本發(fā)明涉及通過超聲波處理液態(tài)鋁合金的領(lǐng)域。更具體而言，本發(fā)明涉及一種改進(jìn)的裝置和方法，該裝置和方法使用至少一種耐火陶瓷超聲波發(fā)生器從而能夠?qū)崿F(xiàn)最佳的超聲波傳輸以用于處理目的，例如脫氣(從液態(tài)金屬中除去溶解的氫)、機(jī)械作用于存在于合金中的氧化物(潤濕、破碎、附聚、通過在聲壓場壓緊而使其表觀直徑減少等)、晶粒細(xì)化、滴定、改變合金的組成或一旦冷卻并固化就使鋁合金的機(jī)械性能能夠得到改善的其它任何處理。

已知功率超聲波使對(duì)輕質(zhì)液態(tài)合金、特別是鋁合金進(jìn)行脫氣成為可能[g.i.eskin，ultrasonictreatmentoflightalloymelts，gordonandbreachsciencepublishers，1998]。溶解在液態(tài)鋁合金中的氫朝向通過在超聲壓力場中形成的空化氣泡擴(kuò)散；由此形成的氣泡在聲壓場的作用下振蕩產(chǎn)生所謂的調(diào)整(rectifiée)放大擴(kuò)散效應(yīng)(uneffetdediffusionamplifiée)；在金屬浴上方使用吹掃氣體和/或部分真空以改善脫氣效率已經(jīng)進(jìn)行研究并獲得專利；此外，超聲波有助于使吹掃氣的氣泡精細(xì)地分散(us2007/0235159a1；wo2011/127402a1)。

然而，受聲壓場影響的區(qū)域位于超聲波發(fā)生器附近?？栈瘹馀荼旧砦樟艘徊糠肿⑷氲墓β?，而存在于液態(tài)鋁合金中的夾雜物(特別是氧化物)也是如此，而這又形成空化核。液態(tài)鋁合金含有的溶解氣體和吸附氫的氧化物夾雜物越多，通過空化吸收的超聲波也越多——即使這些雜質(zhì)生長。因此，在實(shí)踐中，由聲透射系統(tǒng)有益地影響的體積不會(huì)超過幾升，或者超聲波發(fā)生器周圍約10厘米。因此，僅有的工業(yè)應(yīng)用在鑄造領(lǐng)域，在所述鑄造領(lǐng)域中可將有限的體積脫氣；或用于連續(xù)鑄造，在低金屬流速(幅度的數(shù)量級(jí)(ordredegrandeur)為1-10公噸/小時(shí))的范圍內(nèi)，例如鑄造輪(encouléesurroue)[southwireultra-d^tmprocess]。對(duì)于使用數(shù)量級(jí)為立方米的脫氣口袋(pochesdedégazage)以高金屬流速(50-100公噸/小時(shí))進(jìn)行的半連續(xù)鑄造，以及對(duì)于合金非常嚴(yán)格的脫氣和夾雜物的清潔，現(xiàn)有技術(shù)沒有解決擴(kuò)大的問題。

特別地，這些方法的缺點(diǎn)尤其歸因于波導(dǎo)/液態(tài)鋁合金界面缺乏穩(wěn)定性。實(shí)際上，已知波導(dǎo)必須被液態(tài)鋁合金潤濕以使能量能夠傳輸?shù)揭簯B(tài)鋁合金。出于這個(gè)原因，所使用的波導(dǎo)由金屬、特別是鋼或鈦制成。

然而，這樣還不足以獲得完美的潤濕，并且已經(jīng)開發(fā)出了方法以對(duì)此進(jìn)行改進(jìn)。具體地，由“reynoldsmetalcompany”的優(yōu)先權(quán)為1979年的專利ep0035545b1證明，其要求保護(hù)鋁膜在鈦超聲波發(fā)生器上的氣相沉積。但實(shí)際上，即使在這種配置中，由于波導(dǎo)材料與液態(tài)鋁合金會(huì)發(fā)生反應(yīng)，潤濕質(zhì)量的變化會(huì)隨著使用而演變。

