся средством трубки 16 сообщается с напор-. каналами, расположенными в верхней ее 50 ной емкостью 3 в верхней части ее правой части, с днищами обеих йапорных емко- стенки, а через правый верхний конец постей и через. канал; расположенный в дне, средством трубки 20- с напорной емкостью с нижним койотом капилляра, i камера для 4 в верхнейчасти ее левой стенки. Для преддобавок заменяется отстойником для вре- огвращения прямого перетекания распламенного хранения расплава, Предложен- 55 вов из емкостей 3 и 4 в манометрический ные дополнения к прибору позволяют при . баллон трубки 16 и 20 частично входят в одной заправке.йзмерять поверхностное соответствующие емкости. Распределинатяжение двойной системы во всем интер- тельная камера 7 через верхний конец сообвале концентраций при различных темпера- щается с левой стороны посредством трубки турах не раскрывая прибор. Вначале,13 с дном напорной емкости 3, à с правой турах, 1783377 стороны посредством трубки 18 — с дном напорной емкости 4. Заправочный бункер 1

° с левого торца сообщается через трубку 12 с напорной емкостью 3 в верхней части ее задней стенки, а заправочный бункер 2 с правого торца сообщается через трубку 17 с напорной емкостью 4 в верхней части ее задней стенки, Манометрический баллон 6 и отстойник 11 посредством микробюретки

10 сообщаются в верхних концах передних стенок. Такое расположение элементов устройства позволяет приготовлять сплавы различных концентраций, не раскрывая прибор и, избегая неконтролируемого перемешивания сплавов, в идентичных условиях измерять их поверхностное натяжение во всем интервале концентраций и в широком диапазоне температур.

Устройство работает следующим образом, После тщательной термовакуумной обработки заправочный бункер 1 заполняют чистым металлом А известной массы и плотности, а бункер 2 — чистым металлом В, масса и плотность которого также известны.

Затем прибор отпаивают от вакуумной установки; Закрепленный на металлической раме, этот прибор помещают в воздушный термастат со смотровыми окнами, позволяющий прибору поворачиваться"вокруг осей

Х, Y, Z, расположение которых показано на чертеже, Сначала измеряют поверхностное натяжение чистого металла А, переведенного в заправочный бункер 1. Для этого в термостате устанавливают необходимую температуру и, поворачивая прибор из исходного .положения вокруг оси Х-Х против часовой стрелки на угол около 90О, металл А из заправочного бункера 1 через трубку 12 переводят в напорную емкость 3. По возвращении прибора в исходное положение расплав А через трубку 13, распределительную камеру 7 и сужение 8 медленно заполняет измерительный капилляр 5 и манаметрический баллон

6, При этом на срезе измерительного капилляра известного радиуса формируется капля расплава; Высота столба расплава, необходимого для срыва первой капли с кончика капилляра, фиксируется с помощью катетометра, Она равна разности между максимальным уровнем расплава в баллоне

6, который достигается в момент срыва первой капли, и срезом капилляра 5. Зная, кроме того, радиус капилляра и плотность расплава, по известной формуле Кантора рассчитывают поверхностное натяжение., После срыва первой капли, вытекая из капилляра, расплав заполняет баллон 9 и частично баллон 6.

Для повторного измерения поверхностного натяжения расплав А из баллонов 6 и 9 и распределительной камеры 7 через трубки

13 — 16 путем наклона прибора из исходного положения вокруг оси Х-Х против хода часовой стрелки на угол, немного больший

90О, переводят в напорную емкость 3. При возвращении прибора в исходное положение расплав через трубку 13 вновь заполня10 ет капилляр 5 и манометрический баллон 6

Вновь замеряется высота столба, необходи. мого для срыва первой капли, и т.д.

