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Verfahren und Einrichtung zur Bildung von Metallegierungen mittels
Schall oder Ultraschall Es ist bereits bekannt, Metallschmelzen mit Schall oder
Ultraschall zu behandeln, um in der Schmelze enthaltene Gasreste zu entfernen. Es
ist auch bereits bekannt, lUetallegierungen im geschmolzenen Zustand mit Schall
oder Ultraschall zu behandeln, um eine Durchmischung der einzelnen metallischen
Komponenten, die miteinander legiert werden sollen, und eine möglichst feinkörnige
Struktur des Metallgefüges zu erhalten. Hierbei werden die miteinander zu legierenden
Bestandteile in flüssigem Zustand, beispielsweise in der Schmelzwarne, durch einen
an die Wandung angreifenden Piezoschwinger erregt. Bei der Verwendung von Magnetostriktionsschwingern
zur Beschallung der Metallschmelzen ist es üblich, den Magnetostriktionsstab in
die Schmelzflüssigkeit eintauchen zu lassen.
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Die bekannten piezoelektrischen oder magnetostriktiven Beschallungseinrichtungen
zur Herstellung von Legierungen arbeiten mit einem verhältnismäßig geringen Nutzeffekt,
und die in der Schmelzwanne erzeugte Schall- oder Ultraschallleistung ist gering.
Darüber hinaus ist das Fassungsvermögen einer solchen Schmelzwanne gewöhnlich nicht
ausreichend, und die Legierungen können nicht in kontinuierlichem Betrieb, sondern
nur absatzweise gebildet werden. Die Erfindung sieht Mittel vor, durch die die den
bekannten Einrichtungen anhaftenden Nachteile wesentlich gemildert werden.
Gemäß
der Erfindung werden die einzelnen Legierungskomponenten durch an sich bekannte
Mittel in die flüssige Phase übergeführt und :dann mindestens eine der flüssigen
Komponenten durch eine Schall- oder Ultraschallpfeifen- oder -düsenanordnung in
die anderen) Komponente(n) dispergiert.
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Die Erfindung hat den Vorteil, daß ein kontinuierlicher Arbeitsbetrieb
mit den einfachsten Mitteln durchgeführt werden kann, ohne daß, wie bisher, Piezo-
oder Magnetostriktionsschwinger und Hochfrequenzspannungen zur Erregung des Piezoquarzes
oder des Magnetostriktionsschwingers erforderlich sind.
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Die Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
besteht aus einem Pfeifenkörper oder einem Düsenkörper mit vorgelagerter Schneide.
Dabei ist es erforderlich, die Körper des Schall- bzw. Ultraschallgenerators aus
hochschmelzenden metallischen oder keramischen Werkstoffen zu fertigen. Durch den
Pfeifen- oder Düsenkörper wird dann die eine flüssige Komponente hindurchgepreßt,
während sich die andere(n) Komponenten) in einem Auffanggefäß befinden. Die Einrichtung
kann aber auch so getroffen werden, daß die nicht durch die Pfeifen- oder Düsenanordnung
gepreßte(n:) Komponente(n) in ebenfalls kontinuierlichem Strom durch das Auffanggefäß
gefördert werden, wobei die Durchlaufgeschwindib keit dieser Komponenten der Durchlaufgeschwindigleit
der durch die Pfeifenanordnung gepreßten Flüssigkeitsmenge angepaßt wird.
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Gemäß weiterer Erfindung wird zweckmäßig das Gefäß, in das hinein
die fertige, noch flüssige Legierung abgeführt wird, oder die Legierung selbst einer
Schall- oder Ultraschallerregung ausgesetzt, die vorzugsweise so lange anzuhalten
hat, bis die Legierung erstarrt ist.
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Um ein Oxydieren der flüssigen Metallkomponenten während der Ultraschallbehandlung
möglichst zu verhindern, wird zweckmäßig die gesamte Behandlungs- und Beschallungsapparatur
so aufgebaut und abgeschlossen, daß die Legierungsbildung in einer sauerstoffarmen,
vorzugsweise inerten oder reduzierend wirkenden Atmosphäre erfolgt.