耐火材料不在鋁合金中使用，完全是因?yàn)樗鼈儾槐凰鲆簯B(tài)鋁合金潤濕。只有一種化學(xué)沉積方法能夠使?jié)櫇駥?shí)現(xiàn)，只是這是在有限時(shí)間內(nèi)潤濕，其是不可靠、不實(shí)用且不經(jīng)濟(jì)的。

因此，當(dāng)前沒有能夠可靠地將液態(tài)鋁合金處理成大量的鑄造鋁合金的方法或裝置。

然而，對(duì)于對(duì)其進(jìn)行氣孔消除或模量增加或者改進(jìn)晶粒細(xì)化或使用顆粒來增強(qiáng)是有用的這樣的鋁合金，實(shí)際需要處理和純化，特別是在鑄造用于航空的合金、用于核應(yīng)用的復(fù)合合金、具有改進(jìn)的加工性質(zhì)的易切削合金(desalliagesdedécolletage)或者模制或連續(xù)鑄造具有改進(jìn)的鑄造性能的合金的領(lǐng)域中。

因而，本發(fā)明的目的之一是克服大體積液態(tài)鋁合金的聲透射并能夠進(jìn)行放大的問題。為此，本發(fā)明提出了一種使用由液態(tài)鋁合金潤濕的超聲波發(fā)生器的方法，包括以下步驟：

a)提供一種管狀超聲波發(fā)生器，其由對(duì)液態(tài)鋁基本上呈惰性的材料(即不顯著地溶解于液態(tài)鋁中的材料，例如陶瓷，如氧氮化硅)形成，所述超聲波發(fā)生器包括第一開口端區(qū)域(2)和第二優(yōu)選地閉口端區(qū)域(3)，

b)將管狀超聲波發(fā)生器的開口端區(qū)域(2)至少部分浸入液態(tài)鋁合金中，以及

c)通過管狀超聲波發(fā)生器將功率超聲波施加于液態(tài)鋁合金上。

根據(jù)一種替代方案，步驟a)中的超聲波發(fā)生器已經(jīng)通過部分浸入鎂含量為至少0.05％的液態(tài)鋁合金(m)中并施加功率超聲波中而預(yù)先被潤濕。

通過這種方法，被液態(tài)鋁合金潤濕的超聲波發(fā)生器能夠?qū)崿F(xiàn)功率超聲波的最佳傳輸。持續(xù)的潤濕，特別是歷經(jīng)幾天而不對(duì)超聲波發(fā)生器進(jìn)行清洗或拋光操作，使得液態(tài)鋁合金的有效的處理成為可能。另外，超聲波發(fā)生器的管狀形狀使得液態(tài)鋁合金中的空化現(xiàn)象達(dá)到最佳化成為可能，從而確保了對(duì)于大體積的處理，特別是在工業(yè)規(guī)模中。

實(shí)際上，包含在管狀超聲波發(fā)生器內(nèi)部的液態(tài)鋁合金是極度空化的場所，這是由于所述空化由在管狀超聲波發(fā)生器中央會(huì)聚的波產(chǎn)生以及因此不存在如在固體棒形式的超聲波發(fā)生器外部所發(fā)生的功率損失的事實(shí)。由此在液態(tài)鋁合金中形成的空化氣泡非常有效地抽吸(pomper)包含在管狀超聲波發(fā)生器中的氣體。

在所述方法的步驟a)中提供的管狀超聲波發(fā)生器包括第一開口端區(qū)域和第二優(yōu)選地閉口端區(qū)域，并且步驟b)包括將第一開口端區(qū)域浸入液態(tài)鋁合金中。

