Способ приготовления магниточувствительного аэрозоля для осуществления магнитографической дефектоскопии
Владельцы патента RU 2464660:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ставропольский государственный университет" (RU)
Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано при магнитографической дефектоскопии и феррографии. Предложенный способ изготовления магниточувствительного аэрозоля включает полное выпаривание жидкой основы ферромагнитной жидкости типа магнетит в керосине с объемной концентрацией магнитной фазы 20% в сушильном шкафу, после чего полученный остаток подвергается механическому измельчению до порошкообразного состояния и отбор мелкой фракции с размерами частиц менее 2 мкм, пригодной для получения достаточно устойчивого аэрозоля с помощью обдува направленным потоком воздуха, что приводит к распылению порошка и образованию в объеме камеры магнитного аэрозоля. В верхней части камеры располагается намагниченный объект, покрытый листом бумаги. Спустя несколько секунд (1-5) на экране формируется магнитограмма, визуализирующая неоднородности магнитного поля у поверхности исследуемого объекта. Предложенный аэрозоль с максимальным магнитным моментом и малым средним размером частиц позволяет качественно и быстро формировать магнитограммы исследуемых объектов, что является техническим результатом изобретения. 5 ил., 2 пр.
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано при магнитографической дефектоскопии и феррографии.
Уровень техники
Аэрозоли - это коллоидные полидисперсные системы обычно с газообразной дисперсионной средой и твердой или жидкой дисперсной фазой. Размеры частиц в аэрозолях колеблются от размеров крупных молекул до 10…100 мкм и более.
Область применения аэрозолей весьма широка. В медицине аэрозоль используется для распыления лекарственных средств при инфекционных заболеваниях, ожогах и других повреждениях кожи, заболеваниях дыхательных путей и т.д. При помощи аэрозоля проводится дезинфекция и дезинсекция помещений, в сельском хозяйстве их используют для борьбы с сорняками и вредителями растений. В косметологии аэрозоли также пользуются популярностью.
Наибольший интерес представляют собой аэрозоли, приготовленные на основе ферромагнитной жидкости, которыми легко управлять с помощью магнитных полей. Так в 1998 году Диканским Ю.И. и Киселевым В.В. [Ю.И.Диканский, В.В.Киселев. Магниточувствительные аэрозоли и перспективы их применения. Магнитная гидродинамика - 1998. - Т.34, №3. - С.263-266] была предложена методика получения капельного аэрозоля, получаемого путем ультразвукового распыления ферромагнитного коллоида. Магнитные аэрозоли получали с помощью ультразвуковой установки, собранной на базе медицинского распылителя. Исходным материалом служила магнитная жидкость на основе керосина с магнетитовыми частицами и олеиновой кислотой в качестве стабилизатора, оптимальный состав которой подбирался опытным путем. Установка позволяла получать аэрозоль с размерами капель 1-10 мкм.
Взаимодействие магнитных аэрозолей с магнитным полем открывает возможности их практического применения. В частности, они могут быть применены для исследования конфигураций магнитных полей, в дефектоскопии, для контроля качества постоянных магнитов. Авторами [1] были получены "магнитные фотографии" ферромагнитных тел различной формы с микротрещинами, не наблюдаемыми визуально. «Фотографии» были получены путем распыления магнитного аэрозоля над предметами, предварительно покрытыми тонкой бумагой.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту и принятый авторами за прототип, является способ приготовления магниточувствительного аэрозоля, предложенный авторами Ю.И.Диканским и В.В.Киселевым в [1] включающий ультразвуковое распыление магнитной жидкости на основе керосина с плотностью 1,0-1,1 г/см3, что позволяло получить аэрозоль со средним размером капель аэрозоля - 5,1 мкм, который через отводную трубку направлялся в заданный объем, где мог быть использован для получения «магнитных фотографий», контроля качества постоянных магнитов, а также для дефектоскопии. К числу недостатков данного способа следует отнести значительную трудоемкость получения аэрозоля, малый магнитный момент капель порядка, вследствие чего управление ими с помощью магнитных полей затруднено, крупный размер капель (в среднем 5,1 мкм), вследствие чего наблюдалась низкая разрешающая способность метода, повышенная степень седиментации, что приводит к неустойчивости аэрозоля.
Раскрытие изобретения
Задачей предлагаемого изобретения является создание магниточувствительного аэрозоля, способного эффективно взаимодействовать с магнитными полями, что позволило использовать его для магнитографической дефектоскопии, феррографии и контроля качества постоянных магнитов.
