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能說(shuō)不能行，不是真智慧。

南京惠言達(dá)電氣有限公司成立于2019年，座落在南京六合市商圈。9年備件銷(xiāo)售積累，公司主要經(jīng)營(yíng)歐、美等國(guó)的閥門(mén)、過(guò)濾設(shè)備、編碼器、傳感器、儀器儀表、及各種自動(dòng)化產(chǎn)品，公司全力貫徹“以質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的產(chǎn)品和完善到位的技術(shù)服務(wù)客戶”的經(jīng)營(yíng)宗旨，服務(wù)于國(guó)內(nèi)的流體控制和自動(dòng)化控制領(lǐng)域。節(jié)省了中間環(huán)節(jié)的流轉(zhuǎn)費(fèi)用，能夠把更優(yōu)惠的價(jià)格提供給用戶。通過(guò)發(fā)展我司已經(jīng)自動(dòng)化設(shè)備和備件供應(yīng)商，主營(yíng)產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于冶金、造紙、礦山、石化、能源、集裝箱碼頭、汽車(chē)、水利、市政工程及環(huán)保以及各類(lèi)軍事、航空航天、科研等領(lǐng)域。
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惠言達(dá)快速報(bào)價(jià)    BTL1PN5    BTL7-S517-M0165-A-MA211-FA15

超聲波具有以下四個(gè)基本特性[1]:一,束射特性。超聲波波長(zhǎng)短,可以集中成一束射線;第二,吸收特性。超聲波在空氣、液體和固體中均會(huì)被吸收?？諝庵械奈?span style="color:red">強(qiáng)烈,固體中的吸收微弱;第三,高功率。由于頻率高,超聲波的功率比聲波大得多,它不僅能使所作用的介質(zhì)產(chǎn)生急速運(yùn)動(dòng),甚會(huì)破壞其分子結(jié)構(gòu);第四,聲壓作用。聲波振動(dòng)使物質(zhì)分子產(chǎn)生壓縮和稀疏作用,這種由于聲波振動(dòng)引起的附加壓力現(xiàn)象叫聲壓作用。超聲波在提取冶金過(guò)程中應(yīng)用的主要是功率超聲。功率超聲可以強(qiáng)化冶金過(guò)程的原因是:溶液中存在有溶解的一些氣體,在超聲波的作用下形成所謂的空化現(xiàn)象,當(dāng)這些微小的氣泡破裂時(shí),產(chǎn)生瞬間的高溫(>5000K)高壓(>5×107Pa),形成所謂的“熱點(diǎn)”,對(duì)化學(xué)反應(yīng)起到非常明顯的加速作用,同時(shí)高能超聲形成的大量空化氣泡在超過(guò)一定值的聲壓下發(fā)生崩潰并產(chǎn)生激波,將已結(jié)晶長(zhǎng)大的晶粒打碎,使晶粒得到細(xì)化。另一方面超聲波使液體出現(xiàn)湍流的力學(xué)特性,降低擴(kuò)散阻力,同時(shí)對(duì)破壞邊界層,加速傳質(zhì)、傳熱,促進(jìn)微細(xì)顆粒的彌散起到了關(guān)鍵作用[2]。超聲振動(dòng)的高能量及其它的特殊效應(yīng),還可大地提高振動(dòng)對(duì)凝固的作用效果[3]。超聲波在液體中傳播時(shí),液體分子受到周期性交變聲場(chǎng)的作用,產(chǎn)生聲空化、聲流效應(yīng)及力學(xué)機(jī)制,引起熔體中流動(dòng)場(chǎng)、壓力場(chǎng)和溫度場(chǎng)的變化,從而產(chǎn)生一些特殊的效果。在高溫操作中,高功率超聲波可用于熔體金屬的迅速脫氣[4]。實(shí)際上超聲波對(duì)于任何中等粘度的液體的脫氣幾乎都適用[3]。在含水系統(tǒng)中脫氣效果特別迅速,它能除去溶解的任何氣體,使水溶液中的氣體降到很低的水平。超聲波脫氣對(duì)于要求迅速和受控制的除去系統(tǒng)中氣體的場(chǎng)合,會(huì)得到很好的效果。根據(jù)上述機(jī)理,超聲波可改善熔融液在冷卻凝固時(shí)的流動(dòng)性,能夠提供有效的結(jié)晶體,從而也可改善金屬熔體的質(zhì)量。

2超聲波在冶金中的主要應(yīng)用

2.1強(qiáng)化浸出過(guò)程

李俊[5]論述了濕法冶金過(guò)程中常見(jiàn)的三種浸出情況,并對(duì)超聲波用于硫酸浸出氧化銅的過(guò)程進(jìn)行了探討。在浸出過(guò)程中施加超聲影響的實(shí)踐中,引用奧羅夫(Orlov)做了帶超聲波和不帶超聲波機(jī)械攪拌硫酸浸出氧化銅的對(duì)比研究,結(jié)果表明,達(dá)到相同的浸出率時(shí),不用超聲的浸出時(shí)間約為用超聲的浸出時(shí)間的12倍。K.SarveswaraRao等[6]作了相關(guān)的試驗(yàn)研究,結(jié)果表明,超聲波對(duì)從氧化銅礦石中的氨浸有著正的效應(yīng)。在溫度298K、粒度-300～+150μm,氨濃度2.0mol/L,含固量10g/L的條件下,超聲波可使銅浸出率從70%提高到90%。與機(jī)械攪拌浸出相比,使用超聲波可使浸出時(shí)間縮短近5/6,同時(shí)也使試劑消耗減少。對(duì)于相同的顆粒礦石,超聲波不僅強(qiáng)化了浸出速率,也提高了銅的浸出率。結(jié)果還表明,在其它條件相同時(shí),間歇式超聲波(脈沖超聲波)的效果優(yōu)于連續(xù)式超聲波。范興祥[7,8]等人研究超聲波強(qiáng)化草酸浸出氧化鋅精礦過(guò)程。在試驗(yàn)條件下,用超聲波輻射浸出氧化鋅精礦同機(jī)械攪拌相比,浸出率有很大的提高。機(jī)械攪拌20min,氧化鋅精礦浸出率僅58.12%,超聲波輻射20min,浸出率則達(dá)90.24%,提高了32.12%;鋅浸出率隨輻射時(shí)間延長(zhǎng)而提高;超聲波輻射強(qiáng)度提高,輻射時(shí)間一定時(shí),浸出率提高,浸出率相同時(shí),浸出時(shí)間縮短。劉彬等人[9]引入超聲處理技術(shù)強(qiáng)化鐵鹽浸出黃銅礦這一新穎研究方法。在相同浸出條件下,用超聲波處理后,銅的浸出率提高,平均提高幅度在5%～10%,不但有效地縮短浸出反應(yīng)時(shí)間,而且顯著的提高銅的浸出率。趙文煥[10]等利用超聲波進(jìn)行銀精礦中金銀的氰化浸出小型試驗(yàn)和擴(kuò)大試驗(yàn),結(jié)果表明超聲波浸出法具有金銀浸出率高、浸出時(shí)間短、單耗低等優(yōu)點(diǎn),在佳試驗(yàn)條件下,金銀浸出率分別為97%～99%和95%～96%,浸出時(shí)間只是常規(guī)氰化浸出時(shí)間的1/2,單耗降低10kg/t。王少芬[11]等人將超聲波在硫化礦發(fā)電浸出過(guò)程中的應(yīng)用進(jìn)行了一定程度的研究。為了強(qiáng)化發(fā)電浸出過(guò)程,有效地提高輸出電流、電壓及金屬離子的浸出率,將超聲波引入到硫化礦與二氧化錳的同時(shí)發(fā)電浸出過(guò)程。在實(shí)驗(yàn)條件下,每次啟動(dòng)超聲裝置20min,直浸出約10h。在超聲場(chǎng)作用下,輸出電流和電壓都有明顯上升,采用超聲強(qiáng)化比未強(qiáng)化處理的浸出液,由于硫化礦浸出電極在超聲條件下的極化程度減弱,獲得了更大的輸出電流和輸出電壓,從而獲得了更高的浸出率。K.M.Swamy等[12]研究了在有超聲和無(wú)超聲的情況下,用尼日爾黑曲酶屬菌種浸出印度奧里薩幫紅土礦。在佳工藝參數(shù),如孢子濃度,葡萄糖用量,礦漿濃度,超聲波降解時(shí)間條件下,無(wú)超聲波時(shí),浸出20d,鎳的浸出率為92%;用43kHz,1.5W/cm2超聲處理30min后,在孢子濃度為106個(gè)/mL和葡萄糖濃度為2%條件下浸出14d,鎳的浸出率高達(dá)95%。并且在超聲波作用下,鎳的浸出效果比鐵的浸出效果好。

