صقل بالموجات فوق الصوتية من المعادن يذوب
- تظهر الموجات فوق الصوتية القوية في المعادن والسبائك المنصهرة تأثيرات مفيدة مختلفة مثل الهيكلة وإزالة الغازات وتحسين الترشيح.
- Ultrasonication يعزز التصلب غير التغصني في المعادن السائلة وشبه الصلبة.
- Sonication له فوائد كبيرة على الصقل المجهري للحبيبات المتغصنة والجسيمات الأولية بين المعادن.
- علاوة على ذلك ، يمكن استخدام الموجات فوق الصوتية للطاقة بشكل هادف لتقليل المسامية المعدنية أو لإنتاج هياكل متوسطة المسامية.
- أخيرا وليس آخرا ، تعمل الموجات فوق الصوتية على تحسين جودة المسبوكات.
التصلب بالموجات فوق الصوتية من يذوب المعادن
يؤثر تكوين الهياكل غير المتغصنة أثناء تصلب ذوبان المعادن على خصائص المواد مثل القوة والليونة والمتانة و / أو الصلابة.
نواة الحبوب المعدلة بالموجات فوق الصوتية: يزيد التجويف الصوتي وقوى القص الشديدة من مواقع التنوي وعدد النوى في الذوبان. تؤدي المعالجة بالموجات فوق الصوتية للذوبان إلى نواة غير متجانسة وتفتيت التشعبات ، بحيث يظهر المنتج النهائي صقلا أعلى بكثير من الحبوب.
يتسبب التجويف بالموجات فوق الصوتية في ترطيب الشوائب غير المعدنية في الذوبان. تتحول هذه الشوائب إلى مواقع نواة ، وهي نقاط البداية للتصلب. نظرا لأن نقاط التنوي هذه تتقدم على مقدمة التصلب ، فإن نمو الهياكل الشجيرية لا يحدث.
البنية الكلية لسبائك Ti بعد العلاج بالموجات فوق الصوتية. ينتج عن الموجات فوق الصوتية بنية حبوب مكررة بشكل كبير.
تعمل الدكتورة Andreeva-Bäumler ، جامعة بايرويت ، مع جهاز الموجات فوق الصوتية UIP1000hdT على هيكلة نانو للمعادن.
تأثيرات الموجات فوق الصوتية على صلابة فيكر السبائك: الموجات فوق الصوتية يحسن صلابة فيكرز الدقيقة في المعدن
(دراسة ورسم: ©Ruirun et al. ، 2017)
تجزئة التغصنات: يبدأ ذوبان الزوائد الشجيرية عادة من الجذر بسبب ارتفاع درجة الحرارة المحلية والفصل. يولد Sonication الحمل الحراري القوي (نقل الحرارة عن طريق الحركة الجماعية للسائل) وموجات الصدمة في الذوبان ، بحيث يتم تجزئة التشعبات. يمكن أن يعزز الحمل الحراري تجزئة الزوائد الشجيرية بسبب درجات الحرارة المحلية القصوى وكذلك الاختلافات في التركيب ويعزز انتشار المذاب. تساعد موجات صدمة التجويف على كسر تلك الجذور الذائبة.
التفريغ بالموجات فوق الصوتية للسبائك المعدنية
التفريغ هو تأثير مهم آخر للموجات فوق الصوتية على المعادن والسبائك السائلة وشبه الصلبة. يخلق التجويف الصوتي دورات ضغط منخفض / ضغط مرتفع بالتناوب. خلال دورات الضغط المنخفض ، تحدث فقاعات فراغ صغيرة في السائل أو الطين. تعمل هذه الفقاعات المفرغة كنوى لتكوين فقاعات الهيدروجين والبخار. بسبب تكوين فقاعات هيدروجين أكبر ، ترتفع فقاعات الغاز. يساعد التدفق الصوتي والتدفق على تعويم هذه الفقاعات إلى السطح والخروج من الذوبان ، بحيث يمكن إزالة الغاز وتقليل تركيز الغاز في الذوبان.
يقلل التفريغ بالموجات فوق الصوتية من مسامية المعدن مما يحقق بالتالي كثافة مواد أعلى في المنتج المعدني / السبائكي النهائي.
إزالة الغاز بالموجات فوق الصوتية من سبائك الألومنيوم رفع قوة الشد القصوى وليونة المواد. تعتبر أنظمة الموجات فوق الصوتية للطاقة الصناعية الأفضل بين طرق التفريغ التجارية الأخرى فيما يتعلق بالفعالية ووقت المعالجة. علاوة على ذلك ، تم تحسين عملية ملء القالب بسبب انخفاض لزوجة الذوبان.
