专利名称：高强度稀土铝合金声学振动装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及声学领域通过换能器向介质中辐射高强度声能的装置，尤其是一种断裂强度高、抗拉强度高、比重轻、发声效果更好并更容易振动的高强度稀土铝合金声学振动
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背景技术：
现有铝合金声学振动装置主要为大功率超声设备，广泛应用在工业冷换设备的放除垢、超声清洗及超声乳化、破乳、分散、粉碎、催化、中药萃取、酒的醇化、杀菌、灭藻等工艺中。在石油、化工、钢铁、冶金、电力、制药、制糖、核工业、航天航空、国防及水处理等众多领 域得到广泛应用。就超声波防垢设备为例，其原理是超声波电源控制器将交流电转换为20kHz-60kHz的电功率信号，并通过特种传输电缆传输到超声波换能器，由换能器实现电、机、声的转换，发射出20kHz-60kHz的超声波，超声波径向发射出后，使流体介质腔体内都充满超声波的能量。根据超声波能量特性，有效的达到流体介质的防垢除垢目的。但是，现有铝合金声学振动装置机械强度差，导致声腐蚀现象严重，使用寿命短。另外，现有铝合金声学振动装置中的换能器及工具头所应用的铝合金在高功率大振幅应用中，由于铝合金的机械强度及应力疲劳的限制易产生微裂纹，严重影响声波的传输，造成性能急剧下降，工作效率降低。为此，技术人员采用钛合金替代铝合金以排除上述缺陷，但又因钛合金价格高昂、维护费用相应增高，难以被大量采用，不仅增加了制造成本也给用户带来了不便。因此，急需提供一种断裂强度高、抗拉强度高、比重轻、发声效果更好并更容易振动的高强度稀土铝合金声学振动装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种断裂强度高、抗拉强度高、比重轻、发声效果更好并更容易振动的高强度稀土铝合金声学振动装置。本发明的基本设计思路是替代高价位钛合金。经过改性的铝合金机械强度提高后，声腐蚀现象减轻，故使用寿命延长。通过添加不同组分、不同剂量门稀土元素，采用特殊的生产工艺、并根据声学振动装置中换能部件对金属材料的特定要求，进行优化组合设计，以得到理想的指标要求。加入稀土元素的铝合金材料之后，综合机械性能指标均有很大的提高。其整体力学性能(硬度拉伸和断裂强度)有较大幅度的提高，可替代目前昂贵的钛合金材料在换能振动系统的应用。同时解决了现有铝合金声学振动装置的几个问题，a、力学性能(硬度提高)，b、物理性能(密度提高)，C、化学性能(耐腐蚀性)，由于有良好的综合机械性能，可提高产品的声学性能，提高产品质量、节能降耗。替代钛合金在声学振动装置中的应用，不仅有显著地经济效益而且保证了优越的声学性能。具体来说，本发明的高强度稀土铝合金声学振动装置，具有振动装置基体，所述振动装置基体包括换能器、变幅杆和工具头，所述换能器包括换能器螺母、换能器后盖板、压电陶瓷和换能器前盖板，其特征是所述工具头为稀土铝合金制成的工具头，所述稀土铝合金成分为AL-12. OZn-3. 3Mg_l. 2Gu_0. 13Zr_0. 4Mn_0. 49Sc;其制备工艺是a、将成品的7075铝合金加热至850°C呈液态熔体，保持温度I小时；b、选用碱金属氟化物nNaF · AlF3作为稀土氧化物Sc2O3和ZrO2的络合剂；c、维持熔体温度850°C，按成分比例配置稀土氧化物加入到熔体，使液态铝与Sc2O3和ZrO2发生充分的还原反应，维持反应时间在一小时；d、为提高还原反应时速率和充分性，在液态铝中间断性加入频率为20-40kHz，强度为800-2000W超声波，间断时间没有限定；e、将反应完成的稀土铝合金溶液铸造成各种需要的形状，棒材、板材等。本发明中制备工艺是铝热还原与超声空化相结合的制备方法，在冶炼过程中施加高梯度的超声场进行辐照处理。稀土加入高强度铝合金中有四大作用a、弥散强化效应，b、晶粒细化效应，C、抑制再结晶效应，d、清除焊缝处热裂的效应。热处理制度下，力学性能抗拉强度是820Mpa，断裂强度是850Mpa，延伸率为6_9%。强度超过TA7钛合金(中等强度)。本发明中所述换能器的前盖板可以为稀土铝合金制成的前盖板，换能器的后盖板 可以为稀土铝合金制成的后盖板。本发明中所述变幅杆可以为稀土铝合金制成的变幅杆。本发明中高强度稀土铝合金主要应用于超声振动系统的以下地方