2.2提高單元操作速率

嚴(yán)偉[13]等人主要介紹了超聲波在協(xié)助萃取領(lǐng)域內(nèi)的發(fā)展和應(yīng)用情況。在相同傳質(zhì)領(lǐng)域里,用超聲波強(qiáng)化多的是液固萃取。高頻和低頻都能強(qiáng)化萃取,但低頻時(shí)達(dá)到同樣的強(qiáng)化程度小于高頻。超聲波產(chǎn)生的脈動(dòng)和控制的空化作用可以大大增加湍流強(qiáng)度及相接觸面積,從而強(qiáng)化傳質(zhì)。BatricPesic[14]等在用Kelex100溶劑萃取鎵并用超聲波處理人工合成溶液和工廠的實(shí)際溶液時(shí)發(fā)現(xiàn),超聲波的作用使鎵的萃取速率提高了15倍,所采用的超聲波頻率為20kHz,聲強(qiáng)為19W/cm2。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),在超聲波作用下,溫度對(duì)鎵的萃取速率沒(méi)有影響,而通常的萃取過(guò)程中,溫度升高對(duì)提高萃取速率是有利的。趙洪力[15]采用自行設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行了用超聲波技術(shù)處理含“薄膜鐵”天然硅砂的試驗(yàn),結(jié)果證明,在處理10min時(shí),除鐵率一般可達(dá)46%～70%,與同樣條件下機(jī)械擦洗相比高出15%～45%;處理時(shí)間只需1～5min即可達(dá)到機(jī)械擦洗10～15min所達(dá)到的效果,處理時(shí)間可縮短2/3以上。Romanteen[16]等研究了在600～800℃范圍內(nèi)CO還原PbO的動(dòng)力學(xué)。當(dāng)聲壓升15.8Pa,600℃時(shí),PbO的還原速率增加了15%～25%,升800℃時(shí)還原速率增加了2倍;同時(shí)還發(fā)現(xiàn)聲波頻率<6.6kHz時(shí)對(duì)PbO的還原速率沒(méi)有影響。

2.3在復(fù)合材料制備中的應(yīng)用

馮海闊[2]等人討論了超聲波在顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料制備過(guò)程中的應(yīng)用。超聲波在此過(guò)程中的主要作用,是改善顆粒與合金液潤(rùn)濕性及顆粒分散的均勻性。通過(guò)總結(jié)超聲分離技術(shù)的機(jī)理及研究現(xiàn)狀,提出一種很有發(fā)展?jié)摿Φ牟捎贸暦蛛x技術(shù)制備顆粒增強(qiáng)金屬基表面復(fù)合材料的新方法。王俊等[17]采用高能超聲復(fù)合法制備了致密度高、增強(qiáng)顆粒均勻分散的SiC顆粒/ZA22復(fù)合材料,其內(nèi)部沒(méi)有氣孔或顆粒偏聚等缺陷。認(rèn)為在試驗(yàn)所用高能超聲處理?xiàng)l件下,熔液中產(chǎn)生的瞬時(shí)局部高溫、高壓的聲空化效應(yīng)與具有高的速度和加速度的聲流效應(yīng)的協(xié)同作用,是改善增強(qiáng)顆粒與基體合金潤(rùn)濕性、并使顆粒在合金中均勻彌散分布的主要原因。潘進(jìn)等[18]用功率超聲波施加于金屬熔體中,可以在極短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)纖維與金屬的復(fù)合,制備出了高性能復(fù)合材料。液態(tài)金屬在超聲作用下能滲入顆粒預(yù)制件中或與顆粒均勻混合。超聲浸鍍可以實(shí)現(xiàn)鋼絲鍍鋅、鍍鋁。方孝春[19]結(jié)合超聲波理論和作用及高速電鍍理論,對(duì)鐵基粉末冶金件鍍鎳的傳統(tǒng)工藝與新工藝進(jìn)行了試驗(yàn)對(duì)比。經(jīng)過(guò)超聲波清洗的鍍件基體與鎳層結(jié)合力明顯提高;封孔處理可降低鍍層孔隙,耐蝕性能提高;鍍層封閉劑R處理后可有效填充和封閉鍍層孔隙,阻擋腐蝕電池的產(chǎn)生,從而提高單層鍍鎳層的防護(hù)性能和品質(zhì)。

2.4細(xì)化晶粒

孟麗華[20]研究了超聲波處理時(shí)間對(duì)工業(yè)純鋁鑄錠結(jié)晶組織的影響,分析了超聲波對(duì)工業(yè)純鋁結(jié)晶組織影響的原因。研究結(jié)果表明,采用超聲波方法處理熔體后,鑄錠的細(xì)化率大幅度提高,可使整個(gè)鑄錠斷面均為微細(xì)化的等軸晶組織,過(guò)剩的超聲波振動(dòng)將導(dǎo)致鑄錠細(xì)化率的下降。該實(shí)驗(yàn)從某種意義上證明了超聲波振動(dòng)的細(xì)化效果是來(lái)自于動(dòng)態(tài)形核機(jī)制。胡松青[21]在熔融金屬的冷卻過(guò)程中導(dǎo)入超聲波獲得了較小的晶粒,并且在超聲波的作用下,形成的晶核進(jìn)入振動(dòng)狀態(tài),從而加速生長(zhǎng)過(guò)程。對(duì)碳鋼的超聲處理表明,它可使晶粒尺度從200μm減少到25～30μm,碳鋼的延展性增加30%～40%,機(jī)械強(qiáng)度提高20%～30%。對(duì)金屬鋅冷卻結(jié)晶的研究表明,超聲處理可使其臨界切變應(yīng)力強(qiáng)度提高80%,而且,在頻率為25kHz、強(qiáng)度為50W/cm2的超聲波作用下,金屬鋅的晶形由圓柱形改變成均勻的六角形。Gomes等[22]認(rèn)為,在NaOH溶液中,用超聲波處理鋁土礦可以提高微擾作用和提高礦石顆粒的溶解速率,然后再用超聲波處理溶液,可使溶液中的固體顆粒沉降分離速度加快;用超聲波處理加晶種的鋁酸鈉溶液可以提高分解速率和使晶體生長(zhǎng)更均勻。趙忠興[23]在鑄造合金中導(dǎo)入超聲波,并通過(guò)硬脂酸和丁二腈在凝固時(shí)施加超聲波。結(jié)果認(rèn)為:其周期性的空化和攪拌作用,使合金液的溫度和成分均勻化,細(xì)化了鑄造組織,減輕了鑄造合金的宏觀偏析傾向,提高了鑄造組織的均勻性。他們還研究了超聲波對(duì)鋁合金結(jié)晶過(guò)程的影響[24],結(jié)果表明:對(duì)鋁合金液施加超聲波,以底部導(dǎo)入超聲波為好,可避免氧化夾雜的生成;超聲波施加于鋁合金液,可使其顯微組織明顯細(xì)化;超聲波在金屬液內(nèi)傳導(dǎo)過(guò)程中,其聲強(qiáng)度隨傳導(dǎo)距離的增加而衰減。

2.5超聲脫氣、去夾雜技術(shù)

用高聲強(qiáng)的超聲波處理液體可以明顯減少液體中溶解的氣體量[2]。該作用已經(jīng)被用于熔融金屬液的脫氣過(guò)程,成為超聲脫氣技術(shù)。魯曼里、艾斯瑪赫和玻依奇[25]用超聲波處理了含5%～7%鎂的鋁鎂合金,結(jié)果表明,超聲波對(duì)熔融金屬中排出氣體的作用很大。超聲彈性振動(dòng)在幾分鐘內(nèi)可以使合金*去氣。白曉清[26]等研究了超聲波對(duì)流動(dòng)液體中夾雜物去除效果的實(shí)驗(yàn),無(wú)超聲波作用下,夾雜物會(huì)自然上浮液體表面并且僅有少量的夾雜物粘附于容器的壁面和底部;在超聲波作用下,夾雜物因凝聚在短時(shí)間內(nèi)容易上浮液體表面或粘附于容器的壁面和底部。在1.5s和30s時(shí),可以明顯觀察到有超聲波作用的液體更為清澈。SarukhanovR.G[27]等研究了在頻率44kHz、振幅1μm的超聲波作用下錫的結(jié)晶凈化過(guò)程,結(jié)果表明,超聲波改善了雜質(zhì)元素的分離效果,使Cu、Au、Cr、Ni在錫中的分配系數(shù)降低了25%～45%,從而達(dá)到使錫精煉的目的。

