專利名稱：高強(qiáng)度稀土鋁合金聲學(xué)振動(dòng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及聲學(xué)領(lǐng)域通過換能器向介質(zhì)中輻射高強(qiáng)度聲能的裝置，尤其是一種斷裂強(qiáng)度高、抗拉強(qiáng)度高、比重輕、發(fā)聲效果更好并更容易振動(dòng)的高強(qiáng)度稀土鋁合金聲學(xué)振動(dòng)
>J-U ρ α裝直。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有鋁合金聲學(xué)振動(dòng)裝置主要為大功率超聲設(shè)備，廣泛應(yīng)用在工業(yè)冷換設(shè)備的放除垢、超聲清洗及超聲乳化、破乳、分散、粉碎、催化、中藥萃取、酒的醇化、殺菌、滅藻等工藝中。在石油、化工、鋼鐵、冶金、電力、制藥、制糖、核工業(yè)、航天航空、國防及水處理等眾多領(lǐng) 域得到廣泛應(yīng)用。就超聲波防垢設(shè)備為例，其原理是超聲波電源控制器將交流電轉(zhuǎn)換為20kHz-60kHz的電功率信號(hào)，并通過特種傳輸電纜傳輸?shù)匠暡〒Q能器，由換能器實(shí)現(xiàn)電、機(jī)、聲的轉(zhuǎn)換，發(fā)射出20kHz-60kHz的超聲波，超聲波徑向發(fā)射出后，使流體介質(zhì)腔體內(nèi)都充滿超聲波的能量。根據(jù)超聲波能量特性，有效的達(dá)到流體介質(zhì)的防垢除垢目的。但是，現(xiàn)有鋁合金聲學(xué)振動(dòng)裝置機(jī)械強(qiáng)度差，導(dǎo)致聲腐蝕現(xiàn)象嚴(yán)重，使用壽命短。另外，現(xiàn)有鋁合金聲學(xué)振動(dòng)裝置中的換能器及工具頭所應(yīng)用的鋁合金在高功率大振幅應(yīng)用中，由于鋁合金的機(jī)械強(qiáng)度及應(yīng)力疲勞的限制易產(chǎn)生微裂紋，嚴(yán)重影響聲波的傳輸，造成性能急劇下降，工作效率降低。為此，技術(shù)人員采用鈦合金替代鋁合金以排除上述缺陷，但又因鈦合金價(jià)格高昂、維護(hù)費(fèi)用相應(yīng)增高，難以被大量采用，不僅增加了制造成本也給用戶帶來了不便。因此，急需提供一種斷裂強(qiáng)度高、抗拉強(qiáng)度高、比重輕、發(fā)聲效果更好并更容易振動(dòng)的高強(qiáng)度稀土鋁合金聲學(xué)振動(dòng)裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種斷裂強(qiáng)度高、抗拉強(qiáng)度高、比重輕、發(fā)聲效果更好并更容易振動(dòng)的高強(qiáng)度稀土鋁合金聲學(xué)振動(dòng)裝置。本發(fā)明的基本設(shè)計(jì)思路是替代高價(jià)位鈦合金。經(jīng)過改性的鋁合金機(jī)械強(qiáng)度提高后，聲腐蝕現(xiàn)象減輕，故使用壽命延長。通過添加不同組分、不同劑量門稀土元素，采用特殊的生產(chǎn)工藝、并根據(jù)聲學(xué)振動(dòng)裝置中換能部件對(duì)金屬材料的特定要求，進(jìn)行優(yōu)化組合設(shè)計(jì)，以得到理想的指標(biāo)要求。加入稀土元素的鋁合金材料之后，綜合機(jī)械性能指標(biāo)均有很大的提高。其整體力學(xué)性能(硬度拉伸和斷裂強(qiáng)度)有較大幅度的提高，可替代目前昂貴的鈦合金材料在換能振動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用。同時(shí)解決了現(xiàn)有鋁合金聲學(xué)振動(dòng)裝置的幾個(gè)問題，a、力學(xué)性能(硬度提高)，b、物理性能(密度提高)，C、化學(xué)性能(耐腐蝕性)，由于有良好的綜合機(jī)械性能，可提高產(chǎn)品的聲學(xué)性能，提高產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)能降耗。替代鈦合金在聲學(xué)振動(dòng)裝置中的應(yīng)用，不僅有顯著地經(jīng)濟(jì)效益而且保證了優(yōu)越的聲學(xué)性能。