Mikron M390超高溫黑體爐在激光熔覆溫度測量中的關(guān)鍵作用

在激光熔覆（Laser Cladding）等高溫制造過程中，準(zhǔn)確掌握熔池及熱影響區(qū)的溫度分布，是實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定工藝控制與高質(zhì)量涂層制備的關(guān)鍵。而紅外相機(jī)因具備非接觸、高分辨率等優(yōu)勢，已被廣泛用于熔覆過程的熱成像。然而，由于紅外相機(jī)輸出的是原始的輻射信號（單位為a.u.），并不能直接轉(zhuǎn)換為真實(shí)溫度。因此，黑體爐校準(zhǔn)成為實(shí)現(xiàn)溫度還原的重要一環(huán)。

在這項(xiàng)研究中，科研人員引入了 Mikron M390超高溫黑體爐，其在實(shí)驗(yàn)中起到了至關(guān)重要的作用。

一、紅外相機(jī)的溫度校準(zhǔn)基準(zhǔn)

Mikron M390黑體爐是一種性能穩(wěn)定、輻射準(zhǔn)確的高溫標(biāo)準(zhǔn)源，溫度范圍可達(dá)1300°C以上。研究人員利用該設(shè)備，對紅外相機(jī)（FLIR Phoenix RDAS™）在3–5 μm波段的響應(yīng)進(jìn)行了系統(tǒng)校準(zhǔn)：

• 設(shè)定M390的輸出溫度從600°C至1300°C，每50°C記錄一組數(shù)據(jù)；

• 同步記錄紅外相機(jī)在相應(yīng)溫度下的輻射信號強(qiáng)度（a.u.）；

• 通過擬合得到一條紅外信號與溫度的響應(yīng)曲線，建立兩者的定量關(guān)系。

該步驟使得紅外圖像中的每個(gè)像素亮度，可以被準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)換為亮溫（Brightness Temperature），從而實(shí)現(xiàn)從“圖像”到“溫度”的第一步跨越。

二、驗(yàn)證紅外探測器的線性響應(yīng)特性

借助M390輸出的輻射數(shù)據(jù)，研究人員進(jìn)一步利用普朗克定律計(jì)算出理論能量密度通量，與紅外相機(jī)的實(shí)際信號進(jìn)行對比。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：

• 在設(shè)定溫度范圍內(nèi)，紅外相機(jī)的響應(yīng)表現(xiàn)為高度線性；

• 這表明紅外探測器在所選波段下具有穩(wěn)定的測量特性，為后續(xù)溫度還原提供了數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。

這一驗(yàn)證過程不僅鞏固了溫度測量的可信度，也排除了設(shè)備非線性響應(yīng)帶來的誤差。

三、為真實(shí)溫度還原奠定基礎(chǔ)

紅外相機(jī)所獲取的亮溫，并非材料表面的真實(shí)溫度。為實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確還原，研究人員還需引入材料的發(fā)射率（emissivity）。此處，M390的作用再次顯現(xiàn)：

• 利用M390校準(zhǔn)曲線所測得的亮溫?cái)?shù)據(jù)，在熔池凝固平臺階段（即溫度恒定階段），與TiAl6V4的已知熔點(diǎn)（1660°C）對比；

• 反推得出材料在該波段下的發(fā)射率為 ε = 0.201；

• 再假設(shè)該值在3–5 μm范圍內(nèi)為常數(shù)（灰體假設(shè)），最終將整個(gè)熔池的亮溫圖像轉(zhuǎn)換為真實(shí)溫度分布圖。

這一過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，正是基于M390所提供的溫度—信號映射關(guān)系。

四、總結(jié)：黑體爐是紅外熱測量的核心保障

通過本研究可見，Mikron M390黑體爐不僅是紅外相機(jī)校準(zhǔn)的重要標(biāo)準(zhǔn)源，更是將紅外成像從“定性觀察”轉(zhuǎn)變?yōu)椤岸糠治觥钡募夹g(shù)支撐。其在高溫材料加工領(lǐng)域中的應(yīng)用價(jià)值主要體現(xiàn)在：

• 提供精確、穩(wěn)定的參考溫度源；

• 支撐紅外相機(jī)的線性驗(yàn)證；

• 輔助真實(shí)溫度場的計(jì)算與材料發(fā)射率的推導(dǎo)；

• 提升整體溫度測量系統(tǒng)的可信度和工程適用性。

因此，M390黑體爐的引入極大提升了激光熔覆工藝研究的科學(xué)性和數(shù)據(jù)精度，為后續(xù)的智能控制和工藝優(yōu)化奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。