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超聲波的金屬熔體處理
閱讀：2369 發(fā)布時間：2022-2-28在處理熔融金屬和合金中凸顯出各種有益的效果，例如結(jié)構(gòu)化，脫氣和改進(jìn)過濾。
超聲波促進(jìn)液態(tài)和半固態(tài)金屬的非枝晶凝固。
超聲波處理對樹枝狀晶粒和初級金屬間化合物顆粒的微觀結(jié)構(gòu)細(xì)化具有顯著的促進(jìn)作用。
此外，可以有目的地使用功率超聲來降低金屬孔隙率或產(chǎn)生細(xì)孔結(jié)構(gòu)。
功率超聲提高鑄件質(zhì)量。
超聲波凝固
在金屬熔體凝固期間形成非樹枝狀結(jié)構(gòu)會影響材料性能，例如強(qiáng)度，延展性，韌性和/或硬度。超聲改變的晶粒成核：聲空化及其強(qiáng) 剪切力增加了熔化中的成核位置和核數(shù)。熔體的超聲波處理（UST）導(dǎo)致異質(zhì)成核和樹枝狀晶體的碎裂，使最終產(chǎn)物的晶粒細(xì)化程度顯著提高。
超聲波空化導(dǎo)致熔體中非金屬雜質(zhì)的均勻潤濕。這些雜質(zhì)變成成核位點，這是凝固的起點。因為這些成核點產(chǎn)生于凝固前沿之前，所以不會引發(fā)樹枝狀結(jié)構(gòu)的生長。枝晶破碎: 枝晶的熔化通常始于根部, 原因是局部溫度升高和偏析。UST在熔體中產(chǎn)生了強(qiáng)烈的對流(通過流體的質(zhì)量運動進(jìn)行傳熱) 和沖擊波，使得枝晶結(jié)構(gòu)破碎。由于局部溫度和成分變化，對流可以促進(jìn)枝晶的破碎，并促進(jìn)溶質(zhì)的擴(kuò)散。空化沖擊波有助于那些熔化的根部破裂。
金屬合金的超聲脫氣
除氣是功率超聲對液態(tài)和半固態(tài)金屬及合金的另一個重要作用。聲空化產(chǎn)生交替的低壓/高壓循環(huán)。在低壓循環(huán)期間，在液體或漿料中發(fā)生微小的真空氣泡。這些真空氣泡充當(dāng)形成氫氣和蒸汽氣泡的核。由于形成較大的氫氣泡，氣泡上升。聲流和流動有助于這些氣泡漂浮到表面并從熔體中排出，從而可以去除氣體并減少熔體中的氣體濃度。
超聲波脫氣降低了金屬的孔隙率，從而在最終的金屬/合金產(chǎn)品中實現(xiàn)了更高的材料密度。鋁合金的超聲波脫氣提高了材料的極限拉伸強(qiáng)度和延展性。在有效性和處理效率方面，工業(yè)功率超聲系統(tǒng)在其他商業(yè)脫氣方法中效果是好的。此外，由于熔體粘度較低，模具填充工藝得到改善。
過濾過程中的毛細(xì)管作用
液態(tài)金屬中的超聲毛細(xì)管效應(yīng) (UCE) 是超聲波輔助熔體過濾過程中去除氧化物夾雜的驅(qū)動效應(yīng)。過濾是用來從熔體中去除非金屬雜質(zhì)。在過濾過程中, 熔體通過各種網(wǎng)格 (例如玻璃纖維) 來分離不需要的夾雜物。網(wǎng)格尺寸越小, 過濾效果越好。
在一般條件下, 熔體不能通過兩層過濾器, 其孔隙大小為 04 0,4mm。然而，在超聲輔助過濾下，由于超聲毛細(xì)管效 應(yīng)，熔體能夠通過網(wǎng)孔。在這種情況下，過濾毛細(xì)管甚至保留1-10μm的非金屬雜質(zhì)。由于合金的增強(qiáng)純度, 避免了氧化物中氫孔隙 的形成, 提高了合金的疲勞強(qiáng)度。
Eskin et al. (2014: 120ff.) ,超聲波過濾可以使用具有0.6×0.6mm網(wǎng)孔的多層玻璃纖維過濾器 （具有多達(dá)9層）來凈化鋁合金AA2024，AA7055和AA7075。當(dāng)超聲過濾過程與添加孕育劑相結(jié)合同時，可以實現(xiàn)晶粒細(xì)化。
超聲強(qiáng)化
超聲波對納米顆粒均勻分散成漿體具有很高的效果。納米顆粒（例如Al2O3/SiC、CNTs）被用作增強(qiáng)材料。將納米顆粒加入熔融合金中并使用超聲分散。聲空化和流化改善了顆粒的解聚和潤濕性，從而提高了拉伸強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和伸長率。
重型超聲波設(shè)備
功率超聲在冶金領(lǐng)域的應(yīng)用要求具有穩(wěn)定、可靠的超聲系統(tǒng)，這些系統(tǒng)可以安裝在苛刻的環(huán)境中。HCSONIC提供工業(yè)級超聲設(shè)備，適用于重型應(yīng)用和惡劣環(huán)境中的安裝。HCSONIC高功率超聲系統(tǒng)具有穩(wěn)定性、可靠性和準(zhǔn)確的可控性等特點?？量痰倪^程（如精煉金屬熔體）需要強(qiáng)大的超聲波處理能力。HCSONIC的工業(yè)超聲處理器能提供非常高的振幅。在24/7的操作中，可以很容易地連續(xù)運行多達(dá)200μm的振幅。對于更高的振幅，定制的超聲波探頭可以實現(xiàn)。
值得了解的事實
功率超聲和空化
當(dāng)高強(qiáng)度超聲波耦合到液體或漿液中時，發(fā)生空化現(xiàn)象。高功率、低頻率的超聲可控制液體和泥漿中形成空泡。強(qiáng)烈的超聲波在液體中產(chǎn)生交替的低壓/高壓循環(huán)。這些壓力的快速變化產(chǎn)生了空洞，即所謂的空泡。超聲誘導(dǎo)的空化氣泡可以被認(rèn)為是在微觀尺度上提供高溫高壓的化學(xué)微反應(yīng)器，溶解分子中產(chǎn)生的自由基等活性物質(zhì)的形成。在材料化學(xué)方面，超聲空化具有局部催化高溫(大5000 K)和高壓(500atm)反應(yīng)的*潛力，而系統(tǒng)在宏觀上保持接近室溫和環(huán)境壓力的狀態(tài)。超聲處理主要基于空泡效應(yīng)。在冶金方面，科技大學(xué)是一項優(yōu)勢的技術(shù)，以改善金屬和合金的鑄造。