實(shí)際上，本發(fā)明人已經(jīng)觀察到，當(dāng)在第一端區(qū)域開口的管狀超聲波發(fā)生器浸入含有液態(tài)鋁合金的坩堝中并且在第二端區(qū)域閉口時(shí)，以及當(dāng)所述超聲波發(fā)生器被通過功率超聲波發(fā)射換能器——其被連接至夾緊、粘附或旋擰在管狀超聲波發(fā)生器上部周圍的金屬法蘭——傳輸?shù)墓β食暡ぐl(fā)時(shí)，由于管狀超聲波發(fā)生器的抽吸效應(yīng)，坩堝中鋁合金的水平降低。這種抽吸使管狀超聲波發(fā)生器中產(chǎn)生部分真空，導(dǎo)致管狀超聲波發(fā)生器中液態(tài)鋁合金的水平增加，并伴隨著坩堝中管狀超聲波發(fā)生器周圍的液態(tài)鋁合金的水平降低。因此，這種管狀超聲波發(fā)生器的使用產(chǎn)生了湍流抽吸機(jī)制，其使得將液態(tài)鋁合金非常快速地脫氣成為可能，這是因?yàn)樵谶h(yuǎn)離超聲波發(fā)生器的金屬和管狀超聲波發(fā)生器內(nèi)包含的金屬之間建立了大的氫濃度梯度并經(jīng)受了強(qiáng)烈的空化。

類似地，該方法還使存在于液態(tài)鋁合金中的氧化物膜的破碎、潤濕和變皺成為可能。然后，所述氧化物在鑄造時(shí)具有減小的尺寸，從而抑制固化氣孔的形成。

根據(jù)相同的原理，這種湍流抽吸還通過由聲流(lescourantsacoustique)(或用英語表述為acousticstreaming)引起的枝晶臂的碎裂和/或部分重熔而對(duì)晶粒細(xì)化效應(yīng)有幫助，所述聲流(或acousticstreaming)是通過將聲能量注入到液態(tài)合金中而導(dǎo)致的。因此，在合金固化期間，獲得晶界(jointsdegrains)的增加量。由于氧化物和氣孔的消除——這歸功于晶粒的細(xì)化，合金的鑄造性能得到改善，并且所獲得的初級(jí)固化鋁的機(jī)械性能得到大大提高，特別是材料的延性及其伸長能力。

有利地，所述方法的步驟c)包括將管狀超聲波發(fā)生器外部和內(nèi)部的液態(tài)鋁合金表面置于惰性無水氣氛下的步驟i)。這種布置使得能夠減少氣氛的濕氣與液態(tài)鋁合金的接觸，以便提高脫氣效率。

根據(jù)一種可能性，根據(jù)步驟i)，將管狀超聲波發(fā)生器內(nèi)部的液態(tài)鋁合金表面置于惰性無水氣氛下包括將無水惰性氣體注入管狀超聲波發(fā)生器內(nèi)部。具體地，所使用的氣體可為干燥的氬氣或干燥的氮?dú)饣蛟趹?yīng)用條件下對(duì)液態(tài)鋁合金不具有反應(yīng)性的任何其他無水氣體。

優(yōu)選地，通過管狀超聲波發(fā)生器的第二端區(qū)域注入無水惰性氣體并使其循環(huán)，以便將通過空化氣泡從金屬中提取出的氫排出。注入管和排出管例如緊密地密封于設(shè)置在第二區(qū)域的頂部的孔口上。

根據(jù)另一個(gè)方面，將管狀超聲波發(fā)生器外部的液態(tài)鋁合金表面保持在干燥的惰性的氣體保護(hù)層下，以防止合金的自由表面再氣化。

根據(jù)一個(gè)補(bǔ)充性布置，配置氫阱以便與氫反應(yīng)并將其保留，所述氫阱布置在管狀超聲波發(fā)生器的內(nèi)部。有利地，通過將緊密地密封于管狀超聲波發(fā)生器的第二端區(qū)域的頂部的用于對(duì)液態(tài)鋁合金呈惰性的無水氣體的注入的管，而將所述阱置于管狀超聲波發(fā)生器內(nèi)部。因而，包含在超聲波發(fā)生器內(nèi)部的液態(tài)鋁合金的脫氣發(fā)生的非?？?。

