《液態(tài)金屬物理性能測(cè)定方法 第3部分：粘度的測(cè)定》編制說明（送審稿）

液態(tài)金屬物理性能測(cè)定方法第3部分：粘度的測(cè)定預(yù)審稿編制說明根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員《關(guān)于下達(dá)2022年第二批國家標(biāo)準(zhǔn)制修訂計(jì)劃的通知》(國標(biāo)委發(fā)〔2022〕22號(hào))的要求，由云南科威液態(tài)金屬谷研發(fā)有限公司、云南中宣液態(tài)金屬科技有限公司、云南省科學(xué)技術(shù)院、耐馳科學(xué)儀器商貿(mào)(上海)有限公司、中國科學(xué)院理態(tài)金屬物理性能測(cè)定方法第3部分：粘度的測(cè)定》,項(xiàng)目計(jì)劃編號(hào)為20220734-T-610,計(jì)劃完成年限為2024年。耐馳科學(xué)儀器商貿(mào)(上海)有限公司：北京市科學(xué)技術(shù)研究院分析測(cè)試研究所(北京市理化分析測(cè)試中心):工作職責(zé)(1)2023年4月，全國有色金屬標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)稀有金屬分標(biāo)委會(huì)在武漢市召開工作會(huì)議，對(duì)《液態(tài)金屬物理性能測(cè)定方法第3部分：粘度的測(cè)定》進(jìn)行了任務(wù)落實(shí)，技術(shù)院、耐馳科學(xué)儀器商貿(mào)(上海)有限公司、中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所、云南省產(chǎn)品(2)2023年5月~8月，成立了《液態(tài)金屬物理性能測(cè)定方法第3部分：粘度的測(cè)(3)2023年9月，全國有色金屬標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)稀有金屬分標(biāo)委會(huì)在重慶市召開了《液態(tài)金屬物理性能測(cè)定方法第3部分：粘度的測(cè)定》等國家標(biāo)準(zhǔn)的工作會(huì)議，與會(huì)(4)標(biāo)準(zhǔn)編制組按照會(huì)議討論結(jié)果和對(duì)標(biāo)準(zhǔn)文本進(jìn)行了修改，形成了國家標(biāo)準(zhǔn)《液態(tài)金屬物理性能測(cè)定方法第3部分：粘度的測(cè)定》(征求意見稿)。(5)2023年12月，全國有色金屬標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)稀有金屬分標(biāo)委會(huì)在成都市召開了《液態(tài)金屬物理性能測(cè)定方法第3部分：粘度的測(cè)定》等國家標(biāo)準(zhǔn)的工作會(huì)議。2.標(biāo)準(zhǔn)編制原則(1)依據(jù)國家相關(guān)的法律、法規(guī)；(2)根據(jù)目前國內(nèi)液態(tài)金屬粘度測(cè)定方法需求者的要求，力求做到標(biāo)準(zhǔn)廣泛適用，(3)GB/T1.1《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)和編寫》。3.標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容的確定依據(jù)動(dòng)力粘度與密度的比值為運(yùn)動(dòng)粘度。運(yùn)動(dòng)粘度的SI單位是m2/s,較為適用的單位是mPa-s和cSt,它們之間的換算關(guān)系是1cSt=1mm2/s=10-?m2/s。粘度和黏度在使用中早已不能區(qū)分。本項(xiàng)目在立項(xiàng)時(shí)按照GB/T1.1—2020中9.4.7的要求，根據(jù)GB/T3102.3—93《力學(xué)的量和單位》中3-23、3-24項(xiàng)的規(guī)定寫作粘度。在全量的用詞標(biāo)準(zhǔn)(計(jì)劃)數(shù)量國家標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃國家標(biāo)準(zhǔn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)粘度2黏度2漿料的GB/T17473.5-2008并不使用于液態(tài)金屬粘度測(cè)定，如表3所示：表3通用液體粘度測(cè)定方法示例法毛細(xì)管法、落球法、旋轉(zhuǎn)法、測(cè)定毛細(xì)管法、流量杯法、旋轉(zhuǎn)法、落球法、拉球法；僅旋沒有給出旋轉(zhuǎn)法的細(xì)節(jié)技術(shù)用貴金屬漿料測(cè)試方法粘度測(cè)定沒有給出儀器設(shè)備規(guī)格和測(cè)試的剪切速率的規(guī)定如針對(duì)石油的ISO3104、GB/T265,針對(duì)聚合物或樹脂的GB/T22314,針對(duì)塑料的GB/T40280-2021,針對(duì)玻璃的GB/T42414-2023、SJ/T11040,針對(duì)膠黏劑的GB/T2794-2022,學(xué)術(shù)界測(cè)量液態(tài)金屬粘度的方法主要有以下幾種：(1)毛細(xì)管法一定體積的液體在恒壓下流經(jīng)一根毛細(xì)管所需的時(shí)間取決于液體的粘度。