超聲波的金屬熔體處理

• 在處理熔融金屬和合金中凸顯出各種有益的效果，例如結構化，脫氣和改進過濾。

• 超聲波促進液態和半固態金屬的非枝晶凝固。

• 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構細化具有顯著的促進作用。

• 此外，可以有目的地使用功率超聲來降低金屬孔隙率或產生細孔結構。

• 功率超聲提高鑄件質量。

超聲波凝固

在金屬熔體凝固期間形成非樹枝狀結構會影響材料性能，例如強度，延展性，韌性和/或硬度。超聲改變的晶粒成核：聲空化及其強 剪切力增加了熔化中的成核位置和核數。熔體的超聲波處理（UST）導致異質成核和樹枝狀晶體的碎裂，使最終產物的晶粒細化程度顯著提高。

超聲波空化導致熔體中非金屬雜質的均勻潤濕。這些雜質變成成核位點，這是凝固的起點。因為這些成核點產生于凝固前沿之前，所以不會引發樹枝狀結構的生長。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在熔體中產生了強烈的對流(通過流體的質量運動進行傳熱) 和沖擊波，使得枝晶結構破碎。由于局部溫度和成分變化，對流可以促進枝晶的破碎，并促進溶質的擴散。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和半固態金屬及合金的另一個重要作用。聲空化產生交替的低壓/高壓循環。在低壓循環期間，在液體或漿料中發生微小的真空氣泡。這些真空氣泡充當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/合金產品中實現了更高的材料密度。鋁合金的超聲波脫氣提高了材料的極限拉伸強度和延展性。在有效性和處理效率方面，工業功率超聲系統在其他商業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。

過濾過程中的毛細管作用

液態金屬中的超聲毛細管效應 (UCE) 是超聲波輔助熔體過濾過程中去除氧化物夾雜的驅動效應。過濾是用來從熔體中去除非金屬雜質。在過濾過程中, 熔體通過各種網格 (例如玻璃纖維) 來分離不需要的夾雜物。網格尺寸越小, 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，由于超聲毛細管效 應，熔體能夠通過網孔。在這種情況下，過濾毛細管甚至保留1-10μm的非金屬雜質。由于合金的增強純度, 避免了氧化物中氫孔隙 的形成, 提高了合金的疲勞強度。

Eskin et al. (2014: 120ff.) ,超聲波過濾可以使用具有0.6×0.6mm網孔的多層玻璃纖維過濾器 （具有多達9層）來凈化鋁合金AA2024，AA7055和AA7075。當超聲過濾過程與添加孕育劑相結合同時，可以實現晶粒細化。

超聲強化

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，從而提高了拉伸強度、屈服強度和伸長率。

重型超聲波設備

功率超聲在冶金領域的應用要求具有穩定、可靠的超聲系統，這些系統可以安裝在苛刻的環境中。HCSONIC提供工業級超聲設備，適用于重型應用和惡劣環境中的安裝。HCSONIC高功率超聲系統具有穩定性、可靠性和準確的可控性等特點。苛刻的過程（如精煉金屬熔體）需要強大的超聲波處理能力。HCSONIC的工業超聲處理器能提供非常高的振幅。在24/7的操作中，可以很容易地連續運行多達200μm的振幅。對于更高的振幅，定制的超聲波探頭可以實現。

值得了解的事實

功率超聲和空化

當高強度超聲波耦合到液體或漿液中時，發生空化現象。高功率、低頻率的超聲可控制液體和泥漿中形成空泡。強烈的超聲波在液體中產生交替的低壓/高壓循環。這些壓力的快速變化產生了空洞，即所謂的空泡。超聲誘導的空化氣泡可以被認為是在微觀尺度上提供高溫高壓的化學微反應器，溶解分子中產生的自由基等活性物質的形成。在材料化學方面，超聲空化具有局部催化高溫(大5000 K)和高壓(500atm)反應的*潛力，而系統在宏觀上保持接近室溫和環境壓力的狀態。超聲處理主要基于空泡效應。在冶金方面，科技大學是一項優勢的技術，以改善金屬和合金的鑄造。