Технический результат, который может быть получен с помощью предлагаемого изобретения, сводится к уменьшению материальных и временных затрат и повышению эффективности визуализации в магнитографической дефектоскопии и феррографии.
Технический результат достигается с помощью способа получения магниточувствительного порошкообразного аэрозоля, основой которого является магнитная жидкость. Магнитные жидкости представляют собой однородный коллоидный раствор ферро- или ферримагнитного материала в немагнитной несущей жидкости (Фертман Е.Е. Магнитные жидкости. - Минск: Вышейшая школа, 1988. - 184 с.).
Для получения магниточувствительного аэрозоля в качестве основы используется магнитная жидкость типа магнетит в керосине с относительно высоким для таких систем средним размером дисперсных частиц (10-12 HM).
Сущность способа приготовления магниточувствительного аэрозоля для реализации магнитографической дефектоскопии и феррографии осуществляется в два этапа и заключается в следующем.
На первом этапе осуществляется полное выпаривание жидкой основы ферромагнитной жидкости в сушильном шкафу.
На втором этапе полученный остаток подвергается механическому измельчению до порошкообразного состояния и отбор мелкой фракции, пригодной для получения достаточно устойчивого аэрозоля. Для отбора мелкой фракции используется установка, схематично представленная на фиг.1. Полученный магнитный порошок 1 помещается в камеру 2 и с помощью воздуходувки 3 через канал 4 обдувается слабым потоком воздуха, в результате чего частицы мелкой фракции переводятся во взвешенное состояние. Образовавшийся в объеме камеры магнитный аэрозоль по резиновому шлангу 5 поступает в магнитную ловушку, представляющую собой пробирку с отростком 6, расположенную в канале катушки 7, питаемой постоянным током. Поскольку отросток пробирки располагается у самого входа в канал катушки, то частицы аэрозоля при входе в пробирку оказываются в области сильной неоднородности магнитного поля катушки, в результате чего перемещаются вовнутрь катушки, собираясь в пробирке.
Схема установки, предназначенной для получения магнитограммы намагниченного объекта с использованием полученного магниточувствительного аэрозоля, представлена на фиг.2. Магнетитовый порошок 1, приготовленный по вышеописанной методике, помещается в камеру 2 и посредством воздуходувки 3 через канал 4 обдувается направленным потоком воздуха, что приводит к распылению порошка и образованию в объеме камеры магнитного аэрозоля. Далее струя аэрозоля поступает в камеру 10, в которой на пути потока магнетитовых частиц располагается латунный экран 12, а несколько выше - мелкая сетка 11. В верхней части камеры располагается экран 8 и намагниченный объект 9. Поступающая в камеру 10 струя аэрозоля, испытывая сопротивление экрана 12, теряет часть своей кинетической энергии и, обтекая экран, формирует в объеме камеры облако взвешенных в воздухе частиц магнетита. При этом такое облако может характеризоваться наличием турбулентных потоков и некоторой пространственной неоднородностью концентрации частиц, что может привести к получению необъективной магнитограммы исследуемого объекта. Однако, медленно проникая сквозь сетку 11, турбулентности гасятся, а однородность концентрации облака возрастает. Если в верхней части камеры 10 установлен экран с расположенным на нем исследуемым объектом, то спустя несколько секунд (1-5) (в зависимости от степени намагниченности объекта) на экране формируется магнитограмма, визуализирующая неоднородности магнитного поля у поверхности исследуемого объекта.
С целью недопущения чрезмерного возрастания давления воздуха внутри установки в камере 10 предусмотрен патрубок, через который магнитный аэрозоль по резиновому шлангу 5 поступает в стеклянную пробирку 6, расположенную в канале магнитной ловушки 7 (принцип действия описан выше), в которой воздушный поток очищается от магнетита и рассеивается в окружающем пространстве.
На фиг.3, 4 и 5 представлены фотографии полученных магнитограмм кольцевого магнита, металлической пластинки и ключа.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 показан способ приготовления магниточувствительного аэрозоля для осуществления магнитографической дефектоскопии, схема установки для получения магниточувствительного аэрозоля;
На фиг.2 - то же, схема установки, предназначенной для получения магнитограммы намагниченного объекта с использованием полученного магниточувствительного аэрозоля;
На фиг.3 - то же, фотография магнитограммы кольцевого магнита, полученного с помощью магниточувствительного аэрозоля;
На фиг.4 - то же, фотография магнитограммы металлической пластины со скрытыми микродефектами.
На фиг.5 - то же, фотография магнитограммы ключа, полученного с помощью магниточувствительного аэрозоля.
