等轴晶铝合金的声波雾化装置及方法与流程

本发明涉及的是一种冶金领域的技术，具体是一种等轴晶铝合金的声波雾化装置及方法。

背景技术：

等轴晶铝合金的制备对金属液流的下落高度，液滴下降速度，液滴的飞溅范围，液滴凝固前的温度都有严格的要求。对于现有的声波雾化喷嘴，金属液流流经喷嘴口时已雾化成小液滴，其小液滴飞溅范围宽，不利于在指定区域凝固成型。雾化后的小液滴相对于金属液流冷却速度快，下降速度慢，不利于等轴晶铝合金的制备。

技术实现要素：

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种等轴晶铝合金的声波雾化装置及方法，能够精确控制金属小液滴飞溅范围，下降速度和凝固前的温度。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及的一种金属雾化发生装置，包括：竖直设置于密闭壳体内的金属喷头以及通过摆动机构设置于密闭壳体内的声波发生器，其中：声波发生器和摆动机构分别与控制单元相连并传输转动指令以及声波频率信号；调节声波对金属液流的作用位置并控制雾化后金属液滴的下落高度，从而精确控制凝固前金属小液滴的下落速度和飞溅范围以及凝固前的温度。

所述的摆动机构包括：固定连杆以及活动连杆，其中：固定连杆分别与壳体和声波发生器转动连接，活动连杆一端与声波发生器转动连接，另一端通过电机固定设置，当电机转动驱动活动连杆伸缩以实现声波发生器的摆动。

所述的密闭壳体上设有用于导入惰性气体的输入口。

所述的控制单元包括：电机监控模块和声学检测模块，其中：电机监控模块与电机相连并传输电机的转向和转速信息，声学检测模块与声波发生器相连并传输声波频率信息。

本发明涉及一种基于上述装置的声波雾化方法，包括以下步骤：

步骤1)将壳体抽真空后充入适量氩气，使壳体内的气压为p1(p1<1大气压)，并对喷嘴进行预热，预热至温度t2(t2>660℃)；

步骤2)通过控制单元精确调节电机转速和转向以控制活动连杆的伸缩，以确定声波发生器对喷嘴输出的金属液流的作用位置w1，即金属液流在w1处被雾化成小液滴，从而调整雾化范围；

所述的作用位置w1的范围满足：从喷嘴口到铸件凝固表面。

步骤3)抬起喷嘴挡板，使得铝液在气压差的作用下从喷嘴喷出；同时通过控制单元调节声波发生器输出的频率f，从而使得声波作用在金属液流上实现金属雾化，频率f与金属小液滴的直径在d1的关系满足：其中：e为金属液体单位面积的表面能，h为普朗克常数，v为喷液速度，ρ金属液体的密度。

技术效果

与现有技术相比，本发明找到了声波频率和雾化后金属液滴的直径关系，通过调节声波频率可以精确控制液滴的大小。通过调整位置w1可以实现在金属液流的任意位置进行雾化，雾化位置越接近喷嘴，液滴飞溅的范围越宽，液滴到达凝固界面时的温度越低，反之亦然，从而可以控制液滴的飞溅范围以及凝固前的温度。

附图说明

图1为本发明装置示意图；

图中：1壳体、2控制单元、3线缆通道、4出气通道、5进气通道、6喷头、7线缆、8电机、9固定连杆、10活动连杆、11轴承、12声波发生器。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，为本实施例涉及的一种金属雾化发生装置，包括：竖直设置于密闭壳体1内的金属喷头6以及通过摆动机构设置于密闭壳体1内的声波发生器12，其中：声波发生器12和摆动机构分别与控制单元2相连并传输频率和电机转动信息。

所述的摆动机构包括：固定连杆9以及活动连杆10，其中：固定连杆9分别与壳体1和声波发生器12转动连接，活动连杆10一端与声波发生器12转动连接，另一端通过电机8固定设置，当电机转动驱动活动连杆伸缩以实现声波发生器的摆动。

所述的声波发生器12输出频率为1-4mhz的声波。

本装置通过以下方式进行金属雾化：将壳体抽真空，冲入适量氩气，使壳体内的气压为0.7个大气压，并对喷嘴进行预热，预热至温度720℃；接通电机电源，通过控制器精确调节活动连杆，设定声波对金属液流的作用位置w1为距离喷嘴口10cm；通过控制器调节声波发生器的频率为1.5mhz；将纯铝液导喷嘴后，抬起喷嘴挡板，使得铝液在气压差的作用下从喷嘴以一定的速度喷出，在声波的作用下雾化成直径为80μm的小液滴。最终得到具有直径为100μm全等轴晶的铝合金锭。

实施例2

本实施例通过以下方式实现金属雾化：将壳体抽真空，冲入适量氩气，使壳体内的气压为0.6个大气压，并对喷嘴进行预热，预热至温度720℃；接通电机电源，通过控制器精确调节活动连杆，设定声波对金属液流的作用位置w1为距离喷嘴口15cm；通过控制器调节声波发生器的频率为3mhz；将纯铝液导喷嘴后，抬起喷嘴挡板，使得铝液在气压差的作用下从喷嘴以一定的速度喷出，在声波的作用下雾化成直径为40μm的小液滴。最终得到具有直径为50μm全等轴晶的铝合金锭。

上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

技术特征：

技术总结
一种等轴晶铝合金的声波雾化装置及方法，包括：竖直设置于密闭壳体内的金属喷头以及通过摆动机构设置于密闭壳体内的声波发生器，其中：声波发生器和摆动机构分别与控制单元相连并传输转动指令以及声波频率信号；调节声波对金属液流的作用位置并控制雾化后金属液滴的下落高度，从而精确控制凝固前金属小液滴的下落速度和飞溅范围以及凝固前的温度；本发明通过调整位置w1可以实现在金属液流的任意位置进行雾化，雾化位置越接近喷嘴，液滴飞溅的范围越宽，液滴到达凝固界面时的温度越低，反之亦然，从而可以控制液滴的飞溅范围以及凝固前的温度。

技术研发人员：孙宝德;胡光敏;张佼;东青
受保护的技术使用者：上海交通大学
技术研发日：2019.06.14
技术公布日：2019.08.16