專利名稱：高強度稀土鋁合金聲學振動裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及聲學領域通過換能器向介質(zhì)中輻射高強度聲能的裝置，尤其是一種斷裂強度高、抗拉強度高、比重輕、發(fā)聲效果更好并更容易振動的高強度稀土鋁合金聲學振動
>J-U ρ α裝直。
背景技術：
現(xiàn)有鋁合金聲學振動裝置主要為大功率超聲設備，廣泛應用在工業(yè)冷換設備的放除垢、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 域得到廣泛應用。就超聲波防垢設備為例，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，并通過特種傳輸電纜傳輸?shù)匠暡〒Q能器，由換能器實現(xiàn)電、機、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，有效的達到流體介質(zhì)的防垢除垢目的。但是，現(xiàn)有鋁合金聲學振動裝置機械強度差，導致聲腐蝕現(xiàn)象嚴重，使用壽命短。另外，現(xiàn)有鋁合金聲學振動裝置中的換能器及工具頭所應用的鋁合金在高功率大振幅應用中，由于鋁合金的機械強度及應力疲勞的限制易產(chǎn)生微裂紋，嚴重影響聲波的傳輸，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，但又因鈦合金價格高昂、維護費用相應增高，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度高、抗拉強度高、比重輕、發(fā)聲效果更好并更容易振動的高強度稀土鋁合金聲學振動裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種斷裂強度高、抗拉強度高、比重輕、發(fā)聲效果更好并更容易振動的高強度稀土鋁合金聲學振動裝置。本發(fā)明的基本設計思路是替代高價位鈦合金。經(jīng)過改性的鋁合金機械強度提高后，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)聲學振動裝置中換能部件對金屬材料的特定要求，進行優(yōu)化組合設計，以得到理想的指標要求。加入稀土元素的鋁合金材料之后，綜合機械性能指標均有很大的提高。其整體力學性能(硬度拉伸和斷裂強度)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系統(tǒng)的應用。同時解決了現(xiàn)有鋁合金聲學振動裝置的幾個問題，a、力學性能(硬度提高)，b、物理性能(密度提高)，C、化學性能(耐腐蝕性)，由于有良好的綜合機械性能，可提高產(chǎn)品的聲學性能，提高產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)能降耗。替代鈦合金在聲學振動裝置中的應用，不僅有顯著地經(jīng)濟效益而且保證了優(yōu)越的聲學性能。具體來說，本發(fā)明的高強度稀土鋁合金聲學振動裝置，具有振動裝置基體，所述振動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；b、選用堿金屬氟化物nNaF · AlF3作為稀土氧化物Sc2O3和ZrO2的絡合劑；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，維持反應時間在一小時；d、為提高還原反應時速率和充分性，在液態(tài)鋁中間斷性加入頻率為20-40kHz，強度為800-2000W超聲波，間斷時間沒有限定；e、將反應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行輻照處理。稀土加入高強度鋁合金中有四大作用a、彌散強化效應，b、晶粒細化效應，C、抑制再結(jié)晶效應，d、清除焊縫處熱裂的效應。熱處理制度下，力學性能抗拉強度是820Mpa，斷裂強度是850Mpa，延伸率為6_9%。強度超過TA7鈦合金(中等強度)。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)明中高強度稀土鋁合金主要應用于超聲振動系統(tǒng)的以下地方
I、 超聲換能器部分高強度稀土鋁合金用于制作換能器振子的前后蓋板時，可以使換能器在獲得較高機械強度的同時，又能夠承受較大的功率，散熱性能也會得到較大的提高。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，因此需要較高的機械強度，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)明的高強度稀土鋁合金聲學振動裝置斷裂強度高、抗拉強度高、比重輕、發(fā)聲效果更好并更容易振動。本發(fā)明的內(nèi)容結(jié)合以下實施例作更進一步的說明，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅限于實施例中所涉及的內(nèi)容。


圖I是實施例I中高強度稀土鋁合金聲學振動裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是實施例2中高強度稀土鋁合金聲學振動裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是實施例3中高強度稀土鋁合金聲學振動裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式實施例I :如圖I所示，本實施例中所述高強度稀土鋁合金聲學振動裝置具有振動裝置基體，所述振動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；b、選用堿金屬氟化物nNaF · AlF3作為稀土氧化物Sc2O3和ZrO2的絡合劑；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，維持反應時間在一小時；d、為提高還原反應時速率和充分性，在液態(tài)鋁中間斷性加入頻率為20kHz，強度為800W超聲波，間斷時間沒有限定；e、將反應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。實施例2 :如圖2所示，本實施例與實施例I相似，所不同的是本實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時速率和充分性，在液態(tài)鋁中間斷性加入頻率為30kHz，強度為1500W超聲波，也與實施例I不同。
實施例3 :如圖3所示，本實施例與實施例I相似，所不同的是本實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時速率和充分性，在液態(tài)鋁中間斷性加入頻率為40kHz，強度為2000W超聲波，也與實施例I不同。
權(quán)利要求
1.一種高強度稀土鋁合金聲學振動裝置，具有振動裝置基體，所述振動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；b、選用堿金屬氟化物nNaF-AlF3作為稀土氧化物Sc2O3和ZrO2的絡合劑；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，維持反應時間在一小時；d、為提高還原反應時速率和充分性，在液態(tài)鋁中間斷性加入頻率為20-40kHz，強度為800-2000W超聲波，間斷時間沒有限定；e、將反應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所述的高強度稀土鋁合金聲學振動裝置，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所述的高強度稀土鋁合金聲學振動裝置，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)明涉及高強度稀土鋁合金聲學振動裝置。該裝置具有振動裝置基體，所述振動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；b、選用nNaF·AlF3作為Sc2O3和ZrO2的絡合劑；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，維持反應時間在一小時；d、在液態(tài)鋁中間斷性加入超聲波；e、將反應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C22C21/10GK102899542SQ20121039462
公開日2013年1月30日 申請日期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 申請人:成都固特九洲科技有限公司