有利地，所述方法還包括在管狀超聲波發(fā)生器的第一端區(qū)域處的液態(tài)鋁合金中建立下降速度場的步驟，以便在管狀超聲波發(fā)生器內(nèi)部形成下降的液態(tài)鋁合金流。通過在管狀超聲波發(fā)生器的開口(bouche)處建立這種下降速度場，管狀超聲波發(fā)生器內(nèi)部的合金的更新通過朝向底部吸入鋁合金來激活。這種速度場可以通過聲流現(xiàn)象(已知在英語中被稱為“acousticstreaming”)建立。然后在管狀超聲波發(fā)生器內(nèi)部的脫氣的鋁合金和其外部的鋁合金之間的交換增加。通過由此形成的對(duì)流(convection)，初始與遠(yuǎn)處金屬和在管狀超聲波發(fā)生器中經(jīng)受空化的金屬之間的氫擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)相關(guān)的脫氣動(dòng)力學(xué)得到改善。結(jié)果是，通過這種方法，可以處理大體積的液態(tài)鋁合金。

根據(jù)一種可能性，將液態(tài)鋁合金放置于感應(yīng)坩堝中，所述感應(yīng)坩堝被配置以在所述管狀超聲波發(fā)生器的第一端區(qū)域處的液態(tài)鋁合金中形成下降速度場。因此，通過液態(tài)金屬中感應(yīng)的電磁力建立的對(duì)流使得能夠加速管狀超聲波發(fā)生器中液態(tài)鋁合金的更新。

根據(jù)另一種可能性，所述方法的步驟a)包括提供管狀超聲波發(fā)生器，其第一端區(qū)域配置為擴(kuò)口形狀以在管狀超聲波發(fā)生器的第一端區(qū)域形成下降速度場。因此，所述超聲波發(fā)生器采用在第一端區(qū)域中的超聲波發(fā)生器向外開口的“喇叭”或“郁金香”的形狀。這種擴(kuò)口形狀通過“聲流”建立了下降的垂直速度。所形成的流動(dòng)與朝向超聲波發(fā)生器頂部的吸入效應(yīng)相反，使得超聲波發(fā)生器外部的液態(tài)鋁合金與在所述超聲波發(fā)生器內(nèi)部的脫氣的液態(tài)鋁合金之間的混合加速，從而促進(jìn)了超聲波發(fā)生器內(nèi)部的合金的更新。

根據(jù)另一個(gè)可能的實(shí)施方案，步驟c)的功率超聲波的施加間歇地進(jìn)行，并且所述方法包括在兩次功率超聲波施加之間使用超壓施加于管狀超聲波發(fā)生器內(nèi)部的液態(tài)鋁合金表面上，以便在液態(tài)鋁合金中形成間歇下降的速度場。這種超壓例如通過以規(guī)律的間隔注入的干燥的氬氣而獲得，以從管狀超聲波發(fā)生器排出脫氣的液態(tài)鋁合金，并且在隨后的壓力降低期間再次吸入混合合金。這種方法在每個(gè)增壓(refoulement)周期中充當(dāng)分隔線(diviseur)。

根據(jù)另一個(gè)變形方案，所述方法包括在步驟c)的間歇施加功率超聲波期間將液態(tài)鋁合金置于管狀超聲波發(fā)生器內(nèi)部的部分真空下的步驟ii)。一百帕斯卡數(shù)量級(jí)的這種部分真空使空化區(qū)域上方的氫氣的分壓下降并激活脫氣。

