功率超声作用下Al-1﹪Si合金水平连铸实验研究

摘要

作为超声学中一个重要分支，功率超声研究的是超声波的能量作用。功率超声技术是指利用较大功率的超声波对物质作用，以改变或加速改变物质的一些物理、化学和生物特性或状态的技术。功率超声技术是以物理、机械、电子、材料等学科为基础发展起来的高新技术，应用很广泛，主要涉及功率超声辅助材料制备、超声清洗、超声焊接、超声医学和声化学等领域。 本试验主要研究功率超声对水平连续铸造Al-1﹪Si合金凝固行为的影响。在金属或合金的凝固过程中施加振动是改善铸件组织结构、细化晶粒、提高铸件机械性能最有效的方法之一。早在1935年，Sokolov就用超声振动装置对纯金属进行了振动凝固研究。超声振动公认的效果有：细化晶粒，组织均匀化，去气净化等。 Al-1﹪Si合金是制作集成电路和半导体分立器件键合线的重要材料。目前，随着集成电路向小型化、高集成度方向的发展，同时随着键合速度及复杂程度的提高，要求Al-1﹪Si键合线具有更高化学均匀性及更细的直径。在生产键合线时，断裂现象经常发生，这已经成为制约生产效率提高的一个瓶颈。为解决拉拔过程中出现的断裂现象，本研究通过在水平连铸过程中施加超声场来制备Al-1﹪Si合金铸坯。 本文对水平连铸装置的结晶器结构及水平连铸工艺参数进行了优化设计。主要研究了功率超声对Al-1﹪Si合金凝固曲线、保温炉内金属液温度分布、铸坯表面质量、凝固组织以及力学性能的影响。实验结果表明：在Al-1﹪Si合金水平连铸过程中施加功率超声能够提高保温炉内金属液温度均匀性，提高铸坯表面质量，细化晶粒，抑制Si元素在晶界的偏析，显著提高铸坯的力学性能。 在功率超声处理液态Al-1﹪Si合金的过程中，超声空化能够破碎初生相和树枝晶；声流作用加速了传质传热、促进了微细颗粒的弥散，增加了外来形核质点，从而使合金组织得到明显细化。

目录

文摘

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1绪论

1.1铝及其合金

1.2 Al-1％Si合金键合线

1.3连铸及水平连铸

1.4功率超声及其应用

1.4.1功率超声技术的发展

1.4.2功率超声在材料制备方面的应用

1.4.3功率超声的其它应用

1.5论文研究的目的和内容

2功率超声的理论基础

2.1超声空化

2.1.1气泡的运动

2.1.2气泡闭合时所产生激波的强度

2.2声流效应

2.3功率超声的测量

2.3.1声强和声功率的测量

2.3.2空化强度的测量

3水平连铸装置及连铸工艺参数优化

3.1 Al-1％Si合金水平连铸装置

3.2水平连铸工艺参数确定

4超声场中Al-1％Si合金水平连铸实验研究

4.1试验方法

4.2实验内容

4.3试验结果及分析

4.3.1功率超声对Al-1％Si合金凝固曲线的影响

4.3.2功率超声对合金液温度分布的影响

4.3.3功率超声对铸坯表面质量的影响

4.3.4功率超声对合金组织特征的影响

4.3.5功率超声对Si元素成分偏析的影响

4.3.6 Al-1％Si合金的力学性能

小结

结 论

展 望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