خصائص الانضغاط ل Ti44Al6Nb1Cr2V تحت أوقات صوتنة مختلفة. Sonication يحسن قوة الانضغاط بشكل كبير.
(دراسة ورسم: ©Ruirun et al. ، 2017)
BS4D22L3C سونوترود السيراميك هو سونوترود خاص مناسب لسوائل درجة الحرارة العالية صوتنة مثل الألومنيوم المصهور (على سبيل المثال للخلط وإزالة الغازات).
تأثير الشعيرات الدموية أثناء الترشيح
التأثير الشعري بالموجات فوق الصوتية في المعادن السائلة هو التأثير الدافع لإزالة شوائب الأكسيد أثناء الترشيح بمساعدة الموجات فوق الصوتية للذوبان. (إسكين وآخرون 2014: 120 وما يليها.)
يستخدم الترشيح لإزالة الشوائب غير المعدنية من الذوبان. أثناء الترشيح ، يمر المصهور بشبكات مختلفة (مثل الألياف الزجاجية) لفصل الشوائب غير المرغوب فيها. كلما كان حجم الشبكة أصغر ، كانت نتيجة الترشيح أفضل.
في ظل الظروف الشائعة ، لا يمكن للذوبان تمرير مرشح من طبقتين بحجم مسام ضيق للغاية يبلغ 0,4-0,4 مم. ومع ذلك ، في ظل الترشيح بمساعدة الموجات فوق الصوتية ، يتم تمكين الذوبان لتمرير مسام الشبكة بسبب تأثير الشعيرات الدموية. في هذه الحالة ، تحتفظ الشعيرات الدموية المرشحة حتى بالشوائب اللافلزية من 1-10 ميكرومتر. بسبب النقاء المعزز للسبائك ، يتم تجنب تكوين مسام الهيدروجين عند الأكاسيد ، بحيث تزداد قوة التعب في السبائك.
أظهر Eskin et al. (2014: 120ff.) أن الترشيح بالموجات فوق الصوتية يجعل من الممكن تنقية سبائك الألومنيوم AA2024 و AA7055 و AA7075 باستخدام مرشحات الألياف الزجاجية متعددة الطبقات (مع ما يصل إلى 9 طبقات) مع 0.6×0مسام شبكية .6 مم. عندما يتم الجمع بين عملية الترشيح بالموجات فوق الصوتية مع إضافة اللقاحات ، يتم تحقيق صقل الحبوب في وقت واحد.
التعزيز بالموجات فوق الصوتية للسبائك المعدنية
ثبت أن الموجات فوق الصوتية فعالة للغاية في تشتيت جزيئات النانو بشكل موحد في الملاط. لذلك ، فإن المشتتات بالموجات فوق الصوتية هي أكثر المعدات شيوعا لإنتاج المركبات المقواة بالنانو.
جسيمات النانو (مثل Al2O3/ SiC ، CNTs) كمواد تقوية. تضاف جزيئات النانو إلى السبيكة المنصهرة وتنتشر بالموجات فوق الصوتية. يعمل التجويف الصوتي والتدفق على تحسين التكتل وقابلية البلل للجزيئات ، مما يؤدي إلى تحسين قوة الشد وقوة الخضوع والاستطالة.
معدات الموجات فوق الصوتية للتطبيقات الشاقة
يتطلب تطبيق الموجات فوق الصوتية للطاقة في علم المعادن أنظمة الموجات فوق الصوتية القوية والموثوقة ، والتي يمكن تثبيتها في البيئات الصعبة. Hielscher Ultrasonics لوازم معدات الموجات فوق الصوتية الصف الصناعية للمنشآت في التطبيقات الثقيلة والبيئات القاسية. تم تصميم جميع الموجات فوق الصوتية لدينا لعملية 24/7. يتم إقران أنظمة الموجات فوق الصوتية عالية الطاقة Hielscher مع المتانة والموثوقية والتحكم الدقيق.
العمليات الصعبة – مثل تكرير المعادن يذوب – تتطلب القدرة على صوتنة مكثفة. Hielscher المعالجات بالموجات فوق الصوتية الصناعية بالموجات فوق الصوتية تقديم السعات عالية جدا. يمكن تشغيل السعات التي تصل إلى 200 ميكرومتر بسهولة بشكل مستمر في عملية 24/7. للحصول على سعات أعلى ، تتوفر سونوتروديس بالموجات فوق الصوتية المخصصة.
لصوتنة عالية جدا السائل ودرجات الحرارة الذائبة، Hielscher يقدم مختلف sonotrodes والإكسسوار مخصصة لضمان نتائج المعالجة المثلى.