2.6超聲無(wú)損檢測(cè)(NDT)技術(shù)

陳革等[28]針對(duì)粉末冶金(PM)零件在制備過(guò)程中不可避免存在的缺陷(氣孔或裂紋),采用NDT技術(shù)對(duì)其進(jìn)行了初步研究。結(jié)果表明,超聲無(wú)損檢測(cè)散射波的波形可在一定程度上反映粉末冶金制品中孔隙的數(shù)量和狀態(tài)。散射波不明顯時(shí),說(shuō)明材料的孔隙很小,可能小于超聲波的波長(zhǎng);散射信號(hào)雜亂且增強(qiáng)時(shí),說(shuō)明材料孔隙較多。但散射波與孔隙之間的量的對(duì)應(yīng)關(guān)系,因所受影響因素眾多,只能大概反映孔隙的狀況。超聲無(wú)損檢測(cè)中聲速和材料中的孔隙率有一定的線性關(guān)系,聲速的減小代表了材料孔隙的增多,同時(shí)在一定程度上也反映了材料的性能。因此,可以用超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)來(lái)評(píng)價(jià)PM材料的某些性能。從而達(dá)到對(duì)該類(lèi)零件實(shí)現(xiàn)非破壞性的快速、全面檢測(cè)的目的。李軍[29]對(duì)不銹鋼復(fù)合鋼板超聲波檢測(cè)方法進(jìn)行了闡述。在檢測(cè)不銹鋼復(fù)合鋼板時(shí),通常選用單晶直探頭局部水浸法從復(fù)板一側(cè)按照掃查靈敏度進(jìn)行檢測(cè),一旦發(fā)現(xiàn)缺陷波的信號(hào),先將其圈住,再用單晶直探頭的直接接觸法準(zhǔn)確劃出缺陷的邊界(確定邊界用缺陷波全波消失法),并按照生產(chǎn)合同技術(shù)要求的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),對(duì)缺陷是否可以修復(fù)做出準(zhǔn)確評(píng)判。

3結(jié)論

(1)超聲波對(duì)許多冶金過(guò)程確實(shí)能起到有效的強(qiáng)化作用。從實(shí)際應(yīng)用的角度來(lái)看,現(xiàn)在的超聲波設(shè)備普遍存在功率小的問(wèn)題,不能*工業(yè)化生產(chǎn)的要求,盡快研究出大功率超聲波設(shè)備是解決應(yīng)用問(wèn)題的當(dāng)務(wù)之急。隨著科技的進(jìn)步,可以相信在不久的將來(lái),功率超聲在強(qiáng)化冶金過(guò)程、復(fù)合材料的制備、細(xì)化晶粒,脫氣去雜質(zhì),檢測(cè)等方面的應(yīng)用將越來(lái)越廣闊,發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。

(2)超聲波會(huì)導(dǎo)致固體和液體出現(xiàn)“空化現(xiàn)象”。雖然對(duì)生物體來(lái)說(shuō),產(chǎn)生瞬態(tài)空化作用時(shí),靠近爆炸氣泡附近的細(xì)胞會(huì)受到損傷,但一般說(shuō)來(lái),在人體內(nèi)大多數(shù)器官和生物流體中,損傷少量細(xì)胞不會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生危害。

(3)超聲波在我國(guó)冶金工業(yè)中的應(yīng)用發(fā)展迅速,一方面得益于技術(shù)本身的不斷完善,另一方面有超聲波設(shè)備生產(chǎn)廠家的支撐,比如深圳市科工達(dá)超聲設(shè)備有限公司、深圳市時(shí)代超聲設(shè)備有限公司、寧波海曙金達(dá)超聲設(shè)備有限公司、北京超聲波明和公司等大型制造廠商,都以生產(chǎn)冶金行業(yè)超聲波設(shè)備為主。

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超聲波具有以下四個(gè)基本特性[1]:一,束射特性。超聲波波長(zhǎng)短,可以集中成一束射線;第二,吸收特性。超聲波在空氣、液體和固體中均會(huì)被吸收。空氣中的吸收強(qiáng)烈,固體中的吸收微弱;第三,高功率。由于頻率高,超聲波的功率比聲波大得多,它不僅能使所作用的介質(zhì)產(chǎn)生急速運(yùn)動(dòng),甚會(huì)破壞其分子結(jié)構(gòu);第四,聲壓作用。聲波振動(dòng)使物質(zhì)分子產(chǎn)生壓縮和稀疏作用,這種由于聲波振動(dòng)引起的附加壓力現(xiàn)象叫聲壓作用。超聲波在提取冶金過(guò)程中應(yīng)用的主要是功率超聲。功率超聲可以強(qiáng)化冶金過(guò)程的原因是:溶液中存在有溶解的一些氣體,在超聲波的作用下形成所謂的空化現(xiàn)象,當(dāng)這些微小的氣泡破裂時(shí),產(chǎn)生瞬間的高溫(>5000K)高壓(>5×107Pa),形成所謂的“熱點(diǎn)”,對(duì)化學(xué)反應(yīng)起到非常明顯的加速作用,同時(shí)高能超聲形成的大量空化氣泡在超過(guò)一定值的聲壓下發(fā)生崩潰并產(chǎn)生激波,將已結(jié)晶長(zhǎng)大的晶粒打碎,使晶粒得到細(xì)化。另一方面超聲波使液體出現(xiàn)湍流的力學(xué)特性,降低擴(kuò)散阻力,同時(shí)對(duì)破壞邊界層,加速傳質(zhì)、傳熱,促進(jìn)微細(xì)顆粒的彌散起到了關(guān)鍵作用[2]。超聲振動(dòng)的高能量及其它的特殊效應(yīng),還可大地提高振動(dòng)對(duì)凝固的作用效果[3]。超聲波在液體中傳播時(shí),液體分子受到周期性交變聲場(chǎng)的作用,產(chǎn)生聲空化、聲流效應(yīng)及力學(xué)機(jī)制,引起熔體中流動(dòng)場(chǎng)、壓力場(chǎng)和溫度場(chǎng)的變化,從而產(chǎn)生一些特殊的效果。在高溫操作中,高功率超聲波可用于熔體金屬的迅速脫氣[4]。實(shí)際上超聲波對(duì)于任何中等粘度的液體的脫氣幾乎都適用[3]。在含水系統(tǒng)中脫氣效果特別迅速,它能除去溶解的任何氣體,使水溶液中的氣體降到很低的水平。超聲波脫氣對(duì)于要求迅速和受控制的除去系統(tǒng)中氣體的場(chǎng)合,會(huì)得到很好的效果。根據(jù)上述機(jī)理,超聲波可改善熔融液在冷卻凝固時(shí)的流動(dòng)性,能夠提供有效的結(jié)晶體,從而也可改善金屬熔體的質(zhì)量。