根據(jù)又一個(gè)變形方案，所述方法包括在管狀超聲波發(fā)生器的第一端區(qū)域處的液態(tài)鋁合金中布置通常形狀為具有平端的棒的補(bǔ)充性超聲波發(fā)生器，步驟c)的功率超聲波的施加連續(xù)進(jìn)行，并且所述方法包括步驟iii)，其包括以縱向模式激發(fā)補(bǔ)充性超聲波發(fā)生器，以便在液態(tài)鋁合金中建立間歇聲流。補(bǔ)充性超聲波發(fā)生器的配置使聲流速度場能夠增強(qiáng)。此外，這種變形方案使得能夠通過吸力(trompe)效應(yīng)將液態(tài)鋁合金驅(qū)向超聲波發(fā)生器的底部，從而使得包含在管狀超聲波發(fā)生器內(nèi)部的合金能夠更新。

根據(jù)一種可能性，間歇地激發(fā)補(bǔ)充性超聲波發(fā)生器。本發(fā)明人為了解釋所獲得的改進(jìn)而提出的假設(shè)是：在這種情況下，沖洗效果得到改善。

根據(jù)一種替代方案，連續(xù)地激發(fā)補(bǔ)充性超聲波發(fā)生器。所述假設(shè)是，這種實(shí)施方案能夠使管狀超聲波發(fā)生器中鋁的更新的連續(xù)性得到改善。

有利地，所述方法包括步驟y)，其包括將陶瓷顆粒納入包含于管狀超聲波發(fā)生器中的液態(tài)鋁合金a中。這種布置使得可以制造金屬基復(fù)合材料以獲得增強(qiáng)的鋁合金，其一旦冷卻即具有改善的機(jī)械強(qiáng)度性能。

根據(jù)一種可能性，所述方法包括將母合金線(fild'alliage-mère)至少部分浸入包含在管狀超聲波發(fā)生器中的液態(tài)鋁合金中的步驟。然后這種配置使得能夠——在與脫氣和使合金的氧化物破碎相結(jié)合的情況下——快速滴定液態(tài)鋁合金，這是因?yàn)榭栈瘓鲋械木€加速溶解。

有利地，所述方法包括在包含于管狀超聲波發(fā)生器中的液態(tài)鋁合金a中施加氣態(tài)nh3以形成復(fù)合al-aln材料的步驟。因而，可能提供最初在液態(tài)鋁合金中不存在的元素，例如通過在所使用的條件下用氣體和試劑代替干燥的惰性氣體供應(yīng)。因此，空化在液態(tài)鋁合金和反應(yīng)性氣體之間的反應(yīng)中起了催化劑的作用。

根據(jù)第二方面，本發(fā)明涉及一種適用于處理液態(tài)鋁合金a的聲透射裝置，所述聲透射裝置包括由對(duì)液態(tài)鋁基本上呈惰性的材料(例如陶瓷，如氧氮化硅)形成的管狀超聲波發(fā)生器，以及連接至管狀超聲波發(fā)生器上的功率超聲波發(fā)射換能器。如上所述，這種裝置使得實(shí)施所述方法的不同實(shí)施方案成為可能，從而使得對(duì)液態(tài)鋁合金進(jìn)行的脫氣、使氧化物破碎并將其它陶瓷、金屬或氣態(tài)的元素供應(yīng)成為可能。

有利地，聲透射裝置的管狀超聲波發(fā)生器包括第一開口端區(qū)域和第二閉口端區(qū)域，第一開口端區(qū)域旨在被液態(tài)鋁合金潤濕。

由于下面參照附圖描述了作為非限制性實(shí)施例提供的多個(gè)實(shí)施方案，本發(fā)明的其它方面、目的和優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚。為了改善可讀性，這些附圖并不一定遵守所有被示出的元件的比例。在下面的描述中，為了簡化起見，各不同形式的實(shí)施方案的相同、相似或等同的元件的數(shù)字參考相同。

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案所述的方法中使用的管狀超聲波發(fā)生器。

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案所述的使用無水氣氛的步驟i)。

圖3示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案所述的下降速度場的建立。

圖4示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方案所述的下降速度場的建立。

圖5示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案所述的擴(kuò)口管狀超聲波發(fā)生器。

圖6示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案所述的納入陶瓷顆粒的步驟。

圖7示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案所述納入母合金線的步驟。

如圖1所示，所述方法包括將管狀超聲波發(fā)生器1浸入液態(tài)鋁合金的浴中并施加功率超聲波，以便在超聲波發(fā)生器1的中央處獲得強(qiáng)烈的空化10。

