功率超声波对金属熔液的处理

更新时间：2023-05-05

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目前，为获得细小优良组织，各种外场(磁场、电场以及超声振动处理金属熔体工艺的研究非常活跃。其中功率超声处理金属熔体技术对金属凝固组织有显著地细化作用。

功率超声处理金属熔体技术是在金属熔体凝固过程中或在金属熔体凝固前。通过对金属熔体施加超声振动来控制金属凝固过程中组织和性能的方法，与传统的孕育变质处理技术相比，应用功率超声处理金属熔体技术来控制和细化金属凝固组织。可以避免对环境和金属材料本身的污染，因而对液态金属熔体进行功率超声处理是获得优良组织和性能铸件的有效方法之一，是挖掘高新技术材料潜能的主要途径。

熔体处理作用机理

频率在20kHz以上的声波或物体振动频率在此范围内产生的波可以称为超声波，它既是一种波动形式又是一种能量形式，且在传媒介质中传播的一种机械波，当波的阈值超过一定值后，则与传声媒质相互作用，可以改变甚至破坏传声媒质的状态、性质及结构。使物体或物性发生变化。主要应用了超声波的空化效应、声流效应。

超声空化效应

空化作用是超声波引起的一种物理现象，它是超声波能够细化金属熔体的主要原因。。当超声波作
用于金属熔体时，造成金属液的气体溶解度减小，形成大量的微小气泡，在这个过程中，金属熔体内的微小气泡在功率超声的作用下被激活，会产生一系列的动力学过程。随着超声波的持续作用，空化泡将逐渐增大，当空化泡超出某一阀值时，空化泡瞬间崩溃，空化泡内的能量瞬间释放，造成微小区域的高温高压，形成结构起伏和能量起伏，提高合金的形核率，引发结晶。

超声声流效应

超声波在金属液传播的过程中，由于金属液的吸收和损耗，超声波在熔体内传播时会存在衰减，因此．有限的振幅衰减从工具头处会形成一定的声压梯度，强烈的冲击波将碎断晶胚带到熔体的各个
部分，同时在流动过程中将使金属液的温度场和成分更加均匀，对金属液还有一定的搅拌效果。

处理中的应用

在金属熔体处理过程中，功率超声具有的声学效果。施加功率超声后，铸锭的凝固组织可以
由粗大的柱状晶变成均匀细小的等轴晶。同时偏析也会得到改善，减少或消除成形缺陷，改善金属组织结构和铸件性能。超声波不同的工艺参数和其他的一些实验条件都会对超声波效果产生影响．影响超声细化效果的工艺参数主要包括超声功率、超声施振时间、超声施振温度等。

凝固过程中的应用

超声空化所产生的高温有助于提高增强相与基体合金之间的润湿性，解决了机械搅拌所受到颗粒与基体合金的充分润湿，且易团聚的难题。而且声流效应则在加速传质、传热，破坏边界层，促进增强体的分散等方面起着重要作用。因此，功率超声在金属基复合材料凝固过程中的应用受到广泛关注。

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