2超聲波在冶金中的主要應(yīng)用

2.1強(qiáng)化浸出過(guò)程

李俊[5]論述了濕法冶金過(guò)程中常見(jiàn)的三種浸出情況,并對(duì)超聲波用于硫酸浸出氧化銅的過(guò)程進(jìn)行了探討。在浸出過(guò)程中施加超聲影響的實(shí)踐中,引用奧羅夫(Orlov)做了帶超聲波和不帶超聲波機(jī)械攪拌硫酸浸出氧化銅的對(duì)比研究,結(jié)果表明,達(dá)到相同的浸出率時(shí),不用超聲的浸出時(shí)間約為用超聲的浸出時(shí)間的12倍。K.SarveswaraRao等[6]作了相關(guān)的試驗(yàn)研究,結(jié)果表明,超聲波對(duì)從氧化銅礦石中的氨浸有著正的效應(yīng)。在溫度298K、粒度-300～+150μm,氨濃度2.0mol/L,含固量10g/L的條件下,超聲波可使銅浸出率從70%提高到90%。與機(jī)械攪拌浸出相比,使用超聲波可使浸出時(shí)間縮短近5/6,同時(shí)也使試劑消耗減少。對(duì)于相同的顆粒礦石,超聲波不僅強(qiáng)化了浸出速率,也提高了銅的浸出率。結(jié)果還表明,在其它條件相同時(shí),間歇式超聲波(脈沖超聲波)的效果優(yōu)于連續(xù)式超聲波。范興祥[7,8]等人研究超聲波強(qiáng)化草酸浸出氧化鋅精礦過(guò)程。在試驗(yàn)條件下,用超聲波輻射浸出氧化鋅精礦同機(jī)械攪拌相比,浸出率有很大的提高。機(jī)械攪拌20min,氧化鋅精礦浸出率僅58.12%,超聲波輻射20min,浸出率則達(dá)90.24%,提高了32.12%;鋅浸出率隨輻射時(shí)間延長(zhǎng)而提高;超聲波輻射強(qiáng)度提高,輻射時(shí)間一定時(shí),浸出率提高,浸出率相同時(shí),浸出時(shí)間縮短。劉彬等人[9]引入超聲處理技術(shù)強(qiáng)化鐵鹽浸出黃銅礦這一新穎研究方法。在相同浸出條件下,用超聲波處理后,銅的浸出率提高,平均提高幅度在5%～10%,不但有效地縮短浸出反應(yīng)時(shí)間,而且顯著的提高銅的浸出率。趙文煥[10]等利用超聲波進(jìn)行銀精礦中金銀的氰化浸出小型試驗(yàn)和擴(kuò)大試驗(yàn),結(jié)果表明超聲波浸出法具有金銀浸出率高、浸出時(shí)間短、單耗低等優(yōu)點(diǎn),在佳試驗(yàn)條件下,金銀浸出率分別為97%～99%和95%～96%,浸出時(shí)間只是常規(guī)氰化浸出時(shí)間的1/2,單耗降低10kg/t。王少芬[11]等人將超聲波在硫化礦發(fā)電浸出過(guò)程中的應(yīng)用進(jìn)行了一定程度的研究。為了強(qiáng)化發(fā)電浸出過(guò)程,有效地提高輸出電流、電壓及金屬離子的浸出率,將超聲波引入到硫化礦與二氧化錳的同時(shí)發(fā)電浸出過(guò)程。在實(shí)驗(yàn)條件下,每次啟動(dòng)超聲裝置20min,直浸出約10h。在超聲場(chǎng)作用下,輸出電流和電壓都有明顯上升,采用超聲強(qiáng)化比未強(qiáng)化處理的浸出液,由于硫化礦浸出電極在超聲條件下的極化程度減弱,獲得了更大的輸出電流和輸出電壓,從而獲得了更高的浸出率。K.M.Swamy等[12]研究了在有超聲和無(wú)超聲的情況下,用尼日爾黑曲酶屬菌種浸出印度奧里薩幫紅土礦。在佳工藝參數(shù),如孢子濃度,葡萄糖用量,礦漿濃度,超聲波降解時(shí)間條件下,無(wú)超聲波時(shí),浸出20d,鎳的浸出率為92%;用43kHz,1.5W/cm2超聲處理30min后,在孢子濃度為106個(gè)/mL和葡萄糖濃度為2%條件下浸出14d,鎳的浸出率高達(dá)95%。并且在超聲波作用下,鎳的浸出效果比鐵的浸出效果好。

2.2提高單元操作速率

嚴(yán)偉[13]等人主要介紹了超聲波在協(xié)助萃取領(lǐng)域內(nèi)的發(fā)展和應(yīng)用情況。在相同傳質(zhì)領(lǐng)域里,用超聲波強(qiáng)化多的是液固萃取。高頻和低頻都能強(qiáng)化萃取,但低頻時(shí)達(dá)到同樣的強(qiáng)化程度小于高頻。超聲波產(chǎn)生的脈動(dòng)和控制的空化作用可以大大增加湍流強(qiáng)度及相接觸面積,從而強(qiáng)化傳質(zhì)。BatricPesic[14]等在用Kelex100溶劑萃取鎵并用超聲波處理人工合成溶液和工廠的實(shí)際溶液時(shí)發(fā)現(xiàn),超聲波的作用使鎵的萃取速率提高了15倍,所采用的超聲波頻率為20kHz,聲強(qiáng)為19W/cm2。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),在超聲波作用下,溫度對(duì)鎵的萃取速率沒(méi)有影響,而通常的萃取過(guò)程中,溫度升高對(duì)提高萃取速率是有利的。趙洪力[15]采用自行設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行了用超聲波技術(shù)處理含“薄膜鐵”天然硅砂的試驗(yàn),結(jié)果證明,在處理10min時(shí),除鐵率一般可達(dá)46%～70%,與同樣條件下機(jī)械擦洗相比高出15%～45%;處理時(shí)間只需1～5min即可達(dá)到機(jī)械擦洗10～15min所達(dá)到的效果,處理時(shí)間可縮短2/3以上。Romanteen[16]等研究了在600～800℃范圍內(nèi)CO還原PbO的動(dòng)力學(xué)。當(dāng)聲壓升15.8Pa,600℃時(shí),PbO的還原速率增加了15%～25%,升800℃時(shí)還原速率增加了2倍;同時(shí)還發(fā)現(xiàn)聲波頻率<6.6kHz時(shí)對(duì)PbO的還原速率沒(méi)有影響。

2.3在復(fù)合材料制備中的應(yīng)用

馮海闊[2]等人討論了超聲波在顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料制備過(guò)程中的應(yīng)用。超聲波在此過(guò)程中的主要作用,是改善顆粒與合金液潤(rùn)濕性及顆粒分散的均勻性。通過(guò)總結(jié)超聲分離技術(shù)的機(jī)理及研究現(xiàn)狀,提出一種很有發(fā)展?jié)摿Φ牟捎贸暦蛛x技術(shù)制備顆粒增強(qiáng)金屬基表面復(fù)合材料的新方法。王俊等[17]采用高能超聲復(fù)合法制備了致密度高、增強(qiáng)顆粒均勻分散的SiC顆粒/ZA22復(fù)合材料,其內(nèi)部沒(méi)有氣孔或顆粒偏聚等缺陷。認(rèn)為在試驗(yàn)所用高能超聲處理?xiàng)l件下,熔液中產(chǎn)生的瞬時(shí)局部高溫、高壓的聲空化效應(yīng)與具有高的速度和加速度的聲流效應(yīng)的協(xié)同作用,是改善增強(qiáng)顆粒與基體合金潤(rùn)濕性、并使顆粒在合金中均勻彌散分布的主要原因。潘進(jìn)等[18]用功率超聲波施加于金屬熔體中,可以在極短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)纖維與金屬的復(fù)合,制備出了高性能復(fù)合材料。液態(tài)金屬在超聲作用下能滲入顆粒預(yù)制件中或與顆粒均勻混合。超聲浸鍍可以實(shí)現(xiàn)鋼絲鍍鋅、鍍鋁。方孝春[19]結(jié)合超聲波理論和作用及高速電鍍理論,對(duì)鐵基粉末冶金件鍍鎳的傳統(tǒng)工藝與新工藝進(jìn)行了試驗(yàn)對(duì)比。經(jīng)過(guò)超聲波清洗的鍍件基體與鎳層結(jié)合力明顯提高;封孔處理可降低鍍層孔隙,耐蝕性能提高;鍍層封閉劑R處理后可有效填充和封閉鍍層孔隙,阻擋腐蝕電池的產(chǎn)生,從而提高單層鍍鎳層的防護(hù)性能和品質(zhì)。

