超声耦合下的al-c液固界面润湿与传质研究

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1、超声耦合下的Al/C液固界面润湿与传质研究第1章绪论1.1本论文的选题背景铝是现代工业的重要原材料，被人们广泛重视。铝合金质轻，综合性能良好，性价比高，广泛的应用于航天航空、汽车工业、机械工业、民用建筑装饰材料及军事工业等各个领域。我国的纟吕及招合金加工工业发展迅速，是铝材的生产大国，但由于工艺技术和生产设备与其他发达国家比相差巨大，招材的品种和质量仍满足不了国内工业发展的需求，特别是高性能、高精度、节能、环保的优质招板带箱材每年还需进口。我国是空调生产大国，空调散热片多用招涫，散热片招箔的需求越来越多，据统计每年我国消耗的空调散热片招箔高达6万

2、多吨，而性能优良的招箱散热片仍需进口。空调散热器所用招箱一般为塑性好、导热性高、成形性好的工业纯招，需能达到进口冲床深翻边及高速冲制的要求。如果铝箱的组织粗大，分布不均勾会使强度和塑性降低，甚至会引起裂纹，这就需要散热片铅箱的内部组织应是均勾、细密的，颗粒呈弥散分布。实际上，我国生产的散热片招箱实物质量较差，表面质量不高；尺寸存在较大的偏差；工艺性能和力学性能不稳定[1_5]。因此，生产高质量的纯招及变形招合金，控制铸锭组织是十分必要的，招及其合金组织的微细化，可显著提高招材的力学性能和加工工艺性能，晶粒细化处理是使培及其合金组织微细化，获取优质

3、招锭，改善招材质量的重要途径，招加工工业的迅速发展促进了各种绍晶粒细化剂的开发与生产。其中，AI-Ti-C合金是一种高效的晶粒细化剂，具有Al-Ti-B晶粒细化剂无法比拟的技术优势[6]，它的出现是铝晶粒细化技术的一项重大突破，引起世界各国的高度重视，对此开展了大量的研究工作，促进了Al-Ti-C晶粒细化剂的发展与应用，Al-Ti-C己成为取代Al-Ti-B的新一代晶粒细化剂。然而，在Al-Ti-C晶粒细化剂合成过程中，Tie合成反应必须经历Ti在A1培体中的扩散过程，且A1/C界面润湿情况影响Tie的合成。根据固/液界面反应的动力学原理，界面反

4、应过程通常是：反应物由相内传输到界面，在界面处发生吸附，之后再发生化学反应，然后，生成物扩散到周围。如此可见，对于A1/C界面体系，A1/C润湿是界面反应的先决条件，也是Tie合成反应的基础，而A1/C界面传质是反应持续快速进行的动力学要素。因此，A1/C界面润湿与Tie合成问题，己成为制约Al-Ti-C晶粒细化剂的技术瓶颈和迫切需要解决的关键技术问题。1.2超声技术的研究进展1.2.1超声波的产生及特点超声波的频率高于20000Hz，穿透能力强，方向性好，1883年Galton首次制成了超声口哨，随后发展了汽笛和各种夜哨，并对流体煤质进行超声处

5、理。20世纪初，电子学的发展使人们能利用一些材料的磁致伸缩效应和压电效应制成各种机电换能器，扩展了强超声波的实验和应用范围。随着超声波在国防和国民经济各部门中应用的扩大，又发展了大功率磁致伸缩换能器以及不同用途的电动型和电磁力型超声换能器。利用磁致伸缩换能器可以在高温金属液中产生超声波。Amano等[7]通过实验研宄发现，利用交流电磁场可以在高温金属液中产生超声波，该方法的主要特点之一为非接触式。超声波的特点：(1)在液固气体中超声波会被吸收，空气中吸收的最强烈，固体中的最不易被吸收。(2)超声波相当于一束射线，具有强方向性。(3)物质分子在超声

6、波振动产生的声压作用下，产生压缩和稀疏作用。(4)超声波因其频率高，功率要比声波高得多，它不仅能破坏分子的结构，还能使在声场中的物质产生急速的运动。(5)在流体中，超声波会在其强度达到阈值后产生空化现象。第2章超声賴合下液固界面润湿与传质行为的水模实验及分析2.1水模实验理论基础由于超声顆合下金属馆体内粒子的运动规律，肉眼很难观察到，所以通过水模型实验观察，在超声波驻波场下，液体中的粒子凝聚与分离的过程。分析声学参数对粒子的凝聚分离过程及液固润湿行为有何影响。为了保证水模实验结果能够放大到原型，要求模型与原型之间具有良好的相似性，即要求模型与原型

7、之间的几何相似与动力相似。原型与模型间各对应的线性尺寸必须成比例，因而，模型尺寸是根据原型尺寸与几何相似比例便确定的。根据界面润湿理论分析，有3种力对界面润湿效果影响显著，即粘性力、重力、表面张力，即要获得动力相似就需使粘性力、重力和表面张力相似。在设计超声波作用下的水模实验方案时，几何相似很容易达到，但满足动力相似很难，这是因为在超声波作用下粒子受到的福射力与液体和粒子本身的特性密切相关，所以寻找模拟粒子很困难。本水模实验模拟粒子的选取主要考虑几何相似。..2.2液固界面实验装置的设计图2.1为实验所用装置示意图，由四个基本部分组成：超声波发生

8、器及换能器组成的超声波系统；全不锈钢镜面板水槽；不锈钢加热管等组成的自动加温及温度控制系统；底盘支架系统。水模实验使用的超声波发生装置最