1超声波的作用机理
超声波有以下四个基本特性[1]:第一，波束特性。超声波的长度可以集中成一束射线；第二，吸收特性。超声波在空气体、液体、固体中都可以被吸收。空吸收在气体中最强，在固体中最弱；第三，高功率。超声波因为频率高，功率比声波大很多。它不仅能使作用介质快速运动，甚至能破坏其分子结构。第四，声压。声波的振动使物质分子压缩稀疏，这种由声波振动引起的附加压力现象称为压力效应。超声波在提取冶金中的主要应用是功率超声波。功率超声能强化冶金过程的原因是:溶液中存在一些溶解气体，在超声波的作用下形成所谓的空现象。当这些微小的气泡破裂时，产生瞬时高温(>:5000K)高电压(>:5×1000v)；107Pa)，形成所谓的& ldquo热点& rdquo，明显加速了化学反应。同时，高能超声形成的大量空气泡在超过一定值的声压下破裂并产生冲击波，使结晶长大的晶粒破碎并细化。另一方面，超声波使液体出现湍流力学性质，降低扩散阻力，同时在破坏边界层、加速传质传热、促进细颗粒分散等方面起到关键作用[2]。超声波振动的高能量和其他特殊效果也可以大大提高振动对凝固的效果超声波在冶金中的主要应用。超声波在液体中传播时，液体分子受到周期性交变声场的作用，产生声空、声流效应和力学机制，引起熔体中流场、压力场和温度场的变化，从而产生一些特殊效应。在高温操作中，大功率超声波可用于熔融金属的快速脱气2.1强化浸出过程。实际上，超声波适用于几乎任何中等粘度的液体脱气[3]。在含水系统中脱气效果特别迅速，这可以除去任何溶解的气体并将水溶液中的气体减少到非常低的水平。当需要快速、可控地去除系统中的气体时，超声波脱气会取得很好的效果。根据上述机理，超声波可以改善熔融液体在冷却和凝固过程中的流动性，提供有效的晶体，从而改善熔融金属的质量。
[3]
[4]
李俊[5]讨论了湿法冶金中三种常见的浸出情况，并讨论了用超声波硫酸浸出氧化铜的过程。在浸出过程中应用超声波影响的实践中，引用Aurov (Orlov)对有和没有超声波机械搅拌的氧化铜浸出进行了对比研究。结果表明，在浸出率相同的情况下，无超声波浸出时间约为有超声波浸出时间的12倍。K . SarveswaraRao等人2.2提高机组运转率进行了相关的实验研究，结果表明超声波对氧化铜矿石的氨浸出有积极的作用。在298K的温度下，粒度为-300～+150μ；m，氨水浓度2.0mol/L，固含量10g/L，超声波可以将铜的浸出率从70%提高到90%。与机械搅拌浸出相比，超声波可缩短浸出时间近5/6，并减少试剂消耗。对于同一粒矿石，超声波不仅强化了浸出率，而且提高了铜的浸出率。结果还表明，在其他条件相同的情况下，间歇超声波(脉冲超声波)的效果优于连续超声波。范等[7，8]研究了超声波作用下草酸浸出氧化锌精矿的过程。在实验条件下，与机械搅拌相比，超声波辐射氧化锌精矿的浸出率大大提高。机械搅拌20min后氧化锌精矿浸出率仅为58.12%，超声波辐照20min后浸出率达到90.24%，提高了32.12%。随着辐射时间的延长，锌的浸出率增加；当超声波强度增大，辐照时间不变时，浸出率增大，浸出率相同时，浸出时间缩短。刘斌等人冯海阔[2]等人讨论了超声波在颗粒增强金属基复合材料制备中的应用。超声波在此过程中的主要作用是改善颗粒与合金液之间的润湿性和颗粒分散的均匀性。通过总结超声波分离技术的机理和研究现状，提出了一种极具发展潜力的利用超声波分离技术制备颗粒增强金属基表面复合材料的新方法。王军等(1)超声波可以有效地强化许多冶金过程。从实际应用的角度来看，目前超声设备普遍存在功耗低的问题，不能完全满足工业生产的要求。迫切需要尽快开发大功率超声设备来解决应用问题。随着科学技术的进步，相信在不久的将来，功率超声将在强化冶金过程、制备复合材料、细化晶粒、脱气除杂、测试等方面发挥越来越重要的作用。用高能超声复合法制备了高密度、均匀分散增强颗粒的SiC /ZA22复合材料，复合材料中没有出现气孔或颗粒偏析等缺陷。