2.4細(xì)化晶粒

孟麗華[20]研究了超聲波處理時(shí)間對(duì)工業(yè)純鋁鑄錠結(jié)晶組織的影響,分析了超聲波對(duì)工業(yè)純鋁結(jié)晶組織影響的原因。研究結(jié)果表明,采用超聲波方法處理熔體后,鑄錠的細(xì)化率大幅度提高,可使整個(gè)鑄錠斷面均為微細(xì)化的等軸晶組織,過(guò)剩的超聲波振動(dòng)將導(dǎo)致鑄錠細(xì)化率的下降。該實(shí)驗(yàn)從某種意義上證明了超聲波振動(dòng)的細(xì)化效果是來(lái)自于動(dòng)態(tài)形核機(jī)制。胡松青[21]在熔融金屬的冷卻過(guò)程中導(dǎo)入超聲波獲得了較小的晶粒,并且在超聲波的作用下,形成的晶核進(jìn)入振動(dòng)狀態(tài),從而加速生長(zhǎng)過(guò)程。對(duì)碳鋼的超聲處理表明,它可使晶粒尺度從200μm減少到25～30μm,碳鋼的延展性增加30%～40%,機(jī)械強(qiáng)度提高20%～30%。對(duì)金屬鋅冷卻結(jié)晶的研究表明,超聲處理可使其臨界切變應(yīng)力強(qiáng)度提高80%,而且,在頻率為25kHz、強(qiáng)度為50W/cm2的超聲波作用下,金屬鋅的晶形由圓柱形改變成均勻的六角形。Gomes等[22]認(rèn)為,在NaOH溶液中,用超聲波處理鋁土礦可以提高微擾作用和提高礦石顆粒的溶解速率,然后再用超聲波處理溶液,可使溶液中的固體顆粒沉降分離速度加快;用超聲波處理加晶種的鋁酸鈉溶液可以提高分解速率和使晶體生長(zhǎng)更均勻。趙忠興[23]在鑄造合金中導(dǎo)入超聲波,并通過(guò)硬脂酸和丁二腈在凝固時(shí)施加超聲波。結(jié)果認(rèn)為:其周期性的空化和攪拌作用,使合金液的溫度和成分均勻化,細(xì)化了鑄造組織,減輕了鑄造合金的宏觀偏析傾向,提高了鑄造組織的均勻性。他們還研究了超聲波對(duì)鋁合金結(jié)晶過(guò)程的影響[24],結(jié)果表明:對(duì)鋁合金液施加超聲波,以底部導(dǎo)入超聲波為好,可避免氧化夾雜的生成;超聲波施加于鋁合金液,可使其顯微組織明顯細(xì)化;超聲波在金屬液內(nèi)傳導(dǎo)過(guò)程中,其聲強(qiáng)度隨傳導(dǎo)距離的增加而衰減。

2.5超聲脫氣、去夾雜技術(shù)

用高聲強(qiáng)的超聲波處理液體可以明顯減少液體中溶解的氣體量[2]。該作用已經(jīng)被用于熔融金屬液的脫氣過(guò)程,成為超聲脫氣技術(shù)。魯曼里、艾斯瑪赫和玻依奇[25]用超聲波處理了含5%～7%鎂的鋁鎂合金,結(jié)果表明,超聲波對(duì)熔融金屬中排出氣體的作用很大。超聲彈性振動(dòng)在幾分鐘內(nèi)可以使合金*去氣。白曉清[26]等研究了超聲波對(duì)流動(dòng)液體中夾雜物去除效果的實(shí)驗(yàn),無(wú)超聲波作用下,夾雜物會(huì)自然上浮液體表面并且僅有少量的夾雜物粘附于容器的壁面和底部;在超聲波作用下,夾雜物因凝聚在短時(shí)間內(nèi)容易上浮液體表面或粘附于容器的壁面和底部。在1.5s和30s時(shí),可以明顯觀察到有超聲波作用的液體更為清澈。SarukhanovR.G[27]等研究了在頻率44kHz、振幅1μm的超聲波作用下錫的結(jié)晶凈化過(guò)程,結(jié)果表明,超聲波改善了雜質(zhì)元素的分離效果,使Cu、Au、Cr、Ni在錫中的分配系數(shù)降低了25%～45%,從而達(dá)到使錫精煉的目的。

2.6超聲無(wú)損檢測(cè)(NDT)技術(shù)

陳革等[28]針對(duì)粉末冶金(PM)零件在制備過(guò)程中不可避免存在的缺陷(氣孔或裂紋),采用NDT技術(shù)對(duì)其進(jìn)行了初步研究。結(jié)果表明,超聲無(wú)損檢測(cè)散射波的波形可在一定程度上反映粉末冶金制品中孔隙的數(shù)量和狀態(tài)。散射波不明顯時(shí),說(shuō)明材料的孔隙很小,可能小于超聲波的波長(zhǎng);散射信號(hào)雜亂且增強(qiáng)時(shí),說(shuō)明材料孔隙較多。但散射波與孔隙之間的量的對(duì)應(yīng)關(guān)系,因所受影響因素眾多,只能大概反映孔隙的狀況。超聲無(wú)損檢測(cè)中聲速和材料中的孔隙率有一定的線性關(guān)系,聲速的減小代表了材料孔隙的增多,同時(shí)在一定程度上也反映了材料的性能。因此,可以用超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)來(lái)評(píng)價(jià)PM材料的某些性能。從而達(dá)到對(duì)該類(lèi)零件實(shí)現(xiàn)非破壞性的快速、全面檢測(cè)的目的。李軍[29]對(duì)不銹鋼復(fù)合鋼板超聲波檢測(cè)方法進(jìn)行了闡述。在檢測(cè)不銹鋼復(fù)合鋼板時(shí),通常選用單晶直探頭局部水浸法從復(fù)板一側(cè)按照掃查靈敏度進(jìn)行檢測(cè),一旦發(fā)現(xiàn)缺陷波的信號(hào),先將其圈住,再用單晶直探頭的直接接觸法準(zhǔn)確劃出缺陷的邊界(確定邊界用缺陷波全波消失法),并按照生產(chǎn)合同技術(shù)要求的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),對(duì)缺陷是否可以修復(fù)做出準(zhǔn)確評(píng)判。

3結(jié)論

(1)超聲波對(duì)許多冶金過(guò)程確實(shí)能起到有效的強(qiáng)化作用。從實(shí)際應(yīng)用的角度來(lái)看,現(xiàn)在的超聲波設(shè)備普遍存在功率小的問(wèn)題,不能*工業(yè)化生產(chǎn)的要求,盡快研究出大功率超聲波設(shè)備是解決應(yīng)用問(wèn)題的當(dāng)務(wù)之急。隨著科技的進(jìn)步,可以相信在不久的將來(lái),功率超聲在強(qiáng)化冶金過(guò)程、復(fù)合材料的制備、細(xì)化晶粒,脫氣去雜質(zhì),檢測(cè)等方面的應(yīng)用將越來(lái)越廣闊,發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。

(2)超聲波會(huì)導(dǎo)致固體和液體出現(xiàn)“空化現(xiàn)象”。雖然對(duì)生物體來(lái)說(shuō),產(chǎn)生瞬態(tài)空化作用時(shí),靠近爆炸氣泡附近的細(xì)胞會(huì)受到損傷,但一般說(shuō)來(lái),在人體內(nèi)大多數(shù)器官和生物流體中,損傷少量細(xì)胞不會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生危害。

(3)超聲波在我國(guó)冶金工業(yè)中的應(yīng)用發(fā)展迅速,一方面得益于技術(shù)本身的不斷完善,另一方面有超聲波設(shè)備生產(chǎn)廠家的支撐,比如深圳市科工達(dá)超聲設(shè)備有限公司、深圳市時(shí)代超聲設(shè)備有限公司、寧波海曙金達(dá)超聲設(shè)備有限公司、北京超聲波明和公司等大型制造廠商,都以生產(chǎn)冶金行業(yè)超聲波設(shè)備為主。

