[发明专利]使用管状超声波发生器的方法

说明书

使用润湿的管状超声波发生器的方法。所述方法包括以下步骤：a)提供由对液态铝基本上呈惰性的材料形成的管状超声波发生器(1)，所述材料例如陶瓷，如氧氮化硅，所述超声波发生器包括开口的第一端区域(2)和优选地闭口的第二端区域(3)，b)将管状超声波发生器(1)的开口端区域(2)至少部分地浸入液态铝合金中，以及c)通过管状超声波发生器(1)将功率超声波施加于液态铝合金。

本发明涉及通过超声波处理液态铝合金的领域。更具体而言，本发明涉及一种改进的装置和方法，该装置和方法使用至少一种耐火陶瓷超声波发生器从而能够实现最佳的超声波传输以用于处理目的，例如脱气(从液态金属中除去溶解的氢)、机械作用于存在于合金中的氧化物(润湿、破碎、附聚、通过在声压场压紧而使其表观直径减少等)、晶粒细化、滴定、改变合金的组成或一旦冷却并固化就使铝合金的机械性能能够得到改善的其它任何处理。

已知功率超声波使对轻质液态合金、特别是铝合金进行脱气成为可能[G.I.Eskin，Ultrasonic Treatment of Light Alloy Melts，Gordon and BreachScience Publishers，1998]。溶解在液态铝合金中的氢朝向通过在超声压力场中形成的空化气泡扩散；由此形成的气泡在声压场的作用下振荡产生所谓的调整(rectifiée)放大扩散效应(un effet de diffusion amplifiée)；在金属浴上方使用吹扫气体和/或部分真空以改善脱气效率已经进行研究并获得专利；此外，超声波有助于使吹扫气的气泡精细地分散(US 2007/0235159 A1；WO2011/127402 A1)。

然而，受声压场影响的区域位于超声波发生器附近。空化气泡本身吸收了一部分注入的功率，而存在于液态铝合金中的夹杂物(特别是氧化物)也是如此，而这又形成空化核。液态铝合金含有的溶解气体和吸附氢的氧化物夹杂物越多，通过空化吸收的超声波也越多——即使这些杂质生长。因此，在实践中，由声透射系统有益地影响的体积不会超过几升，或者超声波发生器周围约10厘米。因此，仅有的工业应用在铸造领域，在所述铸造领域中可将有限的体积脱气；或用于连续铸造，在低金属流速(幅度的数量级(ordre degrandeur)为1-10公吨/小时)的范围内，例如铸造轮(en coulée sur roue)[SouthwireUltra-D^TM process]。对于使用数量级为立方米的脱气口袋(poches de dégazage)以高金属流速(50-100公吨/小时)进行的半连续铸造，以及对于合金非常严格的脱气和夹杂物的清洁，现有技术没有解决扩大的问题。

特别地，这些方法的缺点尤其归因于波导/液态铝合金界面缺乏稳定性。实际上，已知波导必须被液态铝合金润湿以使能量能够传输到液态铝合金。出于这个原因，所使用的波导由金属、特别是钢或钛制成。

然而，这样还不足以获得完美的润湿，并且已经开发出了方法以对此进行改进。具体地，由“Reynolds Metal Company”的优先权为1979年的专利EP 0035545 B1证明，其要求保护铝膜在钛超声波发生器上的气相沉积。但实际上，即使在这种配置中，由于波导材料与液态铝合金会发生反应，润湿质量的变化会随着使用而演变。

耐火材料不在铝合金中使用，完全是因为它们不被所述液态铝合金润湿。只有一种化学沉积方法能够使润湿实现，只是这是在有限时间内润湿，其是不可靠、不实用且不经济的。

因此，当前没有能够可靠地将液态铝合金处理成大量的铸造铝合金的方法或装置。

然而，对于对其进行气孔消除或模量增加或者改进晶粒细化或使用颗粒来增强是有用的这样的铝合金，实际需要处理和纯化，特别是在铸造用于航空的合金、用于核应用的复合合金、具有改进的加工性质的易切削合金(des alliages de décolletage)或者模制或连续铸造具有改进的铸造性能的合金的领域中。

因而，本发明的目的之一是克服大体积液态铝合金的声透射并能够进行放大的问题。为此，本发明提出了一种使用由液态铝合金润湿的超声波发生器的方法，包括以下步骤：