يمنحك الجدول أدناه مؤشرا على قدرة المعالجة التقريبية لأجهزة الموجات فوق الصوتية لدينا:
| حجم الدفعة | معدل التدفق | الأجهزة الموصى بها |
|---|---|---|
| 10 إلى 2000 مل | 20 إلى 400 مل / دقيقة | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 إلى 20 لتر | 0.2 إلى 4 لتر / دقيقة | UIP2000hdT |
| 10 إلى 100 لتر | 2 إلى 10 لتر / دقيقة | UIP4000 |
| ن.أ. | 10 إلى 100 لتر / دقيقة | UIP16000 |
| ن.أ. | أكبر | مجموعة من UIP16000 |
اتصل بنا! / اسألنا!
الأدب / المراجع
- Eskin, Georgy I.; Eskin, Dmitry G. (2014): Ultrasonic Treatment of Light Alloy Melts. CRC Press,Technology & Engineering 2014.
- Jia, S.; Xuan, Y.; Nastac, L.; Allison, P.G.; Rushing, T.W: (2016): Microstructure, mechanical properties and fracture behavior of 6061 aluminium alloy-based nanocomposite castings fabricated by ultrasonic processing. International Journal of Cast Metals Research, Vol. 29, Iss. 5: TMS 2015 Annual Meeting and Exhibition 2016. 286-289.
- Ruirun, C. et al. (2017): Effects of ultrasonic vibration on the microstructure and mechanical properties of high alloying TiAl. Sci. Rep. 7, 2017.
- Skorb, E.V.; Andreeva, D.V. (2013): Bio-inspired ultrasound assisted construction of synthetic sponges. J. Mater. Chem. A, 2013,1. 7547-7557.
- Tzanakis,I.; Xu, W.W.; Eskin, D.G.; Lee, P.D.; Kotsovinos, N. (2015): In situ observation and analysis of ultrasonic capillary effect in molten aluminium . Ultrasonic Sonochemistry 27, 2015. 72-80.
- Wu, W.W:; Tzanakis, I.; Srirangam, P.; Mirihanage, W.U.; Eskin, D.G.; Bodey, A.J.; Lee, P.D. (2015): Synchrotron Quantification of Ultrasound Cavitation and Bubble Dynamics in Al-10Cu Melts.
حقائق تستحق المعرفة
قوة الموجات فوق الصوتية والتجويف
عندما تقترن الموجات فوق الصوتية عالية الكثافة بالسوائل أو الملاط ، فإن ظاهرة التجويف يحدث.
تتسبب الموجات فوق الصوتية عالية الطاقة ومنخفضة التردد في تكوين فقاعات التجويف في السوائل والملاط بطريقة خاضعة للرقابة. تولد الموجات فوق الصوتية المكثفة دورات ضغط منخفض / ضغط مرتفع بالتناوب في السائل. هذه التغيرات السريعة في الضغط تولد فراغات ، ما يسمى فقاعات التجويف. يمكن اعتبار فقاعات التجويف المستحثة بالموجات فوق الصوتية مفاعلات كيميائية دقيقة توفر درجات حرارة وضغوط عالية على المستوى المجهري ، حيث يحدث تكوين الأنواع النشطة مثل الجذور الحرة من الجزيئات الذائبة. في سياق كيمياء المواد ، يتمتع التجويف بالموجات فوق الصوتية بإمكانات فريدة تتمثل في تحفيز تفاعلات درجات الحرارة العالية (حتى 5000 كلفن) والضغط العالي (500 ضغط جوي) محليا ، بينما يظل النظام مجهريا بالقرب من درجة حرارة الغرفة والضغط المحيط. (راجع سكورب ، أندريفا 2013)
تعتمد العلاجات بالموجات فوق الصوتية بشكل أساسي على تأثيرات التجويف. بالنسبة للمعادن ، تعتبر الصوتنة تقنية مفيدة للغاية لتحسين صب المعادن والسبائك.
إلى جانب معالجة ذوبان المعادن ، يتم استخدام صوتنة أيضا لإنشاء هياكل نانوية تشبه الإسفنج وأنماط نانو على الأسطح المعدنية الصلبة مثل التيتانيوم والسبائك. تظهر أجزاء التيتانيوم والسبائك ذات البنية النانوية بالموجات فوق الصوتية قدرة كبيرة كغرسات مع تكاثر الخلايا العظمية المنشأ المحسن. اقرأ المزيد عن هيكلة النانو بالموجات فوق الصوتية لزراعة التيتانيوم!