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惠言達(dá)快速報(bào)價(jià)    BTL00PK    BTL5-E10-M0970-A-S135
惠言達(dá)快速報(bào)價(jià)    BTL00RY    BTL5-S173-M0350-A-SA285-KA10
惠言達(dá)快速報(bào)價(jià)    BTL0H9C    BTL7-E501-M0800-B-KA05
惠言達(dá)快速報(bào)價(jià)    BTL0H9C    BTL7-E501-M0800-B-KA05
惠言達(dá)快速報(bào)價(jià)    BTL0UH7    BTL7-E500-M0762-Z-S32
惠言達(dá)快速報(bào)價(jià)    BTL0UH7    BTL7-E500-M0762-Z-S32
惠言達(dá)快速報(bào)價(jià)    BTL0UH6    BTL7-E500-M0914-Z-S32
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惠言達(dá)快速報(bào)價(jià)    BTL1J05    BTL7-E100-M0875-A-SA311-S115
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惠言達(dá)快速報(bào)價(jià)    BTL09EH    BTL5-A11-M0500-HB-F05-C
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惠言達(dá)快速報(bào)價(jià)    BTL019K    BTL5-E10-M1000-B-S32
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惠言達(dá)快速報(bào)價(jià)    BTL01C5    BTL5-E17-M1000-B-KA05
惠言達(dá)快速報(bào)價(jià)    BTL00JR    BTL5-E17-M1000-B-S32
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惠言達(dá)快速報(bào)價(jià)    BTL06UC    BTL5-E10-M0914-Z-S32/US
惠言達(dá)快速報(bào)價(jià)    BTL0TZW    BTL5-S172-M0300-A-MA284-S32
惠言達(dá)快速報(bào)價(jià)    BTL0985    BTL5-E10-M0390-HB-F05-C
惠言達(dá)快速報(bào)價(jià)    BTL0AF1    BTL5-A11-M2750-P-S32
惠言達(dá)快速報(bào)價(jià)    BTL00CY    BTL6-P110-M3500-A1-S115
惠言達(dá)快速報(bào)價(jià)    BTL00RL    BTL5-S172-M0360-A-SA285-KA10
惠言達(dá)快速報(bào)價(jià)    BTL01J4    BTL5-S111-M0705-B-SA243-S32
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惠言達(dá)快速報(bào)價(jià)    BTL07N0    BTL5-P1-M0152-W-S32
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惠言達(dá)快速報(bào)價(jià)    BTL0YR2    BTL7-E100-M1100-B-KA10
惠言達(dá)快速報(bào)價(jià)    BTL17Z4    BTL7-E100-M1250-B-KA10
惠言達(dá)快速報(bào)價(jià)    BTL08R3    BTL5-E10-M0800-K-K15
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惠言達(dá)快速報(bào)價(jià)    BTL0LR5    BTL5-S111-M0560-B-KA10
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惠言達(dá)快速報(bào)價(jià)    BTL1JFL    BTL5-T110-M0050-B-SA366-S103
惠言達(dá)快速報(bào)價(jià)    BTL1JFM    BTL5-T110-M0075-B-SA366-S103
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惠言達(dá)快速報(bào)價(jià)    BTL02WU    BTL5-A11-M1800-P-SA167-S32
惠言達(dá)快速報(bào)價(jià)    BTL02WU    BTL5-A11-M1800-P-SA167-S32
惠言達(dá)快速報(bào)價(jià)    BTL16WL    BTL5-S176-M0850-K-K10
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惠言達(dá)快速報(bào)價(jià)    BTL013R    BTL5-P1-M2150-B-S32
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惠言達(dá)快速報(bào)價(jià)    BTL1HK7    BTL7-S512-M0700-B-SA359-S32
惠言達(dá)快速報(bào)價(jià)    BTL1069    BTL5-E10-M0650-Z-SA288-S32
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惠言達(dá)快速報(bào)價(jià)    BTL09UC    BTL5-H114-M2000-P-S92
惠言達(dá)快速報(bào)價(jià)    BTL09UC    BTL5-H114-M2000-P-S92
惠言達(dá)快速報(bào)價(jià)    BTL017E    BTL5-A11-M1100-B-S32
惠言達(dá)快速報(bào)價(jià)    BTL1LK0    BTL7-V50E-M0800-B-C003
惠言達(dá)快速報(bào)價(jià)    BTL0KEN    BTL6-A500-M4572-PF-S115
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惠言達(dá)快速報(bào)價(jià)    BTL1PUR    BTL7-P511-M2300-B-S32
惠言達(dá)快速報(bào)價(jià)    BTL1TCA    BTL7-P511-M2500-B-S32
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惠言達(dá)快速報(bào)價(jià)    BTL01YW    BTL5-E10-M1100-K-SR32
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惠言達(dá)快速報(bào)價(jià)    BTL0H8M    BTL5-E10-M1250-K-SR32
惠言達(dá)快速報(bào)價(jià)    BTL09U2    BTL5-E17-M1100-K-K05
惠言達(dá)快速報(bào)價(jià)    BTL0R0F    BTL7-E100-M1100-B-KA15
惠言達(dá)快速報(bào)價(jià)    BTL1JFN    BTL5-T110-M0120-B-SA366-S103
惠言達(dá)快速報(bào)價(jià)    BTL1JFP    BTL5-T110-M0150-B-SA366-S103
惠言達(dá)快速報(bào)價(jià)    BTL0TR1    BTL5-E10-M0305-K-SA323-K02-ZA0M
惠言達(dá)快速報(bào)價(jià)    BTL1KMZ    BTL7-E500-M0034-K-NEX-SA379-K02
惠言達(dá)快速報(bào)價(jià)    BTL1M89    BTL7-E500-M0077-K-NEX-SA375-K02
惠言達(dá)快速報(bào)價(jià)    BTL0P2C    BTL5-E10-M0095-K-MA326-K05
惠言達(dá)快速報(bào)價(jià)    BTL1J7C    BTL7-E570-M0250-CD-NEX-S32
惠言達(dá)快速報(bào)價(jià)    BTL1L6E    BTL5-T110-M0120-B-SA366-C004
惠言達(dá)快速報(bào)價(jià)    BTL1L6C    BTL5-T110-M0150-B-SA366-C004
惠言達(dá)快速報(bào)價(jià)    BTL1TZ7    BTL7-V50E-M0850-B-C003
惠言達(dá)快速報(bào)價(jià)    BTL12W1    BTL5-T110-M0200-P-SA340-S103
惠言達(dá)快速報(bào)價(jià)    BTL0A1N    BTL5-E10-M0800-A-SA211-S135

BALLUFF傳感器BTL5-E10-M0500-PS32可以到達(dá)

BALLUFF傳感器BTL5-E10-M0500-PS32可以到達(dá)

超聲波具有以下四個(gè)基本特性[1]:一,束射特性。超聲波波長(zhǎng)短,可以集中成一束射線;第二,吸收特性。超聲波在空氣、液體和固體中均會(huì)被吸收。空氣中的吸收強(qiáng)烈,固體中的吸收微弱;第三,高功率。由于頻率高,超聲波的功率比聲波大得多,它不僅能使所作用的介質(zhì)產(chǎn)生急速運(yùn)動(dòng),甚會(huì)破壞其分子結(jié)構(gòu);第四,聲壓作用。聲波振動(dòng)使物質(zhì)分子產(chǎn)生壓縮和稀疏作用,這種由于聲波振動(dòng)引起的附加壓力現(xiàn)象叫聲壓作用。超聲波在提取冶金過(guò)程中應(yīng)用的主要是功率超聲。功率超聲可以強(qiáng)化冶金過(guò)程的原因是:溶液中存在有溶解的一些氣體,在超聲波的作用下形成所謂的空化現(xiàn)象,當(dāng)這些微小的氣泡破裂時(shí),產(chǎn)生瞬間的高溫(>5000K)高壓(>5×107Pa),形成所謂的“熱點(diǎn)”,對(duì)化學(xué)反應(yīng)起到非常明顯的加速作用,同時(shí)高能超聲形成的大量空化氣泡在超過(guò)一定值的聲壓下發(fā)生崩潰并產(chǎn)生激波,將已結(jié)晶長(zhǎng)大的晶粒打碎,使晶粒得到細(xì)化。另一方面超聲波使液體出現(xiàn)湍流的力學(xué)特性,降低擴(kuò)散阻力,同時(shí)對(duì)破壞邊界層,加速傳質(zhì)、傳熱,促進(jìn)微細(xì)顆粒的彌散起到了關(guān)鍵作用[2]。超聲振動(dòng)的高能量及其它的特殊效應(yīng),還可大地提高振動(dòng)對(duì)凝固的作用效果[3]。超聲波在液體中傳播時(shí),液體分子受到周期性交變聲場(chǎng)的作用,產(chǎn)生聲空化、聲流效應(yīng)及力學(xué)機(jī)制,引起熔體中流動(dòng)場(chǎng)、壓力場(chǎng)和溫度場(chǎng)的變化,從而產(chǎn)生一些特殊的效果。在高溫操作中,高功率超聲波可用于熔體金屬的迅速脫氣[4]。實(shí)際上超聲波對(duì)于任何中等粘度的液體的脫氣幾乎都適用[3]。在含水系統(tǒng)中脫氣效果特別迅速,它能除去溶解的任何氣體,使水溶液中的氣體降到很低的水平。超聲波脫氣對(duì)于要求迅速和受控制的除去系統(tǒng)中氣體的場(chǎng)合,會(huì)得到很好的效果。根據(jù)上述機(jī)理,超聲波可改善熔融液在冷卻凝固時(shí)的流動(dòng)性,能夠提供有效的結(jié)晶體,從而也可改善金屬熔體的質(zhì)量。

