[发明专利]一种高温液滴接触角测试装置及测试方法

说明书

本发明公开了一种高温液滴接触角测试装置及测试方法，包括反应器、滴落器、摄像装置，以及与摄像装置电连接的计算机；反应器具有第一中空腔，其底部设有基板，反应器上端开设有供基板伸入第一中空腔内的开口；反应器底部设有加热基板的第一加热器；滴落器设于反应器上端且密封开口，滴落器具有第二中空腔，其内设有熔体，以及用于挤压熔体以使熔体表面氧化层破除且使熔体分离出液滴的挤压机构；滴落器底部开设有供液滴滴落的通孔，通孔与开口连通；滴落器的顶部设有用于加热熔体的第二加热器。由此，通过挤压机构和滴落通孔相配合的方式，使得熔体在滴落过程时表面的氧化膜得到破除，从而使得与基板接触瞬间的液滴表面纯净，得到的数据更准确。

技术领域

本发明涉及接触角测试领域，更准确地说，涉及一种高温液滴接触角测试装置及测试方法。

背景技术

润湿现象在现实生活以及科学研究中非常普遍。例如在热浸镀锌过程中，锌液与基板的润湿性能严重影响着镀层质量；在焊接过程中，焊缝质量与焊料与基体的润湿性能息息相关；在复合材料制备过程中，液态金属与陶瓷之间的润湿性决定了复合材料的性质。

润湿性的好坏通常由接触角表示。测量接触角的方法主要有：悬滴法、座滴法等。传统座滴法是将金属与基板一同加热至指定温度，待金属完全融化后，记录金属与基板的接触角大小，从而判断润湿性。该方法虽然能得到金属熔体与基板的接触角数据，但存在以下问题：1)加热过程中，熔体会与基板发生反应，严重影响了铺展过程中接触角的准确性；2)在加热过程中样品表面会形成氧化膜，因此得到的接触角数据不能真实反应熔体与基板的润湿性；3)每次进行实验时只能得到一组实验数据，影响实验进度。

CN110631966B、CN106018184A等采用滴落法解决了第一个问题，但未能解决第二和第三个问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种能真实反应熔体与基板的润湿性的高温液滴接触角测试装置，还相应提供一种利用该装置测试高温液滴接触角的方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种高温液滴接触角测试装置，包括反应器、滴落器、摄像装置，以及与摄像装置电连接的计算机；

所述反应器具有第一中空腔，所述第一中空腔的底部设有基板，所述反应器的上端开设有供基板伸入所述第一中空腔内的开口；所述反应器的底部设有加热基板的第一加热器；

所述滴落器设于反应器的上端且密封所述开口，所述滴落器具有第二中空腔，所述第二中空腔中设有熔体，以及用于挤压熔融状态的熔体以使熔体表面氧化层破除且使熔融状态的熔体分离出液滴的挤压机构；所述滴落器底部开设有供液滴滴落的通孔，所述通孔与所述开口连通；所述滴落器的顶部设有用于加热熔体的第二加热器；

所述摄像装置用于拍摄液滴滴落至基板上的图像，并传输至所述计算机，所述计算机用于根据图像计算液滴与基板的接触角。

由此，通过挤压机构和滴落通孔相配合的方式，使得熔体在滴落过程时表面的氧化膜得到破除，从而使得与基板接触瞬间的液滴表面纯净，得到的数据更准确。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述通孔靠近所述第二中空腔的一侧壁面设置，所述侧壁面形成抵接壁，所述挤压机构用于推动熔体朝向所述抵接壁移动至熔体压设于挤压机构和所述抵接壁之间。

所述挤压机构包括驱动件、推杆和推块，所述驱动件包括固定部和与固定部相连的驱动部，所述固定部与滴落器固定相连，所述驱动部伸入第二中空腔，所述推杆连接于驱动部和推块之间，所述推块用于与熔体抵接，所述驱动件用于驱动推块沿推杆轴向方向往复移动。

所述固定部为柱塞阀，所述驱动部为贯穿所述柱塞阀的柱塞，所述柱塞伸出第二中空腔的一端铰接有旋转手柄。利用旋转手柄可以保证液滴可以顺利从滴落管中滴落，避免了滴落失败的情况。