具體來說，本發(fā)明的高強(qiáng)度稀土鋁合金聲學(xué)振動(dòng)裝置，具有振動(dòng)裝置基體，所述振動(dòng)裝置基體包括換能器、變幅桿和工具頭，所述換能器包括換能器螺母、換能器后蓋板、壓電陶瓷和換能器前蓋板，其特征是所述工具頭為稀土鋁合金制成的工具頭，所述稀土鋁合金成分為AL-12. OZn-3. 3Mg_l. 2Gu_0. 13Zr_0. 4Mn_0. 49Sc;其制備工藝是a、將成品的7075鋁合金加熱至850°C呈液態(tài)熔體，保持溫度I小時(shí)；b、選用堿金屬氟化物nNaF · AlF3作為稀土氧化物Sc2O3和ZrO2的絡(luò)合劑；c、維持熔體溫度850°C，按成分比例配置稀土氧化物加入到熔體，使液態(tài)鋁與Sc2O3和ZrO2發(fā)生充分的還原反應(yīng)，維持反應(yīng)時(shí)間在一小時(shí)；d、為提高還原反應(yīng)時(shí)速率和充分性，在液態(tài)鋁中間斷性加入頻率為20-40kHz，強(qiáng)度為800-2000W超聲波，間斷時(shí)間沒有限定；e、將反應(yīng)完成的稀土鋁合金溶液鑄造成各種需要的形狀，棒材、板材等。本發(fā)明中制備工藝是鋁熱還原與超聲空化相結(jié)合的制備方法，在冶煉過程中施加高梯度的超聲場進(jìn)行輻照處理。稀土加入高強(qiáng)度鋁合金中有四大作用a、彌散強(qiáng)化效應(yīng)，b、晶粒細(xì)化效應(yīng)，C、抑制再結(jié)晶效應(yīng)，d、清除焊縫處熱裂的效應(yīng)。熱處理制度下，力學(xué)性能抗拉強(qiáng)度是820Mpa，斷裂強(qiáng)度是850Mpa，延伸率為6_9%。強(qiáng)度超過TA7鈦合金(中等強(qiáng)度)。本發(fā)明中所述換能器的前蓋板可以為稀土鋁合金制成的前蓋板，換能器的后蓋板 可以為稀土鋁合金制成的后蓋板。本發(fā)明中所述變幅桿可以為稀土鋁合金制成的變幅桿。本發(fā)明中高強(qiáng)度稀土鋁合金主要應(yīng)用于超聲振動(dòng)系統(tǒng)的以下地方
I、 超聲換能器部分高強(qiáng)度稀土鋁合金用于制作換能器振子的前后蓋板時(shí)，可以使換能器在獲得較高機(jī)械強(qiáng)度的同時(shí)，又能夠承受較大的功率，散熱性能也會(huì)得到較大的提高。換能器的的材料內(nèi)損耗也可以維持在較低的水平。2、超聲變幅桿超聲變幅桿的的振幅通常比較大，因此需要較高的機(jī)械強(qiáng)度，目前常用的材料是鋼材和鈦合金材料。采用稀土鋁合金材料既可以保證變幅桿能夠承受較大的振幅，有可以獲得更好的彈性性能產(chǎn)生更大的振幅和教的機(jī)械損耗。3、 超聲波輻射工具頭超聲波輻射工具頭通常需要工作在液體介質(zhì)中，需要承受超聲空化效應(yīng)帶來的聲腐蝕，稀土鋁合金的耐腐蝕性能較普通鋁有了較大的提高，在一些功率較小的場合已經(jīng)可以代替鋼或鈦合金Tc4成為輻射工具頭的材料。與前述現(xiàn)有同類產(chǎn)品相比，本發(fā)明的高強(qiáng)度稀土鋁合金聲學(xué)振動(dòng)裝置斷裂強(qiáng)度高、抗拉強(qiáng)度高、比重輕、發(fā)聲效果更好并更容易振動(dòng)。本發(fā)明的內(nèi)容結(jié)合以下實(shí)施例作更進(jìn)一步的說明，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅限于實(shí)施例中所涉及的內(nèi)容。


圖I是實(shí)施例I中高強(qiáng)度稀土鋁合金聲學(xué)振動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是實(shí)施例2中高強(qiáng)度稀土鋁合金聲學(xué)振動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是實(shí)施例3中高強(qiáng)度稀土鋁合金聲學(xué)振動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I :如圖I所示，本實(shí)施例中所述高強(qiáng)度稀土鋁合金聲學(xué)振動(dòng)裝置具有振動(dòng)裝置基體，所述振動(dòng)裝置基體包括換能器I、變幅桿2和工具頭3，所述換能器I包括換能器螺母4、換能器后蓋板5、壓電陶瓷6和換能器前蓋板7，其特征是所述工具頭3為稀土鋁合金制成的工具頭3，所述稀土鋁合金成分為AL-12. OZn-3. 