Stanowisko do badań właściwości ciekłych metali, stopów, szkieł, żużli i innych materiałów
Stanowisko do badania właściwości ciekłych metali zostało opracowane we współpracy z Wydziałem Odlewnictwa AGH oraz Instytutem Metalurgii i Inżynierii Materiałowej im. Aleksandra Krupkowskiego PAN. Pozwala na badanie właściwości materiałów w fazie ciekłej w temperaturze w zakresie od temperatury pokojowej do 2100°C. System może pracować w warunkach wysokiej próżni lub w atmosferze gazu ochronnego, w rezultacie umożliwiając monitorowanie wpływu różnych czynników zewnętrznych. Goniometr ciekłej fazy metali umożliwia przede wszystkim pomiar kąta zwilżania, geometrii kropli z wykorzystaniem różnych metod uwalniania i osadzania na podłożu kropli badanego materiału. Stanowisko dostarcza informacji o własnościach fizycznych różnych materiałów, w szczególności metali, stopów, żużli i szkieł.
Stanowisko zostało nagrodzone Złotym medalem Międzynarodowych Targów Poznańskich w 2021 roku.
Najważniejsze cechy stanowiska do badania ciekłych metali i innych materiałów w fazie ciekłej:
- Praca w warunkach wysokiej próżni oraz pod ciśnieniem atmosferycznym gazów ochronnych
- Wyznaczenie charakterystyki materiałowej: przede wszystkim kąt zwilżania, napięcie powierzchniowe, gęstość, lepkość, praca adhezji (obliczana i mierzona)
- Badanie zjawisk wysokotemperaturowych w temperaturze do 2100°C, w szczególności topnienie, krystalizacja, zarodkowanie i wzrost kryształów, zwilżanie, rozpływanie, infiltracja
- Badanie wpływu wybranych czynników: przede wszystkim temperatury, atmosfery, stanu powierzchni, składu chemicznego
- Obserwacja procesu wzajemnego oddziaływania w układzie ciecz/ciało stałe wraz z zapisem zjawisk zachodzących w układach niereaktywnych i reaktywnych. Wizualizacja jest realizowana za pomocą wysokoobrotowej kamery o wysokiej rozdzielczości
- zastosowano 5-cio osiowy goniometr dlatego możliwe jest precyzyjne ustawienie obserwowanej kropli, a także jej pochylanie i obracanie
- Wyposażenie badawcze: układ kroplówki do wyciskania ciekłego metalu bezpośrednio na badane podłoże oraz stolik badawczy dostosowany do przechwytu badanych podłóż ogniotrwałych i podnoszenia ich na wysokość roboczą. Stolik umożliwia nie tylko podnoszenie podłoży na zadaną wysokość, ale także ich obrót. W ten sposób zapewniona zostaje możliwość ustawienia centralnego próbki względem kamery w przypadku jej przesunięcia.
- Pomiary prowadzone metodą kropli leżącej, wiszącej, toczącej się, dużej kropli, a także kombinacji tych metod
- Możliwość oczyszczania kropli z powłoki tlenkowej
- Możliwe procedury: odsysania kropli, toczenia kropli, nachylania kropli
- Możliwość przeprowadzenia syntezy stopu w trakcie testu, a także procedury termocyklingu
- Komora badawcza wyposażona w okna optyczne umożliwiające obserwację kształtu kropli roztopionego metalu np. w trakcie procesu topienia metalu na podłożu, wyciskania kropli na podłoże lub badanie kształtu kropli wiszącej
- Okna obserwacyjne zabezpieczone przed zaparowaniem poprzez zastosowanie przesłon
- Transfer liniowy do podawania próbek
- Łatwy dostęp do wszystkich podzespołów w komorze
- Komora zainstalowana na stelażu mobilnym
Prezentowane stanowisko wykorzystywane jest obecnie w badaniach nad gazarami, dostarczając niewątpliwie istotnych naukowo danych. Więcej informacji o opracowanym rozwiązaniu i jego możliwych zastosowaniach dostępnych jest na stronach AGH, naukawpolsce.pl oraz w języku angielskim na stronie polanddaily24.com.
Specyfikacja:
| Nagrzewanie | do 2100°C z możliwością ustawienia szybkości narastania, stabilizacji i opadania temperatury do 15 kroków. |
| Moc chłodzenia wodą | nie mniejsza niż 5kW |
| Termopara | do 1200°C typ K powyżej 1200°C typ C |
| Stabilizacja temperatury |
do 400°C z rozdzielczością 0,1°C |
| Ruch kroplówki | w płaszczyźnie poziomej +/-8 mm |
| Pompa |
dyfuzyjna o szybkości pompowania > 700 l/s dla powietrza olejową o szybkości pompowania nie mniejszej niż 16 m3/h |
| Pomiar próżni |
w zakresie 1∙10ˉ² mbar do 1∙10ˉ⁹ mbar: za pomocą głowicy Bayard-Alpert dodatkowo w zakresie niskiej próżni: za pomocą głowicy Piraniego zintegrowanej z głowicą membranową |
| Kamera | umieszczona na manipulatorze XYZ z obiektywem o powiększeniu 1:1 oraz oświetleniem próbki |
| Wyposażenie komory badawczej |
moduł kroplówki, moduł stolika badawczego, liniowy moduł podawania próbek wraz z układem stabilizacji temperatury, układ schładzania, ekrany termiczne (1 z molibdenu, pozostałe ze stali 304 lub 316). Istnieje ponadto możliwość wykonania ekranów z materiałów wysokotemperaturowych np. tantalu |
System wysokotemperaturowy jest nieustannie wykorzystywany w badaniach naukowych prowadzonych przez Instytut Metalurgii i Inżynierii Materiałowej im. Aleksandra Krupkowskiego PAN oraz Wydział Odlewnictwa AGH w Krakowie. Rezultatem prowadzonych eksperymentów są interesujące wyniki, obrazujące zwilżalność i reaktywność pomiędzy ciekłym magnezem a metalicznymi substratami (wolframem, srebrem, niklem, tytanem, żeliwem i stalą), prezentowane podczas licznych konferencji oraz w publikacjach naukowych.