I、 超声换能器部分高强度稀土铝合金用于制作换能器振子的前后盖板时，可以使换能器在获得较高机械强度的同时，又能够承受较大的功率，散热性能也会得到较大的提高。换能器的的材料内损耗也可以维持在较低的水平。2、超声变幅杆超声变幅杆的的振幅通常比较大，因此需要较高的机械强度，目前常用的材料是钢材和钛合金材料。采用稀土铝合金材料既可以保证变幅杆能够承受较大的振幅，有可以获得更好的弹性性能产生更大的振幅和教的机械损耗。3、 超声波辐射工具头超声波辐射工具头通常需要工作在液体介质中，需要承受超声空化效应带来的声腐蚀，稀土铝合金的耐腐蚀性能较普通铝有了较大的提高，在一些功率较小的场合已经可以代替钢或钛合金Tc4成为辐射工具头的材料。与前述现有同类产品相比，本发明的高强度稀土铝合金声学振动装置断裂强度高、抗拉强度高、比重轻、发声效果更好并更容易振动。本发明的内容结合以下实施例作更进一步的说明，但本发明的内容不仅限于实施例中所涉及的内容。
图I是实施例I中高强度稀土铝合金声学振动装置的结构示意图。图2是实施例2中高强度稀土铝合金声学振动装置的结构示意图。图3是实施例3中高强度稀土铝合金声学振动装置的结构示意图。
具体实施例方式实施例I :如图I所示，本实施例中所述高强度稀土铝合金声学振动装置具有振动装置基体，所述振动装置基体包括换能器I、变幅杆2和工具头3，所述换能器I包括换能器螺母4、换能器后盖板5、压电陶瓷6和换能器前盖板7，其特征是所述工具头3为稀土铝合金制成的工具头3，所述稀土铝合金成分为AL-12. OZn-3. 3Mg_l. 2Gu_0. 13Zr_0. 4Mn_0.49Sc;其制备工艺是a、将成品的7075铝合金加热至850°C呈液态熔体，保持温度I小时；b、选用碱金属氟化物nNaF · AlF3作为稀土氧化物Sc2O3和ZrO2的络合剂；c、维持熔体温度850°C，按成分比例配置稀土氧化物加入到熔体，使液态铝与Sc2O3和ZrO2发生充分的还原反应，维持反应时间在一小时；d、为提高还原反应时速率和充分性，在液态铝中间断性加入频率为20kHz，强度为800W超声波，间断时间没有限定；e、将反应完成的稀土铝合金溶液铸造成各种需要的形状，棒材、板材等。实施例2 :如图2所示，本实施例与实施例I相似，所不同的是本实施例中所述换能器的前盖板为稀土招合金制成的前盖板，换能器的后盖板为稀土招合金制成的后盖板。另外，在制备工艺中为提高还原反应时速率和充分性，在液态铝中间断性加入频率为30kHz，强度为1500W超声波，也与实施例I不同。
实施例3 :如图3所示，本实施例与实施例I相似，所不同的是本实施例中变幅杆为稀土铝合金制成的变幅杆。另外，在制备工艺中为提高还原反应时速率和充分性，在液态铝中间断性加入频率为40kHz，强度为2000W超声波，也与实施例I不同。
权利要求
1.一种高强度稀土铝合金声学振动装置，具有振动装置基体，所述振动装置基体包括换能器、变幅杆和工具头，所述换能器包括换能器螺母、换能器后盖板、压电陶瓷和换能器前盖板，其特征是所述工具头为稀土铝合金制成的工具头，所述稀土铝合金成分为AL-12.OZn-3. 3Mg-l. 2Gu_0. 13Zr_0. 4Mn_0. 49Sc;其制备工艺是a、将成品的7075铝合金加热至850°C呈液态熔体，保持温度I小时；b、选用碱金属氟化物nNaF-AlF3作为稀土氧化物Sc2O3和ZrO2的络合剂；c、维持熔体温度850°C，按成分比例配置稀土氧化物加入到熔体，使液态铝与Sc2O3和ZrO2发生充分的还原反应，维持反应时间在一小时；d、为提高还原反应时速率和充分性，在液态铝中间断性加入频率为20-40kHz，强度为800-2000W超声波，间断时间没有限定；e、将反应完成的稀土铝合金溶液铸造成各种需要的形状，棒材、板材。
2.如权利要求I所述的高强度稀土铝合金声学振动装置，其特征是换能器的前盖板为稀土招合金制成的前盖板，换能器的后盖板为稀土招合金制成的后盖板。
3.如权利要求I所述的高强度稀土铝合金声学振动装置，其特征是变幅杆为稀土铝合金制成的变幅杆。
全文摘要
本发明涉及高强度稀土铝合金声学振动装置。该装置具有振动装置基体，所述振动装置基体包括换能器、变幅杆和工具头，其特征是工具头为稀土铝合金制成的工具头，稀土铝合金成分为AL-12.0Zn-3.3Mg-1.2Gu-0.13Zr-0.4Mn-0.49Sc;其制备工艺是a、将7075铝合金加热至850℃呈液态熔体，保持温度1小时；b、选用nNaF·AlF3作为Sc2O3和ZrO2的络合剂；c、维持熔体温度850℃，配置稀土氧化物加入到熔体，使液态铝与Sc2O3和ZrO2发生还原反应，维持反应时间在一小时；d、在液态铝中间断性加入超声波；e、将反应完成的稀土铝合金溶液铸造成各种形状，棒材、板材。
文档编号C22C21/10GK102899542SQ20121039462
公开日2013年1月30日 申请日期2012年10月17日 优先权日2012年10月17日
发明者吴银隆 申请人:成都固特九洲科技有限公司