3Mg_l. 2Gu_0. 13Zr_0. 4Mn_0.49Sc;其制備工藝是a、將成品的7075鋁合金加熱至850°C呈液態(tài)熔體，保持溫度I小時(shí)；b、選用堿金屬氟化物nNaF · AlF3作為稀土氧化物Sc2O3和ZrO2的絡(luò)合劑；c、維持熔體溫度850°C，按成分比例配置稀土氧化物加入到熔體，使液態(tài)鋁與Sc2O3和ZrO2發(fā)生充分的還原反應(yīng)，維持反應(yīng)時(shí)間在一小時(shí)；d、為提高還原反應(yīng)時(shí)速率和充分性，在液態(tài)鋁中間斷性加入頻率為20kHz，強(qiáng)度為800W超聲波，間斷時(shí)間沒有限定；e、將反應(yīng)完成的稀土鋁合金溶液鑄造成各種需要的形狀，棒材、板材等。實(shí)施例2 :如圖2所示，本實(shí)施例與實(shí)施例I相似，所不同的是本實(shí)施例中所述換能器的前蓋板為稀土招合金制成的前蓋板，換能器的后蓋板為稀土招合金制成的后蓋板。另外，在制備工藝中為提高還原反應(yīng)時(shí)速率和充分性，在液態(tài)鋁中間斷性加入頻率為30kHz，強(qiáng)度為1500W超聲波，也與實(shí)施例I不同。
實(shí)施例3 :如圖3所示，本實(shí)施例與實(shí)施例I相似，所不同的是本實(shí)施例中變幅桿為稀土鋁合金制成的變幅桿。另外，在制備工藝中為提高還原反應(yīng)時(shí)速率和充分性，在液態(tài)鋁中間斷性加入頻率為40kHz，強(qiáng)度為2000W超聲波，也與實(shí)施例I不同。
權(quán)利要求
1.一種高強(qiáng)度稀土鋁合金聲學(xué)振動(dòng)裝置，具有振動(dòng)裝置基體，所述振動(dòng)裝置基體包括換能器、變幅桿和工具頭，所述換能器包括換能器螺母、換能器后蓋板、壓電陶瓷和換能器前蓋板，其特征是所述工具頭為稀土鋁合金制成的工具頭，所述稀土鋁合金成分為AL-12.OZn-3. 3Mg-l. 2Gu_0. 13Zr_0. 4Mn_0. 49Sc;其制備工藝是a、將成品的7075鋁合金加熱至850°C呈液態(tài)熔體，保持溫度I小時(shí)；b、選用堿金屬氟化物nNaF-AlF3作為稀土氧化物Sc2O3和ZrO2的絡(luò)合劑；c、維持熔體溫度850°C，按成分比例配置稀土氧化物加入到熔體，使液態(tài)鋁與Sc2O3和ZrO2發(fā)生充分的還原反應(yīng)，維持反應(yīng)時(shí)間在一小時(shí)；d、為提高還原反應(yīng)時(shí)速率和充分性，在液態(tài)鋁中間斷性加入頻率為20-40kHz，強(qiáng)度為800-2000W超聲波，間斷時(shí)間沒有限定；e、將反應(yīng)完成的稀土鋁合金溶液鑄造成各種需要的形狀，棒材、板材。
2.如權(quán)利要求I所述的高強(qiáng)度稀土鋁合金聲學(xué)振動(dòng)裝置，其特征是換能器的前蓋板為稀土招合金制成的前蓋板，換能器的后蓋板為稀土招合金制成的后蓋板。
3.如權(quán)利要求I所述的高強(qiáng)度稀土鋁合金聲學(xué)振動(dòng)裝置，其特征是變幅桿為稀土鋁合金制成的變幅桿。
全文摘要
本發(fā)明涉及高強(qiáng)度稀土鋁合金聲學(xué)振動(dòng)裝置。該裝置具有振動(dòng)裝置基體，所述振動(dòng)裝置基體包括換能器、變幅桿和工具頭，其特征是工具頭為稀土鋁合金制成的工具頭，稀土鋁合金成分為AL-12.0Zn-3.3Mg-1.2Gu-0.13Zr-0.4Mn-0.49Sc;其制備工藝是a、將7075鋁合金加熱至850℃呈液態(tài)熔體，保持溫度1小時(shí)；b、選用nNaF·AlF3作為Sc2O3和ZrO2的絡(luò)合劑；c、維持熔體溫度850℃，配置稀土氧化物加入到熔體，使液態(tài)鋁與Sc2O3和ZrO2發(fā)生還原反應(yīng)，維持反應(yīng)時(shí)間在一小時(shí)；d、在液態(tài)鋁中間斷性加入超聲波；e、將反應(yīng)完成的稀土鋁合金溶液鑄造成各種形狀，棒材、板材。
文檔編號(hào)C22C21/10GK102899542SQ20121039462
公開日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月17日
發(fā)明者吳銀隆 申請(qǐng)人:成都固特九洲科技有限公司