在金屬、更具體而言液態鋁的鑄造領域中，檢測液態金屬的質量是極其重要的，例如通過測定夾雜物清潔度來檢測。實際上，其決定由液態鋁制備的用于制造物品、特別是封閉容器如飲料罐或氣溶膠罐的板材的質量和廢品率。如果合適，在進行鑄造之前，必須應用適合的處理如脫氣、過濾來減少夾雜物的數量等，以提高金屬的質量。

自20世紀60年代以來，已開發了測量和處理具有低熔點的液態金屬(Ga、Sn、Pb、Zn等)的超聲波法。這些方法使用與液態金屬耦合的金屬波導，借助于分別由待分析的金屬對波導的潤濕來發射和接收波。

在液態鋁及其處理中的在線非破壞性檢測的問題在于其非?；顫姷男再|。實際上，液態鋁對用作超聲波導的金屬(鋼、鈦等)的潤濕導致這些金屬溶解，使得在液態鋁中進行的測量在長期內是不可靠的。

另外，即使在這種情況下，潤濕也不是完美的，且已經開發了用于改善潤濕的方法。這一點的證據具體地見于由“Reynolds Metal Company”所擁有的專利EP0035545B1(具有1979年的優先權)，該專利要求保護鋁膜在鈦超聲波發生器上的氣相沉積。然而，事實上，即使在這種設計中，由于波導材料與液態鋁的反應，潤濕質量在使用過程中也會變化。

此外，使用難熔陶瓷波導不是最佳的，這是因為鋁對陶瓷的潤濕不足，從而阻止了超聲波發生器與液態金屬之間令人滿意的耦合。陶瓷和鋁之間的潤濕界面可以通過金屬在波導上的預先化學沉積而產生，但是這種沉積方法成本高，并且所述沉積使用時間短。

本發明的目的之一是在波導和液態鋁之間形成穩定的界面，從而防止波導構成材料的任何溶解并且不需要進行界面沉積。為此，本發明涉及一種使用超聲波發生器的方法，其包括以下步驟：

a)提供液態金屬的第一熔池，所述液態金屬包含含量為X的鋁和含量為Y的鎂，鎂含量Y不同于零，

b)將由對液態鋁呈惰性的材料形成的超聲波發生器至少部分地浸入所述液態金屬的第一熔池中，以及

c)向所述超聲波發生器施加功率超聲波，以激發所述液態金屬，直到獲得所述液態金屬對所述超聲波發生器的潤濕。

d)冷卻第一熔池的第一金屬，直到第一液態金屬在所述超聲波發生器周圍凝固，從而在所述超聲波發生器和凝固的第一液態金屬之間產生緊密結合，其結合強度基本上等于在兩種金屬之間釬焊的結合強度。

e)將凝固的第一金屬加工成法蘭的形式，使所述法蘭構造成用于連接機械放大器和/或換能器。

因此，通過該方法，一旦超聲波發生器已經從第一液態金屬熔池中暴露，就顯示存在穩定的鋁和/或鎂層，也即其不會如同通常僅浸入液態鋁中的陶瓷的情況一樣剝離，證明存在超聲波發生器的潤濕。

此外，經過了這種處理并隨后用于液態鋁的超聲波發生器顯示出其傳輸和接收在MHz范圍內的低功率超聲波——通常稱為測量超聲波——的能力，這也證明已經獲得潤濕。

優選地，步驟a)由以下構成：提供液態金屬的第一熔池，所述液態金屬包含含量Y大于或等于0.05重量％的鎂，優選含量Y大于0.5重量％，且更優選含量Y大于或等于0.7重量％。

實際上，將少量的鎂與液態鋁結合使得可以獲得令人滿意的鋁對超聲波發生器的潤濕。當液態金屬的鎂含量高時，更加快速地獲得潤濕。具體地，對于鎂含量小于1％，激發時間保持幾分鐘，而對于約5％的Mg的存在，激發時間小于1分鐘。