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Die Erfindung läßt sich mit besonderem Vorteil bei der Bildung von
solchen Legierungen anwenden, bei denen Komponenten verwendet werden, die sich in
ihren spezifischen Gewichten stark unterscheiden, beispielsweise bei der Bildung
der Legierung von sogenanntem Automatenaluminium, das aus einer Legierung von Blei
und Aluminium besteht.
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Durch die Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
die im folgenden an Hand von vier Ausführungsbeispielen gezeigt wird, lassen sich
besonders hohe Schalleistungen erzielen. Dabei ergeben sich feinste Verteilungen
der miteinander zu legierenden Metalle und ein sehr feines Kristallgefüge des fertigen
Gußstückes.
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Die Fig. i und 2 zeigen eine Düsen- und Schneidenanordnung, die Fig.3
und 4 zwei Pfeifenausführungsformen. Dabei sind einander entsprechende Teile der
einzelnen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die Fig. i zeigt die Düse i, vor deren Düsenmund in :gew-issem Abstand
die Schneide 2 angeordnet ist, deren eine Keilspitze dem Düsenmund zugerichtet ist.
Der Düsenmund, der in der Fig. 2 im Querschnitt dargestellt ist, zeigt eine schlitzförmige
Öffnung. Parallel zu dem Schlitz des Düsenmundes der Düse i verläuft die Kante der
Schneide. Düsenschlitz und Schneidenkante liegen in der gleichen Ebene. Soll beispielsweise
Blei in Aluminium dispergiert werden, so wird die Düse i und die Schneide 2 in der
Aluminiumschmelze angeordnet und durch das Ansatzrohr 3 der Düse i die Bleischmelze
in und durch die Düse i gepreßt. Der aus der schlitzförmigen Auslaßöffnung der Düse
i heraustretende Bleistrahl wird dann gegen die Schneide 2 geströmt. Hierdurch entstehen
an der Schneide Strömungswirbel, die die Schneide in Resonanzbiegeschwingungen versetzten
und zu Schall- oder Ultraschallschwingungen führen. Da jedes Bleiteilchen zwangsläufig
in die Schwingungszone hineingeblasen wird, so wird die gesamte Bleimenge zuverlässig
sehr fein zerteilt und in die Aluminiumschmelze 'hineindispergiert.
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In der Fig.3 ist eine weitere Düsen- und Schneidenanordnung gezeigt.
Die Düse i wird von einem zylindrischen, nach dem Auslaßende zu sich konisch verjüngenden
Mantel 4 und einem in seinem Inneren angeordneten, im wesentlichen zylindrischen
Kern 5 gebildet, die so zueinander angeordnet sind, daß ein ringförmiger Düsenspalt
6 entsteht. Der Kern 5 der Düse i ist mit dem Mantel 4 durch radiale Arme,7 verbunden,
zwischen denen die zu dispergierende Komponente, also z. B. Blei, hindurcht,retenkann.
Die Schneide 2 besteht aus einem ringförmigen Schneidenkörper, dessen zugespitzte
Seite der Düse zugewendet ist. Auf der Rückseite des Schneidenkörpers 2 befindet
sich der Membrankörper 8, der in Richtung zu .dem Schneidenkörper durch die Membran
9 abgeschlossen ist. In dem Membrankörper 8 isst Luft eingeschlossen. Bei dieser
Anordnung wird durch die Wirbelbildung an der Ringschneide :2 die Membran 9, die
an das Luftpolster angrenzt, zu Resonanzschwingungen erregt.
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In der Fig. 4 bilden die Düsen i und die Schneide 2 Teile einer Rundpfeife.
In dem Resonanzrohr io, io' der Pfeife, :das innen durch einen Luftspalt i i in
zwei konzentrische Rohre :io und io' aufgeteilt ist, ist ein verstellbarer Kolben
12, 12' angeordnet, durch dessen Verschiebung die Pfeifenlänge und somit die Frequenz
der Schwingungen verändert werden kann. Der Kolben 12, 12 selbst ist ebenfalls durch
einen. Luftspalt 13 in zwei Teile 12 und 12' aufgeteilt. - Durch die Wirbelbildung
an der Schneide 2 wird das Flüssigkeitsvolumen im Resonanzraum 14 des Pfeifenkörpers
zu Schall- oder Ultraschallschwingungen erregt.