认为在实验所用的高能超声处理条件下，熔体中瞬时局部高温高压声空效应和高速加速声流效应的协同作用是改善增强颗粒与基体合金润湿性，使颗粒在合金中均匀弥散分布的主要原因。潘进等(2)超声波能使固体和液体出现& ldquo空化学现象& rdquo。虽然对于生物来说，当出现瞬时空趋化性时，爆泡附近的细胞会受到损伤，但一般来说，在人体的大部分器官和生物体液中，损伤少数细胞并不会对人体造成伤害。将功率超声波应用于金属熔体，可以在极短的时间内实现纤维与金属的复合，制备出高性能的复合材料。液态金属可以在超声波的作用下渗入颗粒预制体或与颗粒均匀混合。超声波浸镀可以实现钢丝的镀锌和镀铝。方(3)超声波在我国冶金行业的应用发展迅速，一方面得益于技术本身的不断进步，另一方面也得益于超声波设备厂家的支持，如深圳科达超声波设备有限公司、深圳时代超声波设备有限公司、宁波海曙金达超声波设备有限公司、北京超声波何明公司等大型厂家，都是以生产冶金行业超声波设备为主。结合超声波的原理和作用以及高速电镀的理论，对铁基粉末冶金零件的传统镀镍工艺和新型镀镍工艺进行了实验对比。超声波清洗后，基体与镍层的结合力明显提高。封孔处理可以降低涂层的孔隙率，提高耐蚀性；涂层密封剂R能有效填充和封闭处理后涂层的孔隙，防止电池的腐蚀，从而提高单镍涂层的防护性能和质量。引入超声波处理技术，强化了铁盐浸出黄铜矿的新研究方法。在相同浸出条件下，超声波处理后铜的浸出率提高了5% ~ 10%，不仅有效缩短了浸出反应时间，而且显著提高了铜的浸出率。赵等2.4晶粒细化进行了超声波氰化浸出银精矿中金银的小型和扩大试验。结果表明，超声波浸出法具有金银浸出率高、浸出时间短、氰化钠单耗低的优点。在最佳实验条件下，金、银的浸出率分别为97% ~ 99%和95% ~ 96%，浸出时间仅为常规氰化浸出时间的1/2，氰化钠单耗降低10kg/t，王少芬孟立华[20]研究了超声波处理时间对工业纯铝锭晶体结构的影响，分析了超声波处理对工业纯铝晶体结构影响的原因。结果表明，熔体经超声波处理后，铸锭的细化率大大提高，整个铸锭截面可制成细小的等轴晶组织。过度的超声振动会导致铸锭精炼率的降低。从某种意义上说，本实验证明了超声振动的细化效果来源于动态成核机制。胡[21]在熔融金属的冷却过程中引入超声波，获得更小的晶粒，在超声波的作用下，形成的晶核进入振动状态，从而加速生长过程。碳钢的超声处理表明，它可以使晶粒尺寸从200μ；m降低到25 ~ 30μ；m，碳钢的韧性提高30% ~ 40%，机械强度提高20% ~ 30%。对金属锌冷却结晶的研究表明，超声波处理可使金属锌的临界剪切应力强度提高80%，在频率为25kHz、强度为50W/cm2的超声波作用下，金属锌的晶型由圆柱形变为均匀的六边形。Gomes等人[22]认为在NaOH溶液中，超声处理铝土矿可以提高矿石颗粒的扰动和溶解速率，然后超声处理溶液可以加快溶液中固体颗粒的沉降和分离速率。超声波处理种分铝酸钠溶液可以提高分解率，使晶体生长更加均匀。赵中兴[23]将超声波引入铸造合金，通过硬脂酸和丁二腈在凝固过程中施加超声波。结果表明，其周期性空和搅拌作用均匀了合金熔体的温度和成分，细化了铸件组织，降低了铸件合金的宏观偏析倾向，提高了铸件组织的均匀性。他们还研究了超声波对铝合金结晶过程的影响[24]。结果表明，对铝合金液施加超声波，并在底部引入超声波，可避免氧化夹杂物的形成。超声波作用于铝合金液可以明显细化其微观组织。超声波在熔融金属中传导的过程中，其声强随着传导距离的增加而减小。等人对超声波在硫化矿发电浸出中的应用进行了一定程度的研究。为了强化发电浸出过程，有效提高输出电流、电压和金属离子浸出率，将超声波引入硫化矿和二氧化锰同时发电浸出过程。在实验条件下，每次启动超声波装置20min，直到浸出10h左右。在超声场的作用下，输出电流和电压明显增大。