[发明专利]一种适用于铝硅合金熔体的超声波处理方法

说明书

本发明提供一种适用于铝硅合金尤其是共晶系铝硅合金熔体能够细化晶粒，并且具有较好除气效果的超声波处理方法，包括如下步骤：(1)控制合金熔体在740‑750℃下，将超声波探头插入合金熔体中，进行10‑20分钟的预热；(2)预热完成后对超声波发生器进行自动搜频，使频率在19.4‑19.9之间。(3)搜频结束后，控制合金熔体在720‑740℃下，保持超声波探头插入合金熔体中，对合金熔体进行0.5‑1.9分钟的超声波处理，超声波处理的功率为800‑1100W。

技术领域

本发明属于铝合金技术领域，具体涉及一种适用于铝硅合金熔体的超声波处理方法。

背景技术

超声波是指频率为2×10⁴Hz～10⁷Hz的声波，它超过了人耳所听频率的范围。当超声波在液体介质中传播时，通过空化作用、声流作用、机械作用，产生了一系列的效应。尤其是强烈的空化作用，在局部形成瞬时高温、高压、真空和微射流。目前超声波在铝合金熔体的应用多见运用于纯铝或7系超硬铝合金中的研究。超声波对铝合金熔体的应用主要为以下几个效应：空化效应、声流效应和热效应等。

空化效应：当向铝熔体进行超声波处理时，熔体中的金属原子受到周期性的交变声压作用，前半周期中的负声压作用会在熔体薄弱处形成空化泡，紧接着后半周期中的正声压使前半周期受拉应力作用而继续长大的空化泡以极高的速度闭合或崩溃。因此，在气泡崩溃瞬间将形成强烈的冲击波，在液体内产生局部的高温、高压，形成了“空化效应”。长大中的空化泡从周围熔体中大量吸热而导致熔体局部深度过冷，形成了大量的晶核，而在气泡崩溃破灭的过程中，释放出的巨大冲击波又会击碎刚形成的晶核而形成更多的结晶核心。这是过冷形核和冲击波动力形核。超声的空化效应使熔体中不能被润湿的微小氧化物杂质颗粒活化。在铝合金熔体中存在大量的未溶杂质主要是尺寸小于0.1μm的Al₂0₃颗粒，这些活化了的杂质也可作为形核的基底从而促进了形核。H₂被吸附在这些颗粒的表面缺陷处，在超声的空化作用下空化泡在液态铝－氢气－Al₂0₃颗粒杂质这个液、气、固三相的界面上形成，颗粒表面缺陷处的H₂以及熔体中的H₂扩散到新形成的气泡中。随着气泡的迅速长大、崩溃，微小的氧化物杂质颗粒表面被熔体填充，转变成为活性的凝固核心。在这个过程中，非润湿杂质颗粒由不被铝液润湿变为可以被铝液润湿，使铝液中产生大量的异质形核核心。这是空化效应过程中利用微小杂质颗粒的异质形核。这个过程也是对H₂去除的过程。

声流效应：超声波在熔体中传播时由于声压与熔体的粘滞力相互作用，导致了超声振幅随着作用距离的增加而衰减，形成了一定的压力梯度，熔体介质吸收了超声波的动量而产生流动，形成了“声流效应”。声流把在铝熔体中空化范围内形成的结晶及有效形核质点转移到其它区域，又把其它区域的熔体带到空化范围内，形成结晶和更多的形核质点。在这个过程中，声流效应对铝熔体的除气和晶粒细化起到了很好的动力学作用。

热效应：当超声波作用于铝熔体时，超声在熔体中的传播过程中，会引起熔体质点交替的压缩与伸张，构成压力的变化，同时由于熔体粘度较大，存在内摩擦损耗。一定时间内的连续超声作用，超声波能量会被熔体吸收转变成热能，使熔体中声场区域产生温升，形成了“超声热效应”。在频率一定的条件下，超声波功率越大，超声波处理时间越长，热效应越明显。热效应由于产生温升会降低熔体的冷却速度。

但是超声波处理应用于铝硅合金的报道并不多，并且，现有技术中利用超声波对铝硅合金的处理仅停留在实验室阶段，仅能够实现小批量实验，稳定性较差，不能够较好的运用于实际合金生产中。并且现有技术中对铝硅合金熔体的处理主要是用于晶粒细化，无法实现除气和晶粒细化都达到较佳的效果。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种适用于铝硅合金尤其是共晶系铝硅合金熔体能够细化晶粒，并且具有较好除气效果的超声波处理方法。

本发明提供一种适用于铝硅合金熔体的超声波处理方法，包括如下步骤：