Таким образом, измерение поверхностного натяжения расплава можно повторить

15 необходимое число раз и при любой темпедят ега в вертикальное положение, затем поворотам вокруг оси Z-Z на угол 90 па часовой. стрелке возвращают в исходное положение. Все это время металл В находился

35 в заправочном бункере 2. Далее поворотом прибора вокруг оси Х-Х по часовой стрелке на угол около 90О металл В из заправочного бункера 2 по трубке 17 переводят в напорную емкость 4. Прибор возвращают в исходное положение. При этом металл В из

40 емкости 4 медленно перетекает через трубку 18, распределительную камеру 7, сужение 8 и заполняет измерительный капилляр

5 и манометрический баллон 6. Измеряют

45 высоту столбу металла 8, необходимого для срыва первой капли и, зная плотность. этого металла, вычисляют его поверхностное на- тяжение. По вышеуказанной методике измерения повторяют необходимое число раз.

50 После измерения поверхностного натяжения чистых металлов И и В приготавливают сплавы следующих концентрацйй. Для этога часть металла В из манометрического баллона поворотом прибора вокруг оси Y-Y на себя переводят в U-образную микробюретку, предварительно отградуированную

55 по объему (металл А находится в заправочном бункере 1). Измеряют уровень металла

В в микрабюретке и по нему вычисляют eto обьем. Зная плотность металла, вычисляют ратуре.

Далее измеряют поверхностное натя: жение чистого металла В, переведенного в заправочный бенкер 2. Для этого прибор из

20 исходного положения поворачивают вокруг оси X— - X против часовой стрелки на угол, чуть больший 90 . При этом металл А из баллонов 6, 7, 9 перетекает через трубки

13 — 16 в напорную емкость 3, Затем поворо25 том прибора вокруг оси Y-Y от себя на угол

90 металл из напорной емкости 3 переводят в заправочный бункер 1. Прибор возвращают в исходное положение в следующей последовательности. Поворотом прибора

30 вокруг оси Х вЂ” Х по часовой стрелке перево1783377 его массу в микробюретке. Поворотом прибора из исходного положения вокруг оси

X-Х по часовой стрелке на угол 90 металл из микробюретки 10 переводят в отстойник

11, а из емкостей 6, 7, 9 — в напорную емкость 4. Из этого положения прибор поворачивают вокруг оси Y-Y от себя на угол немного больше 90О, и металл из емкости 4 перетекает в заправочный бункер 2. Прибор возвращают в исходное положение в следующей последовательности. Сначала прибор поворотом вокруг оси Х-Х против хода часовой стрелки переводят в вертикальное положенйе, далее поворотом вокруг оси Z-Е против часовой стрелки на угол 90О возвращают .в. исходноо положение. Поворотом прибора вокруг оси Y-Y на себя на угол 90 металл из отстойника 11 переводят в микробюретку 10. Поворотом прибора вокруг оси

Х-Х против часовой стрелки на угол, немного больший 90О, металл В из микробюретки

10 и металл А из заправочного бункера 1 переводят в манометрический баллон и в .емкости 7, 9, где они перемешиваются поворотом прибора вокруг оси Х-Х против часовой стрелки и обратно. Прибор возвращают в исходное положение. Поворотом прибора вокруг оси У-Y на себя на угол 90 часть полученного сплава из манометрического баллона через микробюретку переводят в отстойник 11. Прибор возвращают в исходное положение. Поворотом прибора вокруг оси.Х-Х против часовой стрелки на угол 90 сплав иэ микробюретки 10 и емкостей 6. 7, 9 переводят s напорную емкость 3, а оттуда поворотом вокруг оси Y-Y от себя на угол

90 — a заправочный бункер 1; Часть сплава теперь находится в отстойнике 11, а вся оставшаяся часть - в бункере 1. Чистый металл В весь находится в бункере 2. Поворо том прибора вокруг оси Х-Х по часовой стрелке на угол 90 прибор переводят в вертикальное положение, а затем вращением вокруг оси Z-Z no часовой стрелке на угол

900 возвращают его в исходное положение.

Поворотом прибора вокруг оси У-Y на себя на угол около 90 сплав из отстойника 11 переводят в микробюретку 10 и прибор возвращают в исходное положение. Катетометром. замеряют уровент сплава в мик робюретке и по его значению вычисляют объем и массу этого сплава. Поворачивают прибор на очень маленький угол по часовой стрелке вокруг оси Z-Е(чтобы нарушить параллельность микробюретки и плоскости

YZ). Затем поворотом прибора вокруг оси

Y-У от себя на угол 90 переводят сплав иэ микробюретки в манометрический баллон.