Осуществление изобретения
Примеры конкретного выполнения способа приготовления магниточувствительного аэрозоля для получения магнитограмм при магнитографической дефектоскопии.
Пример 1. Магнитную жидкость на керосине с магнетитовыми частицами, средний диаметр которых составляет 15-17 HM, объемом 30-50 мл выпаривают при температуре 50-65°С. Осадок измельчают, перетирая механически в ступке. При этом полученный порошок характеризуется высокой степенью полидисперсности (до 10 мкм), что затрудняет его использование для получения магнитного аэрозоля. Далее осуществляется отбор мелкой фракции (менее 2 мкм), пригодной для получения достаточно устойчивого аэрозоля. Для отбора мелкой фракции используется установка, схематично представленная на фиг.1. Полученный путем механического измельчения порошок помещается в камеру и посредством воздуходувки обдувается слабым потоком воздуха, в результате чего частицы мелкой фракции переводятся во взвешенное состояние. Образовавшийся в объеме камеры магнитный аэрозоль по резиновому шлангу поступает в магнитную ловушку, представляющую собой пробирку с отростком, расположенную в канале катушки индуктивностью 1 Гн, питаемой постоянным током (3-5 А). Частицы аэрозоля, оказавшись в области неоднородности магнитного поля, перемещаются вовнутрь катушки, собираясь в пробирке.
Для получения магнитограммы кольцевого магнита мелкая фракция магнетитового порошка (1-2 мкм) помещается в камеру и с помощью воздуходувки обдувается направленным потоком воздуха, что приводит к распылению порошка и образованию в объеме камеры магнитного аэрозоля. Струя аэрозоля поступает в камеру, в которой на пути потока магнетитовых частиц располагается латунный экран и мелкая сетка. В верхней части камеры располагается экран, за которым помещается кольцевой магнит. Поступающая в камеру струя аэрозоля формирует магнитный аэрозоль, однородность концентрации которого возрастает при прохождении его сквозь сетку. Спустя несколько секунд (1-5) на экране формируется магнитограмма, визуализирующая неоднородности магнитного поля у поверхности кольцевого магнита. Это происходит вследствие того, что на частицы магниточувствительного аэрозоля действует пондеромоторная сила , возникающая вследствие неоднородности магнитного поля образца. При этом намагниченные частицы аэрозоля перемещаются в сторону увеличения магнитной индукции, т.е. втягиваются и оседают в области более сильного поля, что и наблюдается визуально. Вследствие того, что частицы аэрозоля обладают максимальным магнитным моментом и малым средним размером частиц (1-2 мкм), полученные магнитограммы позволяют визуализировать даже самые незначительные дефекты, которые невозможно визуализировать вышеприведенными способами.
На фиг.3 представлена фотография магнитограммы кольцевого магнита, полученная по описываемому способу.
Пример 2. Струя магниточувствительного аэрозоля, полученного вышеописанным способом, направляется на экран, за которым расположена намагниченная металлическая пластинка, имеющая дефекты. Пондеромоторные силы, действующие на взвешенные магнитные частицы магниточувствительного аэрозоля, приводят к втягиванию частиц в область более сильного магнитного поля вблизи дефектов. Спустя 1-2 секунды на экране формируется магнитограмма, визуализирующая неоднородности магнитного поля у поверхности намагниченной металлической пластинки (фиг.4). Таким же способом с помощью магниточувствительного аэрозоля были получены магнитные изображения намагниченного ключа (фиг.5а, б).
Таким образом, предлагаемый способ приготовления магниточувствительного аэрозоля позволяет быстро, эффективно и просто приготовить аэрозоль для визуализации дефектов различных намагниченных тел.
Предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом и другими известными техническими решениями имеет следующие преимущества:
- уменьшение материальных и временных затрат;
- высокая термоустойчивость;
- высокая разрешающая способность метода.
Способ изготовления магниточувствительного аэрозоля с твердыми магнитными микрочастицами для получения магнитограмм при магнитографической дефектоскопии, включающий магниточувствительный аэрозоль с твердыми магнитными микрочастицами для получения магнитограмм при магнитографической дефектоскопии отличающийся тем, что его получают из магнитной жидкости типа магнетит в керосине, стабилизированной олеиновой кислотой, с объемной концентрацией магнитной фазы 20% путем ее полного выпаривания, дальнейшего размельчения, выделения мелкой фракции с размерами дисперсных частиц 1-2 мкм с последующим ее распылением в газовой среде.
