| 标准编号 | GB/T 41079.3-2024 (GB/T41079.3-2024) | | 中文名称 | 液态金属物理性能测定方法 第3部分：黏度的测定 | | 英文名称 | Test methods for physical properties of liquid metals - Part 3: Determination of viscosity | | 行业 | 国家标准 (推荐) | | 中标分类 | H21 | | 国际标准分类 | 77.040.99 | | 字数估计 | 9,960 | | 发布日期 | 2024-10-26 | | 实施日期 | 2025-05-01 | | 发布机构 | 国家市场监督管理总局、国家标准化管理委员会 | GB/T 41079.3-2024: 液态金属物理性能测定方法 第3部分：黏度的测定
ICS 77.040.99
CCSH21
中华人民共和国国家标准
液态金属物理性能测定方法
第3部分:黏度的测定
2024-10-26发布
2025-05-01实施
国 家 市 场 监 督 管 理 总 局
国 家 标 准 化 管 理 委 员 会 发 布
前言
本文件按照GB/T 1.1-2020《标准化工作导则 第1部分:标准化文件的结构和起草规则》的规定
起草。
本文件是GB/T 41079《液态金属物理性能测定方法》的第3部分。GB/T 41079已发布了以下
部分:
---第1部分:密度的测定;
---第2部分:电导率的测定;
---第3部分:黏度的测定。
请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。
本文件由中国有色金属工业协会提出。
本文件由全国有色金属标准化技术委员会(SAC/TC243)归口。
本文件起草单位:云南科威液态金属谷研发有限公司、中国科学院理化技术研究所、云南中宣液态
金属科技有限公司、北京市科学技术研究院分析测试研究所(北京市理化分析测试中心)、昆明理工大
学、耐驰科学仪器商贸(上海)有限公司、云南省科学技术院、云南省产品质量监督检验研究院。
本文件主要起草人:陈道通、邓中山、蔡昌礼、张学忠、崔云涛、刘静、邹涛、胡劲、陈宇迪、赵瑾、林春夏、
刘文龙、徐梁、刘萍、杨泽俊、朱家军、周颖、王恺钊、白帆、苏海涛。
引 言
液态金属是一大类合金材料,在常温下或工作状态下为液态,具有液态温区宽、导热率高、导电性强
等特性,可广泛应用于热控与能源、印刷电子、生物医疗、柔性机器等领域。由于液态金属特殊的理化性
质,现行的金属材料或液体物理性能测定的方法标准多不适用于液态金属物理性能测定。GB/T 41079
《液态金属物理性能测定方法》旨在建立一组物理性能参数测定的方法标准,以满足液态金属产品生产
和贸易需求。
根据当前液态金属各应用领域的使用需求及液态金属各物理性能测定方法之间的技术独立性,
GB/T 41079确立了常用的8种关键性能测定方法,拟由8个部分构成。
---第1部分:密度的测定。目的在于确立液态金属密度的测定方法。
---第2部分:电导率的测定。目的在于确立液态金属电导率的测定方法。
---第3部分:黏度的测定。目的在于确立液态金属黏度的测定方法。
---第4部分:导热系数和热扩散系数的测定。目的在于确立液态金属导热系数与热扩散系数的
测定方法。
---第5部分:热膨胀系数的测定。目的在于确立液态金属热膨胀系数的测定方法。
---第6部分:比热容的测定。目的在于确立液态金属比热容的测定方法。
---第7部分:表面张力的测定。目的在于确立液态金属表面张力的测定方法。
---第8部分:接触角的测定。目的在于确立液态金属接触角的测定方法。
流动、变形特性是液态金属众多独特应用的基础,黏度是表征其流变性能的重要参数。被用于液态
金属黏度测量的方法有毛细管法、振荡容器法、旋转法和振荡片法等,但不同方法的实验值之间存在着
相当大的差异。除旋转法外,其他方法的原理均基于被测样品是牛顿流体的假设,然而在实际生产应用
过程中,液态金属由于表面难以避免地存在氧化层而具有显著的非牛顿流体特性。因此,本文件采用旋
转法测量液态金属的表观黏度。
液态金属物理性能测定方法
第3部分:黏度的测定
1 范围
本文件描述了用单筒同轴圆筒旋转法测定液态金属表观黏度的方法。
本文件适用于在室温至200℃范围内进行液态金属表观黏度的测定。温度范围根据所使用的仪器
进行扩展。
2 规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注日期的引用文
件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于
本文件。
GB/T 8170 数值修约规则与极限数值的表示和判定
ISO 3219-1:2021 流变学 第1部分:旋转和振荡流变测量的术语和符号(Rheology-Part1:
ISO 3219-2:2021 流变学 第2部分:旋转和振荡流变测量的一般原理(Rheology-Part2:Gen-
3 术语和定义
ISO 3219-1:2021界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1
剪切应变 shearstrain
切向位移引起的样品变形率。
注:无量纲。
3.2
剪切速率 shearrate
剪切应变随时间的变化率。
注:单位为每秒(s-1)。