根據一種選擇，步驟a)由以下構成：提供液態金屬的第一熔池，其中液態鋁含量X為零。那么，在該變體方案中，超聲波發生器由鎂潤濕。因此，該方法提供了由鎂潤濕超聲波發生器的方法替代方案，其通常使用由鈦或鋼材料制成的超聲波發生器實現。這擴展了可以設想用鎂潤濕的超聲波發生器材料和應用領域。

有利地，在步驟b)中所浸入的超聲波發生器由氮化硅陶瓷或氮氧化硅陶瓷、特別是SiAlON形成。在本文中應理解，術語SiAlON來自“硅-鋁-氧-氮化物”的首字母縮寫，其定義了一類基于硅、鋁、氮和氧的難熔陶瓷家族，也被定義為硅和鋁的氮氧化物。用SiAlON——一種已知相對于液態鋁呈惰性并且廣泛用于鋁工業中的材料——獲得潤濕是更令人驚訝的，因為即使在延長接觸時間之后，鋁也不粘附到用作浸沒式加熱器包層的SiAlON管上。證據是在SiAlON包層取出后保留的鋁層容易剝離。

根據一種配置，施加功率超聲波的步驟c)由以下構成：施加低頻超聲波。優選地，所使用的頻率在10和40kHz之間。所施加的超聲波的功率例如在50和150W之間。這些頻率通常適用于激發超聲波發生器和液態鋁。顯然可以使用其他功率，條件是它們可以在與工業約束相適應的時間內(通常在幾分鐘內)在液態金屬中產生空化作用(cavitation)。

例如，對于2.5重量％的鎂含量Y，使用頻率為約20KHz且功率為150W的超聲波，為獲得超聲波發生器的潤濕所需的激發時間小于10分鐘。

根據一種選擇，步驟a)包括提供包含鋁的第一液態金屬熔池，所述鋁的含量X不同于零，使得第一熔池包含第一液態鋁合金。

在步驟c)之后，所述方法包括步驟d)，即冷卻第一熔池的第一液態鋁合金，直到第一鋁合金在超聲波發生器周圍凝固，從而超聲波發生器和凝固的第一鋁合金之間產生緊密結合。

通過該方法，超聲波發生器與凝固的鋁合金緊密結合，獲得與在兩種金屬之間釬焊類似的性質。通過掃描式電子顯微(SEM)觀察到，使用該方法在結合的超聲波發生器與鋁之間獲得的界面的拋光截面的確顯示出具有完美結合的密封而沒有任何脫離并且兩種材料之間具有冶金學的連續性，能夠實現鋁和超聲波發生器之間的最佳機械耦合。

因此，超聲波發生器和凝固的第一鋁合金之間的緊密結合的結合強度至少基本上等于在兩種金屬之間釬焊的結合強度。

再次根據該選擇，所述方法包括在步驟d)之后進行的步驟e)，即將凝固的第一鋁合金加工成法蘭形式，使所述法蘭構造成用于連接機械放大器和/或換能器。顯然，加工凝固的鋁的該步驟e)在所述凝固的鋁從熔爐中釋放出之后進行。這種設計使得盡管功率超聲波連續傳輸幾個小時，仍然可以獲得機械耦合而沒有脫離。在旋擰到法蘭的換能器和超聲波發生器之間沒有出現去耦的跡象。這種設計使得可以大大改善通常在超聲波發生器和換能器之間借助于僅簡單地夾在超聲波發生器上的金屬法蘭所形成的組件的質量。實際上，現有技術的這種組件不適于在大于幾分鐘的時間內傳輸高功率。

根據一個變體方案，在步驟e)之后，所述方法包括以下步驟

f)將超聲波發生器(3)的另一端浸入液態金屬(1)的第一熔池并如步驟c)中一樣在液態金屬(1)的第一熔池中將所述超聲波發生器(3)潤濕，

g)提供第二液態鋁合金的第二熔池，

h)將超聲波發生器至少部分地浸入第二液態鋁合金的第二熔池中，以及

i)對超聲波發生器施加功率超聲波，以再次產生潤濕

j)對超聲波發生器施加功率超聲波或測量超聲波

實際上，首先在第一鋁合金中潤濕的超聲波發生器可在與第一熔池區別的另一鋁熔池中重復使用。在這種情況下，優選對超聲波發生器再次施加功率超聲波以再次激活潤濕。實際上，在非無水氣氛中將潤濕的超聲波發生器從第一熔池中暴露出會在表面上形成氧化物，從而阻礙超聲波傳輸。即使在其中沒有鎂的情況下，在第二熔池中施加功率超聲波也能夠再次產生潤濕。在該變體方案中，能夠將換能器連接到超聲波發生器的法蘭可以根據上述方法的步驟d)和e)形成。

