铁镍合金熔融光谱发射率特性研究

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光谱发射率是表征材料热物理性质的重要参数之一。在辐射测温、热辐射传输、金属冶炼、航空航天、红外隐身等领域有着重要的应用。近年来,国内外科研人员的研究主要集中在固体非透明材料的光谱发射率测量方面,测量了大量材料的光谱发射率数据。对于高温熔融金属、半导体以及合金材料的光谱发射率研究相对较少,特别是高温熔融金属的相关数据尤其缺乏。而熔融金属的光谱发射率在特种金属材料研发、高精度在线辐射测温等领域有着重要的应用。为了便于研究熔融金属以及合金的法向光谱发射率,论文基于能量对比法搭建了一套基于电磁加热的传统坩埚测量装置。光谱发射率测量装置包括样品电磁加热炉、黑体、光纤光谱仪以及比色测温仪等。对搭建的测量装置进行系统线性度测试,证明装置系统线性度良好。为了验证熔融光谱发射率测量系统的可靠性,对液态纯铜在1000~1600nm范围内的熔融光谱发射率进行了测量。将测量的光谱发射率数据与Drude自由电子模型的模拟数据进行对比,发现两者变化趋势一致。与相关的国外文献进行对比,发现测量的纯铜发射率数据与文献数据符合较好,证明了测量系统的可靠性和准确性。熔融光谱发射率是无容器工艺数值模拟和生产过程中的重要参数之一。精确实时测量金属熔融状态的光谱发射率对于深入研究金属的凝固过程、组织演化、高温力学性能等具有重要的意义。铁镍合金是一种重要的金属,在汽车、航空航天等行业有着重要的应用。熔融铁镍合金的光谱发射率有助于深入研究金属在熔化和凝固过程中的热物性,对研究合金的性能具有重要意义。论文利用搭建的装置测量了一系列铁镍合金(Ni、Fe10Ni90、Fe30Ni70、Fe50Ni50、Fe70Ni30、Fe90Ni10和Fe)的熔融光谱发射率。重点研究了波长、温度以及成分变化对铁镍合金熔融法向光谱发射率的影响。研究结果表明,铁镍合金的熔融法向光谱发射率基本不随温度变化而发生改变,随波长的增加而逐渐减小,成分对铁镍合金的熔融法向光谱发射率影响最大。在所有测量样品中,镍的光谱发射率最大,Fe30Ni70的光谱发射率最小。对金属镍和铁在1200~1600nm波段的熔融光谱发射率进行了数值模拟,研究发现理论值与实验值变化趋势一致。最后,对熔融纯铁的光谱发射率结果进行不确定度分析,分析结果表明系统不确定度优于1.11%。
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