3.3
剪切应力 shearstress
切向作用力与剪切面积之比。
注:单位为帕(Pa)。
3.4
非牛顿流体 non-Newtonianfluid
剪切黏度随剪切速率、剪切应力、和/或时间变化的流体。
3.5
表观黏度 apparentviscosity
流体在一定的剪切应力和剪切速率下流动时的内摩擦特性,其数值是剪切应力与剪切速率之比。
注1:单位为帕秒(Pa·s)。
注2:使用同轴圆筒型旋转黏度计测量黏度时,被测流体沿着半径方向的剪切速率不一样。因此,对于非牛顿流
体,其结果并不是严格意义上的“真实黏度”,所以通常称为表观黏度。
4 原理
用具有规定特性的旋转黏度计,电机输出扭矩令转子在液态金属中旋转,使液态金属产生一定速率
的剪切应变,根据剪切速率和与之对应的扭矩计算液态金属的黏度。
5 仪器设备
5.1 旋转黏度计(或流变仪)
5.1.1 满足ISO 3219-2:2021规定的同轴圆筒型旋转黏度计(或流变仪),测量系统应包括2个刚性对
称的同轴表面,其间放入待测黏度的流体,能安装可供选择的内筒和外筒,以形成一系列规定的旋转频
率(逐级地或连续地变化),并且能测定与之对应的扭矩,反之亦然(即:产生一个规定的扭矩并测量与之
对应的旋转频率)。
5.1.2 内筒和外筒宜经过防腐蚀处理,或采用在试验温度下不与样品发生任何溶解或反应的材料制
成,尺寸规格满足图1的规定。
标引序号说明:
1---样品;
2---外筒;
3---内筒。
其中,各尺寸之间应满足下列关系:
R1 =
3,L'R1 =
1,L″R1 =
1,
R0
R1 =
0.3,δ=
R2
R1 =
1.0847,V =8.17×R31
式中:
R0---转轴半径,单位为厘米(cm);
R1---内筒半径,单位为厘米(cm);
R2---外筒内周半径,单位为厘米(cm);
β ---内筒底部端面张角,单位为度(°);
L ---内筒长度,单位为厘米(cm);
L'---内筒下缘至外筒底部的距离,单位为厘米(cm);
L″---转轴浸入样品的深度,单位为厘米(cm);
δ ---外筒内径与内筒外径之比;
V ---筒内的样品体积,单位为立方厘米(cm3)。
图1 同轴圆筒尺寸规格
5.1.3 扭矩测定精度应不超过最大量程的±1%。在仪器的正常工作范围内,仪器的旋转频率精度应
不超过测定值的±1%。
5.1.4 扭矩分辨力优于0.01μN·m,角位移分辨率不大于10-8rad/s,最低测量黏度不大于
0.5mPa·s。
5.1.5 内筒旋转时系统摩擦消耗扭矩不大于1μN·m。
5.1.6 具备扭矩、转速、剪切速率、温度、时间等测量或计算信号的获取、存储和显示能力;具备从测量
信号中得出黏度、剪切应力或其他有用的量的分析能力。
5.1.7 能为样品提供可读至±0.1℃以内的可控温度环境,温度范围为室温至200℃,温度波动度不超
过±0.5℃,温度均匀度不超过±1.0℃。
5.2 保护气氛装置
能提供惰性保护气体以防止液态金属样品在试验过程中氧化过快。惰性保护气体可以是体积分数
不小于99.999%的氮气或氩气。
6 仪器校准
旋转黏度计(或流变仪)应通过测量扭矩参数或采用已知黏度的参考流体进行校准。参考流体可采
用与待测样品黏度相近的非牛顿流体,也可在待测样品的黏度范围内采用至少3种不同黏度的牛顿
流体。
7 样品
7.1 液态样品试验前应清除氧化层,或取样时穿过氧化层从下层抽取;固态样品可制为易于装入圆筒
的小块或颗粒,试验前刮去表面氧化层。
7.2 测量所需的样品体积按照图1中的规定确定,固态样品按其密度计算所需的样品量。常用的内筒
尺寸与样品体积见表1。
表1 内筒尺寸与样品体积
内筒直径
mm
10 14 15 34
样品体积
cm3
1.0 2.8 16.0 40.1
8 试验条件
8.1 试验温度
最低试验温度应比样品熔融温度高5℃以上。
8.2 剪切速率
液态金属由于存在不可避免的表面氧化层,可视为具有剪切变稀性的非牛顿流体,测量其表观黏度
应确定对应的剪切速率。除非另有要求,为了能比较不同仪器测定的黏度,推荐从以下数据系列中选择
剪切速率:1.0s-1,2.5s-1,5.0s-1,10.0s-1。
注1:内筒的旋转角速度增大时,液态金属中可能出现泰勒涡流,这限制了有效测量的最高剪切速率。
注2:剪切变稀性为稳态剪切黏度随剪切速率或剪切应力的增加而降低的特性。
9 试验步骤
9.1 向外筒的底部通入惰性保护气体,以将空气排出。气体流量宜为20mL/min~100mL/min,通气
时间不小于10min。
9.2 在保护气氛中在将液态金属样品装入外筒,将样品加热至试验温度下并保持恒温至少10min。对
于固态样品,保温时间应能确保样品熔融充分。
9.3 缓慢地将内筒浸入测试样品中至图1所示的深度,在试验温度下恒温至少10min。
9.4 按照8.2选定剪切速率,启动测量系统开始测量,每次测量时间应不小于60s。选定多个剪切速率
时,测量应从低剪切速率开始,逐渐增加至最高剪切速率。
9.5 在选定的剪切速率下连续测量,直至连续2次测量结果的偏差不超过3%,取这2次测量结果的平
均值。如果测量过程中表观黏度一直波动达不到稳定,取连续5次测量结果进行平均。
10 试验数据处理
10.1 结果计算
在选定的剪切速率下,样品......
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