所使用的管狀超聲波發(fā)生器1由sialon制成，測量的直徑為60mm。其包括浸入鋁合金中的第一開口端區(qū)域2和通過法蘭5連接有功率超聲波發(fā)射換能器4的第二閉口端區(qū)域3。

根據(jù)一個(gè)未示出的變形方案，首先通過用液態(tài)鋁合金m形成潤濕來準(zhǔn)備超聲波發(fā)生器1。為此，將管狀超聲波發(fā)生器1部分地浸入鎂含量為至少0.05重量％的液態(tài)鋁合金浴m中。然后使其經(jīng)受頻率為約22khz且功率為10w的功率超聲波直到獲得液態(tài)鋁合金m的潤濕。一旦潤濕，就將超聲波發(fā)生器1浸入不含鎂的液態(tài)鋁合金中，并施加新的功率超聲波使得潤濕能夠再生。因此，這樣可以保存超過5天，而不需要補(bǔ)充性的清潔干預(yù)或拋光干預(yù)。間歇地或連續(xù)地施加功率超聲波僅足以維持管狀超聲波發(fā)生器1在鋁合金中的潤濕。

在圖1所示的實(shí)施方案中，以約22khz的頻率施加超聲波，液態(tài)鋁合金的水平在坩堝中下降的非?？欤@是在管狀超聲波發(fā)生器1內(nèi)部具有極其強(qiáng)烈的空化10的跡象，從而導(dǎo)致所述合金脫氣。所述浴的初始?xì)浜繛?.27ml/100g；處理10分鐘后，所述含量降至0.17ml/100g；另外處理10分鐘后，所述含量達(dá)到一個(gè)值，該值接近平衡含量，考慮到環(huán)境濕度，該值為0.14ml/100g。因此，使用這種聲透射裝置6得到的初始脫氣速率為0.01ml/100g/min，而自發(fā)脫氣速率低10倍左右。在使用超聲波發(fā)生器——具有平坦底部的鈦棒——開始脫氣時(shí)獲得的最大速率為0.0035ml/100g/min，即低三倍。

能夠解釋在超聲波發(fā)生器1內(nèi)部獲得的空化10的強(qiáng)度的一個(gè)假設(shè)是，空化10通過在管狀超聲波發(fā)生器1中央對(duì)流的波產(chǎn)生，因此，不存在如在超聲波發(fā)生器1外部發(fā)生的功率損失。由此在液態(tài)鋁合金中形成的空化氣泡10抽吸包含在管狀超聲波發(fā)生器1中的氣體。當(dāng)管狀超聲波發(fā)生器1的第二端區(qū)域3封閉時(shí)，這種抽吸在超聲波發(fā)生器1中產(chǎn)生部分真空，從而導(dǎo)致其中的鋁合金水平增加，并觀察到超聲波發(fā)生器1周圍的坩堝中鋁合金a水平隨之降低。超聲波發(fā)生器1的這種湍流上升伴隨著極其強(qiáng)烈的空化10，其顯著地增加了液態(tài)鋁合金和包含在超聲波發(fā)生器1中的氣體之間的交換表面。這樣形成了湍流抽吸機(jī)制，其使得超聲波發(fā)生器1中包含的液態(tài)合金能夠非?？焖俚孛摎狻?/p>

因此，圖1所示的聲透射裝置6作為用于液態(tài)鋁合金的超聲吸力泵而運(yùn)行。

根據(jù)一個(gè)未示出的變形實(shí)施方案，超聲波發(fā)生器1的材料選自陶瓷，例如氮化物或氧氮化物，其在實(shí)施所述方法的條件下對(duì)液態(tài)鋁合金呈惰性。能夠使用的功率超聲波的頻率在10-100khz的范圍內(nèi)，且功率大于10w。

