具有固态氧离子导体和固态氢离子导体的结结构的熔融金属内氢测量传感器制造技术

本发明专利技术涉及能够实时监测通过铝或镁合金铸造方法的熔融金属内的氢含量的氢测量传感器；更具体地涉及具有固态氧离子导体和固态氢离子导体的结结构的熔融金属内氢测量传感器，该氢测量传感器通过方便的新方法代替不方便的标准气体方法来测量铝镁合金熔融金属内的氢含量，该氢测量传感器通过利用固态参比物质或外部空气代替气体参比物质以在高温下从固态参比物质中产生固定浓度的氧气，或者通过利用其中外部空气包含含有预定压力(约0.21atm)的氧气的特征具有与气体参比物质的效果相同的效果。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有固态氧离子导体和固态氢离子导体的结结构的熔融金属内氢测量传感器
本专利技术涉及能够实时监测利用铝或镁合金铸造方法的熔融金属内的氢含量的氢测量传感器，更具体地涉及能够利用新方法测量铝镁合金熔融金属内的氢含量的具有固态氧离子导体和固态氢离子导体的结结构的熔融金属内氢测量传感器，该氢测量传感器通过利用容易处理的固态参比物质或外部空气代替难以处理的标准气体法的参比物质以在高温下从固态参比物质中产生固定浓度的氧气，或者通过利用其中外部空气包含预定压力(约0.21atm)的氧的特征而具有与气态参比物质的效果相同的效果。
技术介绍
通常，作为用于在铝或镁工业中制造产品的方法，存在各种方法，例如通过熔化金属以制成期望形状的铸造法以及用于混合和烧结粉末状原材料的方法。在这些方法中最经常使用的是高温熔炼铸造技术。然而，在铝或镁铸造工艺中决定产品质量的主要因素之一是溶解氢的量，该溶解氢是通过使在大气中分解的水分渗透到熔融金属内而产生的。因为溶解氢在液态和固态下具有约10倍至20倍的溶解度差，所以氢在熔融铝镁合金凝固时凝聚，从而形成孔。这些孔不仅降低了产品的强度，而且损坏外观，这是铝或镁工业中出现的重要问题。为了解决该问题，在工业现场执行在熔融金属内利用氩气或氯化物气体强制提取氢的脱气工艺。然而，脱气工艺在制造具有恒定氢含量的产品时具有相当大的困难，这是因为脱气工艺所需时间由于使熔融金属熔化的周围环境、熔融金属内的杂质含量以及湿度或温度等天气影响而变化。因此，存在开发可以通过实时监测熔融金属内的氢含量来控制具有恒定氢含量的熔融金属的质量而不依赖于周围因素的氢传感器的需要。然而，主要用于在制造铝或镁制品时测量在熔融金属内的氢含量的技术，使用了用于对在熔融金属凝固后所形成的产品进行切割并且观察产品内的孔以计算氢含量的方法；然而，对于基于该方法的氢含量的测量，不可避免最终产品的破坏。此外，另一种方法使用测量在铝或镁熔融金属内的氢含量的氢传感器，并且仅使用氢离子固体电解质，因此，将具有标准氢浓度的气体吹入电极(参比电极)的一个表面中以使参比电极的氢浓度固定，并将该电极的另一表面置于熔融金属内以测量由于该熔融金属内的氢分压与标准气体的氢压力之差所产生的电动势，由此测量熔融金属内的氢含量。然而，由于用于使氢分压固定的参比电极的标准氢气，因此在测量时一直伴随着气管，因此，测量设备变得庞大并且持续产生气体需求，使得发生测量不方便以及由于参考氢气管(barrel)的运输和频繁更换引起的成本和安全性问题。此外，为了解决该问题，如图1中所示，存在用于铝(合金)熔融金属的氢传感器(韩国专利第10-0499044号)，该氢传感器配置成包括氢离子导体1、填充在氢离子导体1中的固态参比物质4、形成在固态参比物质上的陶瓷盖5、形成在固态参比物质4与氢离子导体1之间的参比电极2、形成在氢离子导体1外部的测量电极3、以及将参比电极2连接到测量电极3的导线6。用于铝熔融金属的氢传感器可以配置成通过利用作为固态参比物质4的Ti/TiH2/TiO或Ca/CaH2/CaO等使作为参考的氢的氢分压固定来测量氢浓度，但是需要在高温下密封气体的高温密封技术，因此可能产生使封装结构复杂的问题。相关技术文献专利文献KR10-0499044B1(2005年6月23日)
技术实现思路
技术问题本专利技术的一个目的是提供具有固态氧离子导体和固态氢离子导体的结结构的熔融金属内氢测量传感器，该氢测量传感器基于能够实时监测熔融金属内的溶解氢含量以控制决定了在制造铝镁合金的铸造产品时产品质量的熔融金属内的氢含量的新方法，并且该氢测量传感器通过利用容易处理的固态参比物质或外部空气代替难以处理的标准气体法的参比物质以在高温下从固态参比物质中产生固定浓度的氧气，或者通过利用其中外部空气包含预定压力(0.21atm)的氧气的特征具有与气体参比物质的效果相同的效果。技术方案在一个总的方面中，具有固态氧离子导体和固态氢离子导体的结结构的熔融金属内氢测量传感器包括：内部是空心的并且一部分是开口的氧离子导体100；与氧离子导体100的外侧耦合的氢离子导体200；形成在氢离子导体200的外侧处的测量金属电极300；形成在氧离子导体100的内部的参比金属电极400；以及分别连接到测量金属电极300和参比金属电极400的电压测量导线600。