Прибор возвращают в исходное положение.

Поворотом прибора вокруг оси Х-X по часовой стрелке на угол чуть больше 90 металл

В иэ бункера 2 тоже переводится в манометрический баллон, где он перемешивается с металлическим сплавом иэ микробюретки.

Если объем металла в отстойнике оказался больше, чем объем микробюретки, то сплав из микроб1оретки и отстойника переводится и измерительную часть поэтапно.

Таким образом получают два новых сплава. По вышеуказанной методике определяют поверхностное натяжение полученных сплавов необходимое число раз и при различных температурах. Далее приготавливают сплавы следующих концентраций и измеряют их поверхностное натяжение и т.д„пока во всем приборе не будетоднородный сплав.

Таким образом, исследуется концентрированная зависимость поверхностного натяжения всей двухкомпонентной системы при различных температурах в идентичных условиях при одной заправке, После завершения всего эксперимента поворотом прибора иэ исходного положения вокруг оси Y — Y от себя на угол больше

90 весь расплав переводят в заправочные бункеры 1 и 2, где он кристаллизуется.

8 зависимости от того, чистые металлы или сплавы были проведены первоначально в бункеры 1 и 2, в приборе можно исследовать жидкие расплавы не только двойных, но и многокомпонентных систем.

Для исследования концентрированной зависимости поверхностного натяжения двухкомпонентных систем сушествующими ныне приборами в лучшем случае необходимо сделать две встречные заправки, и при самых оптимальных условиях на одну заправку затрачивается 8 — 10 сут непрерывной работы. На одну заправку необходимо в среднем 0,5 кг чистых металлов. Повторное использование сплава невозможно, так как при кристаллизации металлы в объеме расплава распределяются, неравномерно, а использование всего расплава ограничено механической прочностью стекла и габаритами установки, Таким образом, введение в устройство для измерения поверхностного натяжения

50 дополнительных заправочного бункера, напорной емкости, распределительной камеры и замена камеры для добавок отстойником для временного хранения расплава йозволяют в два раза сократить рабочее время и в два раза уменьшить расход дорогостоящих металлов, так как при этом измеряются одновременно поверхностное натяжение двух сплавос, причем во встречном направлении, что.исключает небходимость встречной заправки.

1783377

Формула изобретения

Составитель У. Арсамиков

Техред M,Моргентал Корректор H. Бучок.

Редактор Т, Бельская

Заказ 4509 Тираж . Подписное

ВКИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Устройство для измерения поверхностного натяжения металлических расплавов методом максимального давления в капле, содержащее вертикальный измерительнйй капилляр, манометрический баллон, расположенный над капилляром и сообщающийся через канал в дне с нижним концом капилляра, напорную емкость, сообщающуюся через канал в две с нижним концом капилляра, и через канал, расположенный в верхнем торце, с верхней частью манометрического баллона, заправочный бункер, сообщающийся каналом, идущим от верхней части бункера, с напорной емкостью в верхней части ее задней стенки, камеру для добавок, сообщающуюся через -верхнюю часть передней стенки посредством U-образной микробюретки с верхней частью пе-. редней стенки манометрического баллона, причем центр торцевой окружности капилпара совпадает с центром осей координат

XYZ, оси симметрии капилляра манометрическога баллона, напорной емкости, камеры для добавок лежат в плоскости YZ. запра5 вочный бункер находится ближе к плоскости

XZ и дальше от плоскости YZ, чем напорная емкость, а все устройство выполнено с возможностью вращения вокруг взаимно перпендикулярных осей, о т л и ч а ю щ е е с я

10 тем, что, с целью повышения оперативности измерений и расширенйя функциональных возможностей, устройство содержит дополнительные заправочный бункер и напорную емкость, расположенные зеркально-сим15 метрично первым относительно плоскости

XZ, распределительную емкость, сообщающуюся каналами, расположенными в верхней ее части, с днищами обеих напорных емкостей и через канал, расположенный в

20 дне, с капилляром, а камера для добавок заменена отстойником длля временного хранения расплава.