Способ определения плотности пористых тел

 

Сущность изобретения: измеряют давление и температуру воздуха и температуру вспомогательной жидкости до и после взвешивания пористого тела в обеих средах, обеспечивая постоянство и равенство температур обеих сред в процессе взвешивания, определяют массу пористого тела взвешиванием на воздухе, наносят на поверхность тела защитное покрытие, взвешивают тело с покрытием на воздухе и во вспомогательной жидкости, находят по стандартным таблицам плотность воздуха, вспомогательной жидкости и защитного покрытия при температуре взвешивания и определяют искомую величину по формуле: ρ_t=m₁(d_t-σ)(ρ_п-σ)/[m₁(d_t-σ)-m₂(d_t-ρ_п)-m₃(ρ_п-σ)]+σ, где ρ_t - плотность пористого тела при температуре t; m₁ - масса тела, взвешенного на воздухе; m₂ - масса пористого тела с покрытием, взвешенного на воздухе при температуре t; m₃ - масса пористого тела с покрытием, взвешенного в жидкости при температуре t; d_t - плотность жидкости при температуре t; ρ_п - плотность покрытия при температуре t; σ - плотность воздуха при температуре t и давлении P.

Изобретение относится к испытаниям материалов и измерениям и может быть использовано в порошковой металлургии и керамическом производстве для определения плотности пористых тел.

Известен способ определения плотности твердых тел гидростатическим взвешиванием, включающий взвешивание исследуемого тела в воздухе, а затем в жидкости с известной плотностью и определение искомой величины по результатам взвешивания [1] .

Недостатком этого способа является относительно низкая точность измерения плотности пористых формовок, особенно для формовок с шероховатой поверхностью.

Наиболее близким техническим решением является способ определения плотности формовок из металлических порошков, согласно которому массу формовки определяют взвешиванием на весах на воздухе, затем поверхностные поры формовки закрывают, пропитывая ее в расплавленном парафине или в др. веществе [2] . После пропитки парафином формовку высушивают на воздухе до постоянной массы, очищают ее поверхность от парафина и взвешивают формовку на воздухе, а затем в воде. Плотность формовки ρ определяют по формуле ρ= m₁ρ_F/m₂-m₃ (1) где m₁ - масса формовки, взвешенной на воздухе; m₂, m₃ - масса пропитанной формовки, взвешенной на воздухе и в воде; ρ_F - плотность воды.

Недостатком этого способа является относительно низкая точность измерений плотности пористых формовок, особенно для формовок с шероховатой поверхностью, на которой после пропитки парафином и очистки остается значительное количество парафина. Последнее зависит не только от степени шероховатости поверхности образца, наличия пор и трещин в его структуре, но и от способа очистки поверхности, что может обусловить значительный разброс результатов измерений параметров m₁ и m₂ и результирующее увеличение погрешности определения плотности образца Δp, составляющей не менее 0,01 г/см³.

Целью изобретения является повышение точности и надежности определения плотности пористых тел.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом.

Измеряют температуру и давление воздуха и температуру жидкости, обеспечивают путем термостатирования постоянство и равенство температур обеих сред в процессе взвешивания в них пористого тела, измеpяют массу пористого тела m₁ взвешиванием на весах на воздухе. Покрывают тело сплошным слоем парафина или другого вещества с известной плотностью ρ_п, после чего взвешивают тело, покрытое парафином, на воздухе и в жидкости, определяя его массу m₂, соответственно m₃. После окончания взвешиваний тела повторно измеряют давление и температуру воздуха и температуру жидкости. По стандартным таблицам находят плотность воздуха, жидкости и парафина. Определяют величину плотности пористого тела при температуре t, ρ_t по формуле ρ_t= [1tm₁(d-σ)(ρ_п-σ)] /[m₁(d_t-σ)-m₂(d_t-ρ_п)-m₃(ρ_п-σ)] +σ, (2) где ρ_t - плотность пористого тела при температуре t; m₁ - масса пористого тела, взвешенного на воздухе при температуре t; m₂ - масса пористого тела с парафиновым покрытием, взвешенного на воздухе при температуре t; m₃ - масса пористого тела с парафиновым покрытием, взвешенного в жидкости при температуре t; dt - плотность жидкости при температуре t; ρ_п - плотность парафина при температуре t; σ- плотность воздуха при температуре t и давлении Р.