根據(jù)圖2所示的一種可能性，在管狀超聲波發(fā)生器1的體積內(nèi)部以及在超聲波發(fā)生器1的外部，將液態(tài)鋁合金的表面置于無水惰性氣氛下，以避免液體鋁合金a的表面再氣化。管7緊密地密封在管狀超聲波發(fā)生器1頂部的第二端區(qū)域3處，其使得將無水氬氣注入超聲波發(fā)生器1的內(nèi)部成為可能。此外，管狀超聲波發(fā)生器1外部的液態(tài)鋁合金表面也被保持在通過封閉裝置14維持的無水氬氣(惰性氣體)覆蓋層下。

為了進(jìn)一步改進(jìn)聲透射裝置6，本發(fā)明人已經(jīng)引入了懸掛于熱電偶的用于注入無水氬氣的管7以及氫阱。熱電偶用于將所述阱在超聲波發(fā)生器1中沿垂直下降的梯度正確地設(shè)定于使其能夠激活的溫度(在300℃-400℃之間)。隨后，由于湍流和空化10的強(qiáng)度并伴隨有通過管狀超聲波發(fā)生器1的內(nèi)部氣氛的液態(tài)合金的抽吸效應(yīng)，以及因?yàn)樗鰵夥毡粴溱?維持在非常低的水平的氫氣分壓上，包含在超聲發(fā)生器1內(nèi)部的鋁合金的脫氣發(fā)生的非?？?。

根據(jù)一個(gè)變形方案，所述方法包括如圖3所示將反應(yīng)性氣體如氣態(tài)nh3——代替中性的氬氣——引入至包含于管狀超聲波發(fā)生器1中的液態(tài)鋁合金中以形成復(fù)合al-aln材料。實(shí)際上，功率超聲波使得在空化氣泡10向內(nèi)破裂時(shí)實(shí)現(xiàn)非常高且非常局部的溫度峰成為可能。這使得能夠催化以下反應(yīng)：al+nh3→aln+1.5h2，其通常僅在很高的溫度下發(fā)生。此外，位于管狀超聲波發(fā)生器1內(nèi)部的氫阱8捕獲釋放的氫，并防止當(dāng)發(fā)生反應(yīng)時(shí)金屬合金再氣化。因而，可能簡單地制造出粒徑為10-100nm的al-aln復(fù)合材料。

如圖3所示，在超聲波發(fā)生器1的第一端區(qū)域2的開口附近的液態(tài)鋁合金a中建立下降速度場9，以促進(jìn)超聲波發(fā)生器1內(nèi)部的合金和超聲波發(fā)生器1外部的合金的交換，并且改進(jìn)脫氣動(dòng)力學(xué)，以便在與工業(yè)限制相適應(yīng)的時(shí)間內(nèi)處理大體積的合金。圖3所示的解決方案包括以規(guī)律的間隔將干燥的氬氣超壓施加于管7中，以將脫氣的液態(tài)合金沖入含有液態(tài)鋁合金的坩堝的體積中并在隨后的減壓期間重新吸入混合的鋁合金。

圖4描述了這樣一種解決方案，其包括引入在管狀超聲波發(fā)生器1的開口附近以縱向模式被激發(fā)的固體棒形狀的補(bǔ)充性超聲波發(fā)生器11，以在兩次有規(guī)律的功率超聲波施加之間局部地建立強(qiáng)大的間歇聲流，從而通過吸力效應(yīng)將內(nèi)部的合金驅(qū)向超聲波發(fā)生器1的底部。因此這樣能夠使得包含在管狀超聲波發(fā)生器1內(nèi)部的合金更新。