在這種情況下，步驟g)中提供的第二液態鋁合金包含含量Y’在0和0.7重量％之間的鎂。

根據一種選擇，步驟g)中提供的第二熔池的第二液態鋁合金由液態AlSiMg合金形成，液態AlSiMg合金包含含量為0.5至7重量％的Si和含量Y’為0至0.7重量％的Mg。因此，可以使用通過本發明潤濕的超聲波發生器來持久和有效地傳輸用于處理任何類型的液態鋁合金的功率超聲波或用于合金的非破壞性檢測的測量超聲波。

根據另一個變體方案，第二熔池包含任何類型的液態鋁合金，例如AlCuMg類型的液態鋁合金。

當第一液態金屬熔池的液態鋁含量X為零時，超聲波發生器的潤濕通過鎂進行，這仍然能夠隨后用于在第二鋁合金熔池中載送超聲波。

特別地，當第二鋁合金熔池與第一液態金屬熔池不同時，在所述方法的步驟i)中施加的超聲波具有在10和40kHz之間、優選約20kHz的振動頻率和例如在50和150W之間、優選約150W的功率，持續時間為幾分鐘，且優選約10分鐘。

根據第二方面，本發明涉及一種聲透射裝置，其包括：至少一個由陶瓷制成的超聲波發生器，所述陶瓷由氮化硅或氮氧化硅形成，例如SiAlON；以及由鋁合金制成的法蘭，所述法蘭通過緊密結合連接到超聲波發生器。該裝置在換能器和超聲波發生器之間提供持久的機械耦合，并且意味著可以設想液態鋁質量測量。此外，該裝置可以與通過液態鋁潤濕由SiAlON制成的超聲波發生器的方法結合使用，以改善液態鋁的非破壞性檢測測量(如夾雜物的探測、多普勒超聲速測量、液態鋁中的水診(hydrophony))的可靠性。

在閱讀以下作為非限制性實施例并參考附圖給出的實施方案的描述后，本發明的其它方面、目的和優點將更清楚地顯現。為了提高可辨認性，附圖不一定遵守所表示的元件的比例。在下文的描述中，為了簡化的目的，各個實施方案的相同、相似或等效元件具有相同的附圖標記。

-圖1至圖3是根據本發明的一個實施方案的使用超聲波發生器的方法的示意圖的圖示。

-圖4至圖6是根據本發明的一個實施方案的形成緊密結合的示意圖的圖示。

-圖7至圖8是根據本發明的一個實施方案的所潤濕的超聲波發生器的另一用途的示意圖的圖示。

如圖1中所示，在容器2如熔爐中制備液態金屬1的第一熔池。根據所述方法的步驟a)，液態金屬1具體包含非零含量X的液態鋁(主要組分)和含量Y為約0.7重量％的鎂。然后將由難熔且對液態鋁呈惰性的SiAlON陶瓷制成的超聲波發生器3部分地浸入液態金屬1的第一熔池中(步驟b)，圖2)。通過換能器4或換能器-放大器組件對超聲波發生器3施加功率超聲波，以激發所述超聲波發生器(步驟c)。所施加的功率超聲波是約20kHz的低頻超聲波，其中功率為150W。在進行該處理幾分鐘之后，形成超聲波發生器3的潤濕5，在超聲波發生器3的表面上發現了不易剝離的鋁層或鋁膜(圖3)。尤其是在10和40kHz之間的其他所謂“低頻”振動頻率可用于通過超聲波發生器3激發液態金屬1。類似地，可以設想其他功率值，只要它們在與工業方法相適應的時間內在液態金屬中足以產生空化現象以迅速獲得潤濕。