2超聲波在冶金中的主要應(yīng)用

2.1強(qiáng)化浸出過(guò)程

李俊[5]論述了濕法冶金過(guò)程中常見(jiàn)的三種浸出情況,并對(duì)超聲波用于硫酸浸出氧化銅的過(guò)程進(jìn)行了探討。在浸出過(guò)程中施加超聲影響的實(shí)踐中,引用奧羅夫(Orlov)做了帶超聲波和不帶超聲波機(jī)械攪拌硫酸浸出氧化銅的對(duì)比研究,結(jié)果表明,達(dá)到相同的浸出率時(shí),不用超聲的浸出時(shí)間約為用超聲的浸出時(shí)間的12倍。K.SarveswaraRao等[6]作了相關(guān)的試驗(yàn)研究,結(jié)果表明,超聲波對(duì)從氧化銅礦石中的氨浸有著正的效應(yīng)。在溫度298K、粒度-300～+150μm,氨濃度2.0mol/L,含固量10g/L的條件下,超聲波可使銅浸出率從70%提高到90%。與機(jī)械攪拌浸出相比,使用超聲波可使浸出時(shí)間縮短近5/6,同時(shí)也使試劑消耗減少。對(duì)于相同的顆粒礦石,超聲波不僅強(qiáng)化了浸出速率,也提高了銅的浸出率。結(jié)果還表明,在其它條件相同時(shí),間歇式超聲波(脈沖超聲波)的效果優(yōu)于連續(xù)式超聲波。范興祥[7,8]等人研究超聲波強(qiáng)化草酸浸出氧化鋅精礦過(guò)程。在試驗(yàn)條件下,用超聲波輻射浸出氧化鋅精礦同機(jī)械攪拌相比,浸出率有很大的提高。機(jī)械攪拌20min,氧化鋅精礦浸出率僅58.12%,超聲波輻射20min,浸出率則達(dá)90.24%,提高了32.12%;鋅浸出率隨輻射時(shí)間延長(zhǎng)而提高;超聲波輻射強(qiáng)度提高,輻射時(shí)間一定時(shí),浸出率提高,浸出率相同時(shí),浸出時(shí)間縮短。劉彬等人[9]引入超聲處理技術(shù)強(qiáng)化鐵鹽浸出黃銅礦這一新穎研究方法。在相同浸出條件下,用超聲波處理后,銅的浸出率提高,平均提高幅度在5%～10%,不但有效地縮短浸出反應(yīng)時(shí)間,而且顯著的提高銅的浸出率。趙文煥[10]等利用超聲波進(jìn)行銀精礦中金銀的氰化浸出小型試驗(yàn)和擴(kuò)大試驗(yàn),結(jié)果表明超聲波浸出法具有金銀浸出率高、浸出時(shí)間短、單耗低等優(yōu)點(diǎn),在佳試驗(yàn)條件下,金銀浸出率分別為97%～99%和95%～96%,浸出時(shí)間只是常規(guī)氰化浸出時(shí)間的1/2,單耗降低10kg/t。王少芬[11]等人將超聲波在硫化礦發(fā)電浸出過(guò)程中的應(yīng)用進(jìn)行了一定程度的研究。為了強(qiáng)化發(fā)電浸出過(guò)程,有效地提高輸出電流、電壓及金屬離子的浸出率,將超聲波引入到硫化礦與二氧化錳的同時(shí)發(fā)電浸出過(guò)程。在實(shí)驗(yàn)條件下,每次啟動(dòng)超聲裝置20min,直浸出約10h。在超聲場(chǎng)作用下,輸出電流和電壓都有明顯上升,采用超聲強(qiáng)化比未強(qiáng)化處理的浸出液,由于硫化礦浸出電極在超聲條件下的極化程度減弱,獲得了更大的輸出電流和輸出電壓,從而獲得了更高的浸出率。K.M.Swamy等[12]研究了在有超聲和無(wú)超聲的情況下,用尼日爾黑曲酶屬菌種浸出印度奧里薩幫紅土礦。在佳工藝參數(shù),如孢子濃度,葡萄糖用量,礦漿濃度,超聲波降解時(shí)間條件下,無(wú)超聲波時(shí),浸出20d,鎳的浸出率為92%;用43kHz,1.5W/cm2超聲處理30min后,在孢子濃度為106個(gè)/mL和葡萄糖濃度為2%條件下浸出14d,鎳的浸出率高達(dá)95%。并且在超聲波作用下,鎳的浸出效果比鐵的浸出效果好。

2.2提高單元操作速率

嚴(yán)偉[13]等人主要介紹了超聲波在協(xié)助萃取領(lǐng)域內(nèi)的發(fā)展和應(yīng)用情況。在相同傳質(zhì)領(lǐng)域里,用超聲波強(qiáng)化多的是液固萃取。高頻和低頻都能強(qiáng)化萃取,但低頻時(shí)達(dá)到同樣的強(qiáng)化程度小于高頻。超聲波產(chǎn)生的脈動(dòng)和控制的空化作用可以大大增加湍流強(qiáng)度及相接觸面積,從而強(qiáng)化傳質(zhì)。BatricPesic[14]等在用Kelex100溶劑萃取鎵并用超聲波處理人工合成溶液和工廠的實(shí)際溶液時(shí)發(fā)現(xiàn),超聲波的作用使鎵的萃取速率提高了15倍,所采用的超聲波頻率為20kHz,聲強(qiáng)為19W/cm2。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),在超聲波作用下,溫度對(duì)鎵的萃取速率沒(méi)有影響,而通常的萃取過(guò)程中,溫度升高對(duì)提高萃取速率是有利的。趙洪力[15]采用自行設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行了用超聲波技術(shù)處理含“薄膜鐵”天然硅砂的試驗(yàn),結(jié)果證明,在處理10min時(shí),除鐵率一般可達(dá)46%～70%,與同樣條件下機(jī)械擦洗相比高出15%～45%;處理時(shí)間只需1～5min即可達(dá)到機(jī)械擦洗10～15min所達(dá)到的效果,處理時(shí)間可縮短2/3以上。Romanteen[16]等研究了在600～800℃范圍內(nèi)CO還原PbO的動(dòng)力學(xué)。當(dāng)聲壓升15.8Pa,600℃時(shí),PbO的還原速率增加了15%～25%,升800℃時(shí)還原速率增加了2倍;同時(shí)還發(fā)現(xiàn)聲波頻率<6.6kHz時(shí)對(duì)PbO的還原速率沒(méi)有影響。

2.3在復(fù)合材料制備中的應(yīng)用

馮海闊[2]等人討論了超聲波在顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料制備過(guò)程中的應(yīng)用。超聲波在此過(guò)程中的主要作用,是改善顆粒與合金液潤(rùn)濕性及顆粒分散的均勻性。通過(guò)總結(jié)超聲分離技術(shù)的機(jī)理及研究現(xiàn)狀,提出一種很有發(fā)展?jié)摿Φ牟捎贸暦蛛x技術(shù)制備顆粒增強(qiáng)金屬基表面復(fù)合材料的新方法。王俊等[17]采用高能超聲復(fù)合法制備了致密度高、增強(qiáng)顆粒均勻分散的SiC顆粒/ZA22復(fù)合材料,其內(nèi)部沒(méi)有氣孔或顆粒偏聚等缺陷。認(rèn)為在試驗(yàn)所用高能超聲處理?xiàng)l件下,熔液中產(chǎn)生的瞬時(shí)局部高溫、高壓的聲空化效應(yīng)與具有高的速度和加速度的聲流效應(yīng)的協(xié)同作用,是改善增強(qiáng)顆粒與基體合金潤(rùn)濕性、并使顆粒在合金中均勻彌散分布的主要原因。潘進(jìn)等[18]用功率超聲波施加于金屬熔體中,可以在極短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)纖維與金屬的復(fù)合,制備出了高性能復(fù)合材料。液態(tài)金屬在超聲作用下能滲入顆粒預(yù)制件中或與顆粒均勻混合。超聲浸鍍可以實(shí)現(xiàn)鋼絲鍍鋅、鍍鋁。方孝春[19]結(jié)合超聲波理論和作用及高速電鍍理論,對(duì)鐵基粉末冶金件鍍鎳的傳統(tǒng)工藝與新工藝進(jìn)行了試驗(yàn)對(duì)比。經(jīng)過(guò)超聲波清洗的鍍件基體與鎳層結(jié)合力明顯提高;封孔處理可降低鍍層孔隙,耐蝕性能提高;鍍層封閉劑R處理后可有效填充和封閉鍍層孔隙,阻擋腐蝕電池的產(chǎn)生,從而提高單層鍍鎳層的防護(hù)性能和品質(zhì)。