圖5描述了這樣一種解決方案，其包括使用在第一端區(qū)域2處擴(kuò)口的管狀超聲波發(fā)生器1，以便通過“聲流”建立垂直下降的速度。

用于建立這種下降速度場9的未示出的其他實(shí)施方案也是存在的。特別地，一個(gè)替代方案包括使用感應(yīng)坩堝，所述感應(yīng)坩堝被設(shè)計(jì)成使得在管狀超聲波發(fā)生器1周圍存在垂直下降速度場，所述垂直下降速度場驅(qū)動(dòng)內(nèi)部鋁合金且使其更新能夠加速。根據(jù)另一個(gè)替代方案，功率超聲波的施加間歇進(jìn)行，在間歇之間通過緊密地密封至第二端區(qū)域3的管7在超聲波發(fā)生器1內(nèi)部施用無水氬氣的超壓。根據(jù)又一種可能性，在施加功率超聲波期間，在每次干燥氬氣超壓之間，在超聲波發(fā)生器1內(nèi)部產(chǎn)生真空。

圖6示出了一種液態(tài)鋁合金處理，其包括根據(jù)所述方法的步驟y)納入sic顆粒以制備金屬基復(fù)合材料。根據(jù)復(fù)合材料所需的最終機(jī)械性能，可以使用其它耐火陶瓷材料，例如氧化鋁。顆粒的引入與通過密封管7注入無水氬氣一起進(jìn)行，并且分兩個(gè)階段進(jìn)行：第一階段包括引入所述顆粒，同時(shí)，由于納入存在于管7中的氣體且所述顆粒由其輸送而使液態(tài)鋁合金在管狀超聲波發(fā)生器1中上升。該階段包括在管狀超聲波發(fā)生器1內(nèi)部制備一種母液態(tài)復(fù)合合金。第二階段包括將這種稠密的混合物再循環(huán)并通過上述方式之一將其稀釋于鋁合金的其余部分中。然后，再次開始所述的第一階段。本發(fā)明人已經(jīng)觀察到，為了防止與顆粒同時(shí)納入的氣體引起顆粒漂浮并在表面上排斥它們，間歇地使用如圖4所述的補(bǔ)充性棒狀超聲波發(fā)生器11，使得顆粒能夠分布于液態(tài)合金中，并且氣泡由于慣性空化效應(yīng)10破裂。

現(xiàn)在將結(jié)合圖7描述液態(tài)鋁合金a的滴定。將母合金線13引入管狀超聲波發(fā)生器1內(nèi)部并密封于第二端區(qū)域3以便至少部分地浸入超聲波發(fā)生器1內(nèi)部的鋁合金中。然后，在施加功率超聲波期間，液態(tài)鋁合金的滴定與脫氣和氧化物膜的破裂伴隨進(jìn)行?；蛘?，所述線13可以是精制的altib或altic線或是填充有旨在使所述合金過飽和的抵抗再結(jié)晶的元素的線，所述元素例如cr、zr、hf、v、sc等。于是，可能獲得初級(jí)金屬間線的極其精細(xì)的分布，然而在所述爐中以垂直澆鑄的方式引入同樣的數(shù)量導(dǎo)致嚴(yán)重粗糙的初級(jí)金屬間線的分布。在垂直半連續(xù)鑄造中，所述引入恰好在鑄造前的分配器(répartiteur)的水平下或在鑄造(marais)本身的水平下進(jìn)行。類似地，在鑄造所謂的超級(jí)合金時(shí)，借助管狀超聲波發(fā)生器1引入alcup線使得alp核能夠分散并獲得初級(jí)硅晶體，所述初級(jí)硅晶體比當(dāng)以標(biāo)準(zhǔn)方式引入alcup線時(shí)獲得的那些更精細(xì)。

因而，本發(fā)明能夠使功率超聲波長期地簡單地施加于液態(tài)鋁合金，并能夠無疑地對(duì)比傳統(tǒng)所可能獲得的更大的潔凈體積進(jìn)行高度變化的脫氣、精制和改變鋁合金組成(改變比例和新元素)的處理，且循環(huán)時(shí)間與工業(yè)限制相適應(yīng)。

不言而喻，本發(fā)明不限于上述作為實(shí)施例的實(shí)施方案，而是包括所描述的裝置的所有技術(shù)等同物和變形方案及其組合。