根據未示出的一個變體實施方案，液態金屬1中的鎂含量Y為0.05或0.5重量％。因此，用于獲得潤濕的超聲波處理時間與對于鎂含量Y為0.7重量％所獲得的超聲波處理時間相比延長。

根據一個替代方案，借助于超聲波功率增加，用于獲得潤濕的處理時間與在鎂含量Y為0.7重量％的情況下獲得潤濕的處理時間相同。

此外，根據另一個變體方案，由對液態鋁呈惰性的材料如氮化硅或氮氧化硅家族的難熔陶瓷構成的任何超聲波發生器3均通過該方法由液態鋁潤濕。

根據未示出的另一個變體方案，第一熔池1的鋁含量X為零。在這種情況下，超聲波發生器3的潤濕用含量Y接近100重量％的鎂獲得。然后將以這種方式潤濕的該超聲波發生器3浸入第二液態鋁合金的第二熔池中，以隨后適于長期載送超聲波而無功率損耗。

根據圖4至圖6中所示的一種選擇，使包含第一液態鋁合金1的第一熔池——超聲波發生器3在其中通過施加功率超聲波而潤濕(圖4-步驟c)——恢復到環境溫度(圖5-步驟d)。一旦冷卻，第一鋁合金1就在超聲波發生器3的周圍凝固，從而在超聲波發生器3和凝固的合金1之間產生緊密結合6(參見圖5)。緊密結合6對應于在沒有任何脫離的情況下具有完美結合的密封以及在陶瓷和第一鋁合金之間的冶金學連續性。然后，將與第一鋁合金1緊密結合的超聲波發生器3從熔爐2中釋放出，并且通過車削和鉆孔來機加工凝固的合金1，以形成與陶瓷緊密結合的圓柱形法蘭7(圖6，步驟e)。在鋁和SiAlON之間形成的緊密結合6的性質與在兩種金屬之間釬焊類似。由此獲得聲透射裝置8，其在鋁和超聲波發生器3之間實現最佳機械耦合。

顯然，該方法可以使用不同組成的鋁和鎂的合金——含或不含硅——且特別是使用包含銅的合金來實施。根據圖7和圖8中所示的一種選擇，將由液態鋁潤濕的超聲波發生器3從第一熔池1中移出(步驟f，圖7)，以部分地浸入液態鋁合金1’的第二熔池中(步驟g、h，圖8)。以20kHz的振動頻率和約150W的功率對超聲波發生器3施加超聲波，以在即使沒有鎂的情況下在第二液態鋁合金1’中再次產生潤濕5(步驟i)。實際上，第二液態鋁合金1’由AlSiMg形成，AlSiMg具有含量在0.5和7重量％之間的Si和含量Y為0重量％至0.7重量％的Mg。然后可以將由此獲得的超聲波發生器3再用于在第二液態鋁合金1’中有效地傳輸功率超聲波或測量超聲波(例如，頻率為100kHz)。

根據未示出的一種選擇，在所述方法的步驟f)(圖6)之后，將與超聲波發生器3緊密結合6的法蘭7隨后用于連接換能器4。然后將以這種方式連接到換能器4的超聲波發生器3如上所述在鋁合金的熔池中潤濕。由換能器4發射的超聲波于是經由法蘭7傳輸到潤濕的超聲波發生器3，其又將超聲波傳輸到鋁合金的熔池，以進行用于實現優質鑄造的液態鋁的檢測或處理。

因此，本發明涉及一種通過使用鋁或鎂獲得的潤濕來使用超聲波發生器3的方法，其廉價且易于實施。本發明還涉及在超聲波發生器的材料和凝固的鋁合金1’之間形成緊密結合6，其實現起來非常簡單并且適于制備完美密封到超聲波發生器3的法蘭7，并且適于特別是長期用于傳輸測量超聲波或功率超聲波。

顯然，本發明不限于以上通過實施例描述的實施方案，而是包括所述手段的任何技術等同物和變體以及其組合。