[发明专利]利用超声空化工艺制备合金材料的方法及所得合金材料

说明书

本发明涉及一种利用超声空化工艺制备合金材料的方法及所得细晶合金材料。一种制备合金材料的方法：对熔融态合金进行超声空化破碎处理，之后定型形成合金材料；在所述超声空化破碎处理中，超声波分散设备的频率为100～1000kHz，产生的冲击波和微射流的速度为30～110m/s，使所述熔融态合金的运动加速度达到30～100倍重力加速度。本发明解决了传统方法中存在的工艺繁杂、设备要求高、易引入杂质，并且细化组织不均匀、组织受热易长大、组织在服役过程中不稳定、组织不可遗传等问题，同时该方法原料易得，设备简单，工艺流程短，效率高，成本低，适合工业化生产。

技术领域

本发明涉及冶金技术领域，特别涉及一种利用超声空化工艺制备合金材料的方法及所得细晶合金材料。

背景技术

合金制品的组织和性能的优劣，首先取决于铸锭的原始组织。细晶组织的铸锭与粗晶组织的铸锭相比，具有一系列的优点：机械加工时的切削量减少，成品率提高；具有均匀细小的组织的铸锭，铸造应力小，使得铸锭的塑性形变能力提高；用细晶组织铸锭制成的半成品，具有更高的机械性能；所以对合金进行组织细化处理是十分必要的。

传统的冶金作用的组织细化处理方法主要是添加少量细化剂。随着合金制造业和加工工业的不断进步与发展，晶粒细化剂也获得了不断改进。然而，细化剂的添加在晶粒细化过程中仍存在不足，当熔体中含有某些特定元素时，会失去细化效果，即发生“中毒”现象。

通过物理作用方法进行组织细化处理主要采用电磁搅拌。然而，电磁搅拌对熔体铸造温度要求严格，需要控制铸造温度，确保在此温度下，能使感应线圈下方和中心部分的晶粒和枝晶胞的大小很相近。

近年来，液态结构转变的发现与研究，为液-固依存关系的认知提供了一个新契机。在材料生产和科研实际中，人们对合金液态结构有了较深入的认识，特别是发现了外力诱导的液-液相结构转变现象，并且认识到液-液相结构转变与材料性能方面存在着液-固相组织遗传性。通过使熔体液相结构发生转变，获得凝固组织均匀细化的合金材料，改善材料的力学性能、工艺性能和服役稳定性能。

如何实现熔体液-液相结构转变来制备细晶合金产品，在具体工程应用和工艺上生产，仍是一个难点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备合金材料的方法，该方法避免了传统方法的不足，解决了传统方法中存在的工艺繁杂、设备要求高、易引入杂质，并且细化组织不均匀、组织受热易长大、组织在服役过程中不稳定、组织不可遗传等问题，同时该方法设备简单、工艺流程短、效率高、成本低，适合工业化生产。

为了实现以上目的，本发明提供了以下技术方案：

一种制备合金材料的方法，包括：

对熔融态合金进行超声空化破碎处理，之后定型形成合金材料；

在所述超声空化破碎处理中，超声波分散设备的频率为100～1000kHz，产生的冲击波和微射流的速度为30～110m/s，使所述熔融态合金的运动加速度达到30～100倍重力加速度。

上述方法利用超声波分散设备在熔体中产生空化泡，再利用空化泡崩裂时产生的瞬态高温高压，以及高速冲击波和微射流，保证了更大的剪切力和更高的剪切速度，实现了对熔体中的类固型原子团簇进行反复的破碎分散，使熔体中可以直接作为临界晶核的原子团簇减少或消失，熔体中的短程有序结构被打破，发生不可逆转变，熔体中的固有形核基底变得弥散细小，形核基底密度增加，实现熔体的液-液相结构转变，通过后续工艺对发生液-液相结构转变的熔体进行处理，以此制备晶核均匀弥散、单一分布、组织细化的最佳性能熔体结构转变合金材料。