国家标准计划《液态金属物理性能测定方法 第3部分:粘度的测定》由 TC243(全国有色金属标准化技术委员会)归口,TC243SC3(全国有色金属标准化技术委员会稀有金属分会)执行 ,主管部门为中国有色金属工业协会。
主要起草单位 云南科威液态金属谷研发有限公司 、云南中宣液态金属科技有限公司 、云南省科学技术院 、耐驰科学仪器商贸(上海)有限公司 、中国科学院理化技术研究所 、昆明理工大学 、云南省产品质量监督检验研究院 。
| 77 冶金 |
| 77.040 金属材料试验 |
| 77.040.99 金属材料的其他试验方法 |
液态金属是一大类合金材料,在常温或工作状态下呈液态;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。
中国在液态金属基础研究和产业推进方面均处于世界领先地位。
2017年1月,工信部、国家发改委、科技部、财政部联合制定的《新材料产业发展指南》(工信部联规[2016]454号)将液态金属列为新材料产业的重点扶持方向之一。
液态金属也被列入了工信部编制的《重点新材料首批次应用示范指导目录》(2017版~2019版)。
流动、变形特性是液态金属很多应用的基础,如作为导热流体工质、导电流体工质时,流动性对产品性能有正面作用;在印刷电子、3D打印领域,流动性是设备关键控制参数的确定依据;而在导热/导电界面材料的应用中,则需要对流动性加以限制。
液态金属的粘度是表征其流动性能的重要参数,对上述产品质量进行评价就需要对其粘度进行测定。
过去被用于液态金属粘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。
一般认为,毛细管法测试高纯度、无污染的样品时精度高,但不适宜测试含有固相成分的非共晶合金试样(毛细管极易堵塞);振荡容器法的设备简单,对频率和振幅衰减的测量也很精确,但问题在于实际振荡系统的微分方程在数学上很难处理,实验测得的振幅衰减与计算的液体粘度之间没有精确公式,多种经验公式处理所得结果一致性很差;旋转法应用到低粘度的液态金属时对设备的要求极高;振荡片法的设备构造和操作都相对简单,但测量范围不能覆盖低粘度的液态金属。
采用这些方法测得的液态金属的粘度值较小——运动粘度通常小于0.5 mm2/s,动力粘度通常小于5 mPa?s——超出一般粘度计的测定范围。
最为关键的一点是,新的研究表明,液态金属具有显著的非牛顿流体特征,其粘度在一定范围内随剪切速率增加而降低(剪切变稀)。
而除旋转法外,其他几种方法在理论基础上均假设被测样品为牛顿流体,且不同方法的实验值之间存在着相当大的差异。
因此,本部分采用旋转法(使用具有规定特性的旋转粘度计)作为液态金属粘度测量的标准方法。
本项目涉及的多是新材料产品,均处于产业化初期、市场推广阶段。
本标准的制定将使液态金属新材料在国内、国际的推广应用具有合法性、合规性,使液态金属科技成果产业化之路更加顺畅。
目前国内外尚无液态金属粘度测定方法的相关标准。
因此迫切需要立项制定液态金属粘度测定方法的国家标准,以使其产品性能指标统一化、规范化、标准化,指导这一新兴产业的健康有序发展。
1. 适用范围:本标准适用于测量300℃以内的液态金属及合金粘度。 2. 主要技术内容:本标准规定采用旋转法测量液态金属粘度仪器设备、试验步骤、结果计算、精密度等内容。 方法原理是使圆筒在流体中旋转以令样品产生剪切变形,通过测量作用于圆筒的流体粘性扭矩计算粘度。 关键内容在于: ——明确旋转法所测得液态金属粘度的定义和物理意义; ——确定旋转法测量的剪切速率要求; ——给出用于测量液态金属的旋转粘度计(流变仪)的特殊要求和校准方法; ——规定液态金属粘度结果的表示方法。