功率超聲波對(duì)金屬熔液的處理

目前，為獲得細(xì)小優(yōu)良組織，各種外場(chǎng)(磁場(chǎng)、電場(chǎng)以及超聲振動(dòng)處理金屬熔體工藝的研究非常活躍。其中功率超聲處理金屬熔體技術(shù)對(duì)金屬凝固組織有顯著地細(xì)化作用。

功率超聲處理金屬熔體技術(shù)是在金屬熔體凝固過程中或在金屬熔體凝固前。通過對(duì)金屬熔體施加超聲振動(dòng)來控制金屬凝固過程中組織和性能的方法，與傳統(tǒng)的孕育變質(zhì)處理技術(shù)相比，應(yīng)用功率超聲處理金屬熔體技術(shù)來控制和細(xì)化金屬凝固組織。可以避免對(duì)環(huán)境和金屬材料本身的污染，因而對(duì)液態(tài)金屬熔體進(jìn)行功率超聲處理是獲得優(yōu)良組織和性能鑄件的有效方法之一，是挖掘高新技術(shù)材料潛能的主要途徑。

熔體處理作用機(jī)理

頻率在20kHz以上的聲波或物體振動(dòng)頻率在此范圍內(nèi)產(chǎn)生的波可以稱為超聲波，它既是一種波動(dòng)形式又是一種能量形式，且在傳媒介質(zhì)中傳播的一種機(jī)械波，當(dāng)波的閾值超過一定值后，則與傳聲媒質(zhì)相互作用，可以改變甚至破壞傳聲媒質(zhì)的狀態(tài)、性質(zhì)及結(jié)構(gòu)。使物體或物性發(fā)生變化。主要應(yīng)用了超聲波的空化效應(yīng)、聲流效應(yīng)。

超聲空化效應(yīng)

空化作用是超聲波引起的一種物理現(xiàn)象，它是超聲波能夠細(xì)化金屬熔體的主要原因。。當(dāng)超聲波作
用于金屬熔體時(shí)，造成金屬液的氣體溶解度減小，形成大量的微小氣泡，在這個(gè)過程中，金屬熔體內(nèi)的微小氣泡在功率超聲的作用下被激活，會(huì)產(chǎn)生一系列的動(dòng)力學(xué)過程。隨著超聲波的持續(xù)作用，空化泡將逐漸增大，當(dāng)空化泡超出某一閥值時(shí)，空化泡瞬間崩潰，空化泡內(nèi)的能量瞬間釋放，造成微小區(qū)域的高溫高壓，形成結(jié)構(gòu)起伏和能量起伏，提高合金的形核率，引發(fā)結(jié)晶。

超聲聲流效應(yīng)

超聲波在金屬液傳播的過程中，由于金屬液的吸收和損耗，超聲波在熔體內(nèi)傳播時(shí)會(huì)存在衰減，因此．有限的振幅衰減從工具頭處會(huì)形成一定的聲壓梯度，強(qiáng)烈的沖擊波將碎斷晶胚帶到熔體的各個(gè)
部分，同時(shí)在流動(dòng)過程中將使金屬液的溫度場(chǎng)和成分更加均勻，對(duì)金屬液還有一定的攪拌效果。

處理中的應(yīng)用

在金屬熔體處理過程中，功率超聲具有的聲學(xué)效果。施加功率超聲后，鑄錠的凝固組織可以
由粗大的柱狀晶變成均勻細(xì)小的等軸晶。同時(shí)偏析也會(huì)得到改善，減少或消除成形缺陷，改善金屬組織結(jié)構(gòu)和鑄件性能。超聲波不同的工藝參數(shù)和其他的一些實(shí)驗(yàn)條件都會(huì)對(duì)超聲波效果產(chǎn)生影響．影響超聲細(xì)化效果的工藝參數(shù)主要包括超聲功率、超聲施振時(shí)間、超聲施振溫度等。

凝固過程中的應(yīng)用

超聲空化所產(chǎn)生的高溫有助于提高增強(qiáng)相與基體合金之間的潤(rùn)濕性，解決了機(jī)械攪拌所受到顆粒與基體合金的充分潤(rùn)濕，且易團(tuán)聚的難題。而且聲流效應(yīng)則在加速傳質(zhì)、傳熱，破壞邊界層，促進(jìn)增強(qiáng)體的分散等方面起著重要作用。因此，功率超聲在金屬基復(fù)合材料凝固過程中的應(yīng)用受到廣泛關(guān)注。