毛細(xì)管法就是通過測(cè)量一定體積的流體在重力作用下，以勻速層流狀態(tài)流經(jīng)毛細(xì)管所需的時(shí)間求運(yùn)動(dòng)粘度。粘度與液體流動(dòng)時(shí)間之間的關(guān)系可用修正的泊肅葉公式(或稱哈根-泊肅葉公式)給 流體的運(yùn)動(dòng)粘度，單位為二次方毫米每秒(mm2/s):r——毛細(xì)管半徑，單位為厘米(cm);1——毛細(xì)管長度，單位為厘米(cm);h——平均有效液柱高度，單位為厘米(cm);V——流體流經(jīng)毛細(xì)管的計(jì)時(shí)體積，單位為立方厘米(cm3);g——重力加速度，單位為厘米每二次方秒(cm/s2);t——體積為V的流體的流動(dòng)時(shí)間，單位為秒(s);式(1)右側(cè)第二項(xiàng)為動(dòng)能修正項(xiàng)。對(duì)于一個(gè)粘度計(jì)，r;l,h及V都是定值，簡(jiǎn)化為ci、c?均為常數(shù)，用標(biāo)準(zhǔn)粘度試樣可以測(cè)得c?、c2的值。如果流動(dòng)時(shí)間超過粘度計(jì)設(shè)用毛細(xì)管法測(cè)量液態(tài)金屬的粘度時(shí)，毛細(xì)管既要很細(xì)(r~0.2mm)又要足夠長(I>70mm~80mm)才能保證液體做線性流動(dòng)。試樣的純度是該方法是否準(zhǔn)確地關(guān)鍵。如果毛細(xì)管被非常微小的夾雜堵塞(如發(fā)生樣品氧化、固相析出等),就對(duì)液體的流速產(chǎn)生很大的影響。因此，需要高純、無污的試樣以及嚴(yán)密的防氧化試驗(yàn)環(huán)境。此外，當(dāng)液體與管壁不潤濕時(shí)，容易在管中產(chǎn)生滑移，導(dǎo)致結(jié)果產(chǎn)生偏差。(2)震蕩容器法又稱為震蕩杯法，將一裝有液體的容器懸掛在一細(xì)的懸線上，給容器一個(gè)初始的扭轉(zhuǎn)，使其作自由振動(dòng)。由于液體的內(nèi)摩擦力消耗振動(dòng)能，系統(tǒng)的扭擺振動(dòng)會(huì)慢慢衰減。根據(jù)這一原理，測(cè)量液體樣品振動(dòng)振幅的減小量以及振動(dòng)時(shí)間，可以求出液體的粘度。對(duì)于高溫熔體的粘度測(cè)量而言，這種方法最為常用。其優(yōu)點(diǎn)在于設(shè)備簡(jiǎn)單，尤其是坩堝的形狀非常簡(jiǎn)單，容器還可以是密閉的。另外，頻率和振幅衰減可以精確測(cè)量，所需要得恒溫區(qū)相對(duì)較小(坩堝的尺寸一般為：內(nèi)徑20mm~50mm,高度50mm~125mm)。該方法的主要缺點(diǎn)在于實(shí)際震蕩系統(tǒng)的微分方程在數(shù)學(xué)上很難處理，從而在試驗(yàn)測(cè)得的振幅衰減與計(jì)算的液體粘度之間缺少一個(gè)精確的公式。對(duì)此，人們也從理論和實(shí)驗(yàn)上進(jìn)行了研究，并提出了幾個(gè)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來計(jì)算粘度的公式。不同的試驗(yàn)表明，該方法的誤差為1%~5%,但不同研究者的數(shù)據(jù)之間的差距競(jìng)可達(dá)30%~50%。此外，國內(nèi)目前幾乎沒有震蕩杯法粘度計(jì)的生產(chǎn)廠家。(3)旋轉(zhuǎn)法旋轉(zhuǎn)法是目前測(cè)量液體粘度最為普遍的方法，該方法將待測(cè)樣品置于兩個(gè)直徑不同的同軸圓筒之間。使圓筒在液態(tài)金屬中旋轉(zhuǎn)，液態(tài)金屬的黏性扭矩作用于圓筒(圓錐),液態(tài)金屬的動(dòng)力粘度與扭矩的關(guān)系可用公式(5)表示：M——試樣作用于圓筒(圓錐)的黏性扭矩，單位為牛頓米(N·m);n——圓筒(圓錐)的旋轉(zhuǎn)速度，單位為弧度每秒(rad/s);A常數(shù)，單位為每立方米(m3)。在選定的轉(zhuǎn)速下，試樣的動(dòng)力粘度僅與扭矩有關(guān)，可按公式(6)計(jì)算動(dòng)力粘度： K——粘度計(jì)常數(shù)，單