超声/惰性气体联合除气技术制造技术

本发明专利技术公开了超声/惰性气体联合除气技术，本发明专利技术是一种集超声除气技术，惰性气体除气技术、金属凝固技术于一体的综合性技术，是一种能取得高除氢效率和低氢含量，能满足高纯度铝合金大规格铸锭铸造要求的联合除气方法。

【技术实现步骤摘要】
超声/惰性气体联合除气技术
超声波应用技术，金属纯净化技术。
技术介绍
现代航天航空、交通运载、信息产业等高
，特别是国家重大工程规划的重要高技术装备，不仅对铝合金性能提出了愈来愈高的要求，而且要求采用大型整体构件以减轻结构重量，提高装备的刚度和有效性。随着不同领域对铝材性能要求日益提高，高性能铝材的制备是铝工业持续发展面临的一个迫切问题。高强铝合金综合性能低，大规格铝材铸锭不能合格制备生产，造成高性能铝材严重短缺。其中气孔是铝合金铸锭中的最主要缺陷之一，它的产生会大大降低材料的机械强度和力学性能。气孔是由于气体在铝合金熔体的凝固过程中溶解其中产生的，而氢气是能够略溶于铝合金中的最主要气体。因此控制铝合金熔体中氢的含量对于产生无气孔和无缩孔的高性能铝合金至关重要。对于航空航天工业应用的高强度高性能铝合金制品，氢含量的指标尤为重要，要求每100g铝合金含氢量不超过0.lmL。目前除气技术主要是利用分压差除气的在线除气技术。此外，超声波除气技术作为一种新型高效的技术为人们所重视。为了进一步提高对铝合金超声净化除气的作用效果，本专利技术将超声除气技术和惰性气体除气技术联合起来。
技术实现思路
本专利技术所要解决的问题是将超声除气技术和惰性除气技术有效联合起来，获得更高效除气效率和将铝合金熔体的氢含量降得更低，为高性能大规格铸锭铸造过程提供一种更优秀的除气技术。单一的惰性气体除气技术如图1所示，惰性气体通过通惰性气体的装置从熔体底部通入熔体中，随后惰性气泡在熔体中上浮，在上浮过程中达到除气的目的。超声除气技术示意图如图2所示，超声通过超声发射端从熔体的顶部导入到铝合金熔体中。在超声的作用下，在熔体中的“薄弱点”形成空化核，空化核在交替变化的声压作用下形成空化气泡。熔体中的氢由于超声空化的扩散传质、超声空化泡的层效应和表面效应、超声空化泡崩溃的压力和温度梯度传质三个方面会进入到空化泡中，但由于空化泡的微小和崩溃性，只有小部分空化泡在熔体中聚集成较大的气泡从而在自身浮力作用下上浮排出熔体表面。大部分空化泡会崩溃，形成新的空化核子，重新进入下一步空化膨胀与压缩，这就在一定程度上影响了超声除气效率。所谓“超声/惰性气体联合除气”是将上面两种除气技术联合起来使用，在铝合金熔体顶部施加超声振动，在底部通惰性气泡，如图3所示。惰性气泡在上浮过程总本身具有一定的除氢作用，在惰性气泡上浮到超声空化区域时，惰性气泡会发生稳态振动，在振动的同时，微小空化泡会溶入到惰性气泡中，从而减少崩溃的空化泡的数量，如图4所示。由于惰性气泡和超声的协调作用，使得超声除气效率加快，除气效果更好，除气后氢含量更低。本专利技术的优点是:创新性的采用超声和惰性气体联合除气的方式，进一步提高超声除气的速率和效率以及降低除气后氢含量，适用于大规格铝合金铸锭的半连续铸造及连续铸造，具有广泛推广应用价值。【附图说明】图1是惰性气体除气示意图。图2是超声除气示意图。图3是超声/惰性气体联合除气示意图。图4是超声/惰性气体联合除气原理分析示意图。图5是惰性气体、超声及二者联合除气的氢含量随时间变化曲线。图6是惰性气体、超声以及二者联合除气效率随时间变化曲线。【具体实施方式】 下面结合附图和【具体实施方式】对本专利技术作进一步说明。实验示意图如图1、2、3所示，进行了相关的惰性气体除气实验、超声除气实验和二者联合除气实验。三个实验选用的设备一共包括:它激式超声波发生器；压电陶瓷式换能器，设计频率为20KHz ;45#钢变幅杆及钛合金发射端；惰性气体通气装置。其它辅助设备:电阻丝加热炉；石墨坩埚；位移操作台；ALSCAN测氢仪。惰性气体除气实验步骤如图1:将7050铝合金放入石墨坩埚内，再放入电阻炉内加热到800°C，待铝合金完全融化，加入打渣剂除渣并保温800°C—段时间。然后将熔体温度维持在710~720°C之间。首先使用ALSCAN测量铝熔体的初始氢含量。然后通入15kpa的氮气，产生1_左右的氮气气泡，通气过程中来回摆动通气装置，保证气体能到达坩埚每个角落。通气时间为160s，然后再使用测氢仪测量氢含量。然后再通气160s并测量氢含量，继续重复4次并记录所测量氢含量数据。超声除气实验步骤如图2:将等量7050铝合金放入石墨坩埚中，与前步骤一样加热并保温，然后将超声波发射端插入熔体20mm深度，待温度稳定在710~720°C之间，测量其初始氢含量。然后开超声3档电源施加超声振动，施振时间取180s，然后测量铝合金中氢含量。然后再分别施振120s、180s、120s并记录所测量氢含量数据。联合除气实验步骤如图3所示:将7050铝合金放入石墨坩埚内，与前步骤一样加热并保温。然后将超声波发射端插入熔体20mm深度，待温度稳定在710~720°C之间，测量初始氢含量。然后将超声波电源调到3档对铝合金熔体施加超声波，同时通入15kpa的氮气，来回摆动通气装置，保持超声和通气时间180s，然后关闭超声和停止通气，再使用测氢仪测量氢含量。测量完成后继续施加超声和通气，作用时间分别为120s，180s和120s并分别记录测量氢含量。试验结论:三种除气效率对比如图5、6所示，超声和惰性气体联合除气效率能达到80%，最低氢含量能降到0.07ml/100gAL，而超声或者惰性气体单独使用时，其效果以及能达到的最低氢含量都不如联合除气。本文档来自技高网...

【技术保护点】
超声/惰性气体联合除气技术，其特征是：超声和惰性气体联合除气。

【技术特征摘要】
1.超声/惰性 气体联合除气技术，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晓谦，蒋日鹏，张立华，郭东柱，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43