氧离子导体100可以由包括氧化锆ZrO2或选自其中GdO3添加到CeO2基材料的材料中的任意一种的固体电解质制成。氧化锆ZrO2可以是选自氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)、钙稳定的氧化锆(CSZ)和镁稳定的氧化锆(MSZ)中的任意一种。氢离子导体200可以由以下材料制成：所述材料选自作为其中其他材料取代具有ABO3型钙钛矿结构的材料中的位置B的化合物的包含CaZr0.9In0.1O3-X的CaZrO3基化合物、包含SrZr0.95Y0.05O3-X的SrZrO3基化合物、包含SrCe0.95Yb0.05O3-X的SrCeO3基化合物和包含BaCe0.9Nd0.1O3-X的BaCeO3基化合物中的任意一种，或者所述材料选自包含BaTiO3、SrTiO3或PbTiO3的Ti基化合物中的任意一种。氢测量传感器还可以包括：与氢离子导体200的上部耦合并且两侧开口的陶瓷管700。有益的效果根据本专利技术的示例性实施方案，具有固态氧离子导体和固态氢离子导体的结结构的熔融金属内氢测量传感器，利用容易处理的固态参比物质或外部空气代替难以处理的标准气体法的参比物质，以获得与气体参比物质的效果相同的效果，由此简化了测量设备。此外，不需要氢气管，因而可以节省成本并且可以改进安全性。此外，可以精确测量熔融金属内的氢含量，因而可以改进最终铝或镁制品的质量，并且在制造工艺中实现高再现性。附图说明图1是说明根据相关技术的氢感测器的示意图。图2是示意性说明根据本专利技术示例性实施方案的氢测量传感器的截面图。图3是示意性说明在熔融金属内配备有根据本专利技术示例性实施方案的氢测量传感器的状态的截面图。图4是示意性说明根据本专利技术另一示例性实施方案的氢测量传感器的截面图。图5是说明取决于氢气浓度的传感器的响应特征的曲线图。具体实施方式下文中，将参照附图详细描述根据本专利技术示例性实施方案的具有固态氧离子导体和固态氢离子导体的结结构的熔融金属内氢测量传感器。图2是示意性说明根据本专利技术示例性实施方案的具有固态氧离子导体和固态氢离子导体的结结构的熔融金属内氢测量传感器的截面图。图3是说明其中氧离子导体和氢离子导体具有管状的应用例的图，以及图4是说明其中氢离子导体以颗粒形式埋入氧离子导体中的应用结构的图。如所示出的，将根据本专利技术示例性实施方案的具有固态氧离子导体和固态氢离子导体的结结构的熔融金属内氢测量传感器配置成包括：内部是空心的并且一部分是开口的氧离子导体100；与氧离子导体100的外侧耦合的氢离子导体200；形成在氢离子导体200的外侧处的测量金属电极300；形成在氧离子导体100内部的参比金属电极400；以及分别连接到测量金属电极300和参比金属电极400的电压测量导线600。首先，氧离子导体100具有内部是空心的、下部堵塞并且上部是开口的杯形。在这种情况下，氧离子导体100可以由包括氧化锆ZrO2或选自其中GdO3添加到CeO2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有固态氧离子导体和固态氢离子导体的结结构的熔融金属内氢测量传感器，包括：内部是空心的并且一部分是开口的氧离子导体100；与所述氧离子导体100的外侧耦合的氢离子导体200；形成在所述氢离子导体200的外侧处的测量金属电极300；形成在所述氧离子导体100的内部的参比金属电极400；以及分别连接到所述测量金属电极300和所述参比金属电极400的电压测量导线600。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.03.14 KR 10-2012-00259791.一种具有固态氧离子导体和固态氢离子导体的结结构的熔融金属内氢测量传感器，包括：内部是空心的并且一部分是开口的氧离子导体(100)；与所述氧离子导体(100)的外侧耦合的氢离子导体(200)；形成在所述氢离子导体(200)的外侧处的测量金属电极(300)；形成在所述氧离子导体(100)的内部的参比金属电极(400)；以及分别连接到所述测量金属电极(300)和所述参比金属电极(400)的电压测量导线(600)。2.根据权利要求1所述的具有固态氧离子导体和固态氢离子导体的结结构的熔融金属内氢测量传感器，其中所述氧离子导体(100)由氧化锆ZrO2或选自将GdO3添加到CeO2基材料的材料中的任意一种的固体电解质制成。3.根据权利要求1所述的具有固态氧离子导体和固态氢离子导体的结结构的熔融金属内氢测量传感器，其中所述氧离子导体(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：朴锺郁，郑炳孝，
申请(专利权)人：韩国科学技术院，
类型：发明
国别省市：韩国;KR