Пример реализации способа.

Определяли плотность двух цилиндрических прессовок из алюминиевого порошка одного и того же состава (99,99% Al), приготовленных методом взрывного компактирования в идентичных условиях по осесимметричной схеме при технологическом давлении 4 ГПа. Прессовки имели одинаковые размеры: диаметр 10 мм, длину 100 мм.

Взвешивание прессовок на воздухе и в жидкости (дистиллированная вода) проводили на гидростатических весах, размещенных в изолированном боксе, содержащем термостат, обеспечивающий постоянство и равенство температур жидкости и воздуха.

Измеряли давление воздуха Р = 0,1 МПа, температуру воздуха 21,0^оС, температуру жидкости 21,0^оС. Взвешивание обеих прессовок (N₁ и N₂) на аналитических весах с точностью до 0,01 г показало равенство масс прессовок (m₁ = 21,59 г).

Затем обе прессовки покрывали сплошным защитным слоем парафина. Для этого прессовки подвешивали на тонкой проволоке и погружали в расплав парафина, затем извлекали из расплава и после охлаждения до комнатной температуры взвешивали на воздухе и в жидкости. Измеренные значения параметров составили: m₂ = 23,08 г, m₃ = 13,44 г для прессовки N₁ и m₂ = 21,89 г, m₃ = 13,57 г для прессовки N₂.

Различия значений m₂ и m₃ для прессовок N₁ и N₂ при одинаковых значениях m1 объясняются разной толщиной парафинового покрытия на их поверхности. После окончания взвешивания прессовок на воздухе и в жидкости повторно измеряли давление и температуру воздуха, составившие, как и перед началом взвешивания, 0,1 МПа и 21,0^оС, и температуру жидкости, составившую 21,0^оС. Найденные по стандартным таблицам для вышеуказанных давления воздуха, а также температуры воздуха и воды значения плотности составили: плотность воды dt = 0,997 г/см³, плотность парафина ρ_п = 0,9 г/см³, плотность воздуха σ= 0,0012 г/см³.

Расчет плотности прессовок по формуле (2) дал для прессовок N₁и N₂ значения ρ_t 2,6922 и 2,6928 г/см³. Эти значения очень хорошо совпадают между собой и с теоретической плотностью алюминия, не содержащего пор ρ_т = 2,7000 г/см³. Относительное расхождение значений плотности, определенной для обеих прессовок с использованием предлагаемого способа, составляет:
Δρ/ρ= 2.6928-2.6922/2.6928= 0,02%
Пористость прессовок П рассчитывали по формуле
П = (ρ_Т-ρ_t)/ρ_Т 100% (3)
Расчетные значения П для обеих прессовок были одинаковы и составили 0,3% , что хорошо согласуется с данными независимо проведенных измерений пористости этих же прессовок на гелиевом пикнометре. (56) 1. Гоузнер С. Н. и др. Измерение массы, объема плотности. М. , Изд-во стандартов, 1972, с. 575.

2. Металлургия порошковая. Метод определения плотности формовых. ГОСТ 25281-82. Изд-во стандартов, М. , 1982.

Формула изобретения

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЛОТНОСТИ ПОРИСТЫХ ТЕЛ, включающий измерение его массы взвешиванием на воздухе, нанесение на поверхность пористого тела защитного покрытия, последующее взвешивание тела с покрытием на воздухе и во вспомогательной жидкости и определение искомой величины, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и надежности определения, дополнительно измеряют давление и температуру воздуха, температуру жидкости до и после взвешивания тела в обеих средах, обеспечивая постоянство и равенство температур обеих сред в процессе взвешивания, находят по стандартным таблицам плотность воздуха, вспомогательной жидкости и защитного покрытия, а искомую величину находят по формуле
ρ_t= +σ
где ρ_t - плотность пористого тела при температуре t;
m₁ - масса тела, взвешенного на воздухе;
m₂ - масса тела с защитным покрытием, взвешенного на воздухе;
m₃ - масса тела с покрытием, взвешенного во вспомогательной жидкости при температуре t;
d_t - плотность вспомогательной жидкости при температуре t;
ρ_п - плотность защитного покрытия;
σ - плотность воздуха.