超声熔铸合成Al-B2O3系Al基复合材料研究文献综述

高能超声工艺对铝合金材料组织影响的发展现状

摘要：高能超声对铝合金材料熔体作用的机理理论已趋于完善，但其最优工艺参数仍需完善。本文综述了近十年来超声工艺参数对铝合金材料熔体最终凝固组织的影响的研究现状，并提出其优化方向。

关键词：高能超声 铝合金材料 超声工艺参数

1.引言

近年来，铝合金及铝基复合材料（Al-MMCs）由于其优良性能，在航空航天、汽车工业、电子工业、国防军工、核电能源等领域具有广泛的应用和研究，其中颗粒增强Al-MMCs为先进复合材料领域中最有前途的材料品种之一。颗粒增强Al-MMCs按增强颗粒的添加方式分为外加法和内加原位合成法两大类，其中熔体直接反应法（DMR）是原位合成法的研究新方向和热点方向。在熔体直接反应法中，熔体凝固的同时进行搅拌可使凝固组织细小且均匀分布。传统搅拌方法为机械搅拌，它对小于10mu;m的增强体颗粒分散能力弱，同时具有易产生氧化物夹杂、材料气孔率高等缺点。利用高能超声波对熔体进行搅拌，不仅对熔体具有更强的细化晶粒、均匀化组织的作用，还能对熔体起到除气除渣、增加颗粒与熔体间润湿性的作用^[1-5]。

超声波为声波频率介于2times;10⁴~10⁹Hz的机械波。当超声波强度较低时，称为检测超声；强度较高超过一定值时（通常为10⁶W/m²），利用高强度的能量，超声波作用在传播媒介上便可以使后者物理、化学、生物结构、状态或性质发生改变，此时超声波称为高强超声^[6,7]。

随着超声换能器、变幅杆和超声波电源系统的发展^[8]，近十年来，国内对铝合金材料制备过程中熔体凝固时施加高能超声的研究颇多。其中超声波对熔体的作用机制的理论已逐步完善^[9,10]，超声波处理对熔体起到细化晶粒、均匀化组织作用的机理，众多理论中比较认可的为过冷形核理论和超声破碎形核理论，这两理论均基于超声空化效应和声流效应：在空化泡生长和闭合崩溃过程中会由于热量或压力的急剧变化使空化泡附近产生过冷度，促进了熔体的过冷自发形核，从而细化晶粒；同时，空化效应产生强烈的高频冲击波会使初生的粗大晶体和正在长大的支晶破碎，进而成为有效的形核质点，在声流搅拌作用下又均匀分散在熔体中，从而起到了细化晶粒并使组织均匀化的作用。超声工艺参数对铝合金材料最终凝固组织的影响探究也如火如荼地展开，取得了丰富的成果^{[1,3,5,9,11-15]}。但作者认为，最优工艺参数仍需要进一步探究。

2.高能超声工艺参数对材料组织的影响