与未处理的浸出液相比，超声条件下硫化物浸出电极的极化减弱，因此输出电流和电压更高，浸出率更高。K.M.Swamy等人2.5超声波脱气和夹杂物去除技术研究了印度奥里萨邦的红土矿在使用或不使用超声波的情况下使用尼日尔黑曲进行的浸提。在孢子浓度、葡萄糖用量、矿浆浓度和超声波降解时间等最佳工艺参数下，无超声波作用20d，镍的浸出率为92%。在43 kHz、1.5 W/cm2下超声处理30min后，当孢子浓度为106个/mL、葡萄糖浓度为2%时，超声处理14d，镍的浸出率达到95%。在超声波的作用下，镍的浸出效果比铁好。
[6]
魏延用高强度超声波处理液体可以明显减少液体中溶解气体的量[2]。这种效应已被应用于熔融金属的脱气过程，成为超声波脱气技术。卢李曼，埃斯马赫和Boych [25]用超声波处理含5% ~ 7%镁的铝镁合金。结果表明，超声波对金属液中的废气有很大的影响。超声波弹性振动可以在几分钟内将合金完全脱气。白晓庆等[26]研究了超声波对流动液体中夹杂物的去除效果。没有超声波，夹杂物会自然浮到液体表面，只有少量夹杂物会附着在容器壁和底部。在超声波的作用下，夹杂物容易在短时间内由于凝结而浮到液面或附着在容器壁和底部。在1.5s和30s时，可以明显观察到有超声波作用的液体更清晰。萨鲁哈诺夫。G[27]等人研究了44kHz的频率，1μ的振幅；结果表明，超声波改善了杂质元素的分离效果，使铜、金、铬、镍在锡中的分配系数降低了25% ~ 45%，从而达到了细化锡的目的。等人主要介绍了超声波在辅助萃取领域的发展和应用。在相同的传质领域，超声波对液固萃取的强化作用最大。高频和低频都可以增强提取，但低频的相同增强程度小于高频。由超声波产生并受控空的脉动可以大大增加湍流强度和接触面积，从而强化传质。Ricpesic 2.6超声波无损检测技术用Kelex100溶剂萃取镓，用超声波处理合成溶液和工厂实际溶液时，发现在超声波的作用下，镓的萃取率提高了15倍，超声波频率为20kHz，声强为19W/cm2。研究发现，在超声波的作用下，温度对镓的萃取率没有影响，而在通常的萃取过程中，温度的升高有利于提高萃取率。赵陈等[28]利用无损检测技术对粉末冶金零件不可避免的缺陷(气孔或裂纹)进行了初步研究。结果表明，超声无损检测散射波的波形可以在一定程度上反映粉末冶金制品中气孔的数量和状态。当散射波不明显时，说明材料的孔隙很小，可能小于超声波的波长；当散射信号混沌增强时，说明材料孔隙较多。但散射波与孔隙的对应关系由于影响因素较多，只能粗略反映孔隙的状况。在无损检测中，声速与材料的孔隙率之间存在一定的线性关系。声速的降低代表了材料孔隙率的增加，也在一定程度上反映了材料的性质。因此，超声无损检测技术可用于评价粉末冶金材料的某些性能。从而达到对此类零件进行无损、快速、全面检测的目的。李俊[29]阐述了不锈钢复合钢板的超声波检测方法。检测不锈钢复合板时，根据扫描灵敏度，通常采用单晶直探头局部浸入法从复合板的一面进行检测。一旦发现缺陷波的信号，先圈起来，然后用单晶直探头直接接触法(用缺陷波全波消失法确定边界)精确画出缺陷的边界。根据生产合同技术要求的相关标准，对缺陷能否修复做出准确判断。用自行设计的实验装置对含& ldquo薄膜铁& rdquo天然硅砂的试验结果表明，处理10min，除铁率一般可达46% ~ 70%，比同等条件下的机械擦洗除铁率高15% ~ 45%。处理时间只需1 ~ 5min即可达到机械擦洗10 ~ 1~5min的效果，处理时间可缩短2/3以上。Romanteen3结论在600 ~ 800℃研究了CO还原PbO的动力学。当声压升至15.8 Pa和600℃时，PbO的还原率增加15% ~ 25%，升至800℃时，还原率增加2倍。同时，人们发现声音的频率
2.3在复合材料制备中的应用
[9]
[10]
[11]
[12]
[13]
[14]
[15]
[16]
[17]
[18]
[19]