2.4細(xì)化晶粒

孟麗華[20]研究了超聲波處理時(shí)間對(duì)工業(yè)純鋁鑄錠結(jié)晶組織的影響,分析了超聲波對(duì)工業(yè)純鋁結(jié)晶組織影響的原因。研究結(jié)果表明,采用超聲波方法處理熔體后,鑄錠的細(xì)化率大幅度提高,可使整個(gè)鑄錠斷面均為微細(xì)化的等軸晶組織,過(guò)剩的超聲波振動(dòng)將導(dǎo)致鑄錠細(xì)化率的下降。該實(shí)驗(yàn)從某種意義上證明了超聲波振動(dòng)的細(xì)化效果是來(lái)自于動(dòng)態(tài)形核機(jī)制。胡松青[21]在熔融金屬的冷卻過(guò)程中導(dǎo)入超聲波獲得了較小的晶粒,并且在超聲波的作用下,形成的晶核進(jìn)入振動(dòng)狀態(tài),從而加速生長(zhǎng)過(guò)程。對(duì)碳鋼的超聲處理表明,它可使晶粒尺度從200μm減少到25～30μm,碳鋼的延展性增加30%～40%,機(jī)械強(qiáng)度提高20%～30%。對(duì)金屬鋅冷卻結(jié)晶的研究表明,超聲處理可使其臨界切變應(yīng)力強(qiáng)度提高80%,而且,在頻率為25kHz、強(qiáng)度為50W/cm2的超聲波作用下,金屬鋅的晶形由圓柱形改變成均勻的六角形。Gomes等[22]認(rèn)為,在NaOH溶液中,用超聲波處理鋁土礦可以提高微擾作用和提高礦石顆粒的溶解速率,然后再用超聲波處理溶液,可使溶液中的固體顆粒沉降分離速度加快;用超聲波處理加晶種的鋁酸鈉溶液可以提高分解速率和使晶體生長(zhǎng)更均勻。趙忠興[23]在鑄造合金中導(dǎo)入超聲波,并通過(guò)硬脂酸和丁二腈在凝固時(shí)施加超聲波。結(jié)果認(rèn)為:其周期性的空化和攪拌作用,使合金液的溫度和成分均勻化,細(xì)化了鑄造組織,減輕了鑄造合金的宏觀偏析傾向,提高了鑄造組織的均勻性。他們還研究了超聲波對(duì)鋁合金結(jié)晶過(guò)程的影響[24],結(jié)果表明:對(duì)鋁合金液施加超聲波,以底部導(dǎo)入超聲波為好,可避免氧化夾雜的生成;超聲波施加于鋁合金液,可使其顯微組織明顯細(xì)化;超聲波在金屬液內(nèi)傳導(dǎo)過(guò)程中,其聲強(qiáng)度隨傳導(dǎo)距離的增加而衰減。

2.5超聲脫氣、去夾雜技術(shù)

用高聲強(qiáng)的超聲波處理液體可以明顯減少液體中溶解的氣體量[2]。該作用已經(jīng)被用于熔融金屬液的脫氣過(guò)程,成為超聲脫氣技術(shù)。魯曼里、艾斯瑪赫和玻依奇[25]用超聲波處理了含5%～7%鎂的鋁鎂合金,結(jié)果表明,超聲波對(duì)熔融金屬中排出氣體的作用很大。超聲彈性振動(dòng)在幾分鐘內(nèi)可以使合金*去氣。白曉清[26]等研究了超聲波對(duì)流動(dòng)液體中夾雜物去除效果的實(shí)驗(yàn),無(wú)超聲波作用下,夾雜物會(huì)自然上浮液體表面并且僅有少量的夾雜物粘附于容器的壁面和底部;在超聲波作用下,夾雜物因凝聚在短時(shí)間內(nèi)容易上浮液體表面或粘附于容器的壁面和底部。在1.5s和30s時(shí),可以明顯觀察到有超聲波作用的液體更為清澈。SarukhanovR.G[27]等研究了在頻率44kHz、振幅1μm的超聲波作用下錫的結(jié)晶凈化過(guò)程,結(jié)果表明,超聲波改善了雜質(zhì)元素的分離效果,使Cu、Au、Cr、Ni在錫中的分配系數(shù)降低了25%～45%,從而達(dá)到使錫精煉的目的。

2.6超聲無(wú)損檢測(cè)(NDT)技術(shù)

陳革等[28]針對(duì)粉末冶金(PM)零件在制備過(guò)程中不可避免存在的缺陷(氣孔或裂紋),采用NDT技術(shù)對(duì)其進(jìn)行了初步研究。結(jié)果表明,超聲無(wú)損檢測(cè)散射波的波形可在一定程度上反映粉末冶金制品中孔隙的數(shù)量和狀態(tài)。散射波不明顯時(shí),說(shuō)明材料的孔隙很小,可能小于超聲波的波長(zhǎng);散射信號(hào)雜亂且增強(qiáng)時(shí),說(shuō)明材料孔隙較多。但散射波與孔隙之間的量的對(duì)應(yīng)關(guān)系,因所受影響因素眾多,只能大概反映孔隙的狀況。超聲無(wú)損檢測(cè)中聲速和材料中的孔隙率有一定的線性關(guān)系,聲速的減小代表了材料孔隙的增多,同時(shí)在一定程度上也反映了材料的性能。因此,可以用超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)來(lái)評(píng)價(jià)PM材料的某些性能。從而達(dá)到對(duì)該類(lèi)零件實(shí)現(xiàn)非破壞性的快速、全面檢測(cè)的目的。李軍[29]對(duì)不銹鋼復(fù)合鋼板超聲波檢測(cè)方法進(jìn)行了闡述。在檢測(cè)不銹鋼復(fù)合鋼板時(shí),通常選用單晶直探頭局部水浸法從復(fù)板一側(cè)按照掃查靈敏度進(jìn)行檢測(cè),一旦發(fā)現(xiàn)缺陷波的信號(hào),先將其圈住,再用單晶直探頭的直接接觸法準(zhǔn)確劃出缺陷的邊界(確定邊界用缺陷波全波消失法),并按照生產(chǎn)合同技術(shù)要求的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),對(duì)缺陷是否可以修復(fù)做出準(zhǔn)確評(píng)判。

3結(jié)論

(1)超聲波對(duì)許多冶金過(guò)程確實(shí)能起到有效的強(qiáng)化作用。從實(shí)際應(yīng)用的角度來(lái)看,現(xiàn)在的超聲波設(shè)備普遍存在功率小的問(wèn)題,不能*工業(yè)化生產(chǎn)的要求,盡快研究出大功率超聲波設(shè)備是解決應(yīng)用問(wèn)題的當(dāng)務(wù)之急。隨著科技的進(jìn)步,可以相信在不久的將來(lái),功率超聲在強(qiáng)化冶金過(guò)程、復(fù)合材料的制備、細(xì)化晶粒,脫氣去雜質(zhì),檢測(cè)等方面的應(yīng)用將越來(lái)越廣闊,發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。

(2)超聲波會(huì)導(dǎo)致固體和液體出現(xiàn)“空化現(xiàn)象”。雖然對(duì)生物體來(lái)說(shuō),產(chǎn)生瞬態(tài)空化作用時(shí),靠近爆炸氣泡附近的細(xì)胞會(huì)受到損傷,但一般說(shuō)來(lái),在人體內(nèi)大多數(shù)器官和生物流體中,損傷少量細(xì)胞不會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生危害。

(3)超聲波在我國(guó)冶金工業(yè)中的應(yīng)用發(fā)展迅速,一方面得益于技術(shù)本身的不斷完善,另一方面有超聲波設(shè)備生產(chǎn)廠家的支撐,比如深圳市科工達(dá)超聲設(shè)備有限公司、深圳市時(shí)代超聲設(shè)備有限公司、寧波海曙金達(dá)超聲設(shè)備有限公司、北京超聲波明和公司等大型制造廠商,都以生產(chǎn)冶金行業(yè)超聲波設(shè)備為主。