Metal ərintilərinin ultrasəs təmizlənməsi
- Ərinmiş metallarda və ərintilərdə güc ultrasəsi strukturlaşdırma, deqazasiya və təkmilləşdirilmiş filtrasiya kimi müxtəlif faydalı təsirlər göstərir.
- Ultrasonication maye və yarı bərk metallarda qeyri-dendritik bərkiməni təşviq edir.
- Sonication dendritik taxılların və ilkin intermetal hissəciklərin mikrostruktur incəliyində əhəmiyyətli faydalara malikdir.
- Bundan əlavə, güclü ultrasəs metal gözenekliliyini azaltmaq və ya mezo-məsaməli strukturlar istehsal etmək üçün məqsədyönlü şəkildə istifadə edilə bilər.
- Nəhayət, güclü ultrasəs tökmələrin keyfiyyətini yaxşılaşdırır.
Metal ərintilərinin ultrasəs bərkiməsi
Metal ərintilərinin bərkiməsi zamanı dendritik olmayan strukturların əmələ gəlməsi materialın möhkəmlik, çeviklik, möhkəmlik və/və ya sərtlik kimi xüsusiyyətlərinə təsir göstərir.
Ultrasonik olaraq dəyişdirilmiş taxıl nüvəsi: Akustik kavitasiya və onun sıx kəsmə qüvvələri ərimədə nüvələşmə yerlərini və nüvələrin sayını artırır. Ərinmələrin ultrasəs müalicəsi heterojen nüvələşmə və dendritlərin parçalanması ilə nəticələnir ki, son məhsul əhəmiyyətli dərəcədə daha yüksək taxıl zərifliyini göstərir.
Ultrasonik kavitasiya ərimədə qeyri-metal çirklərin bərabər islanmasına səbəb olur. Həmin çirklər bərkləşmənin başlanğıc nöqtələri olan nüvələşmə yerlərinə çevrilir. Həmin nüvələşmə nöqtələri bərkimə cəbhəsini qabaqladığı üçün dendritik strukturların böyüməsi baş vermir.
Ultrasonik müalicədən sonra Ti xəlitəsinin makro quruluşu. Ultrasonication əhəmiyyətli dərəcədə təmizlənmiş taxıl strukturu ilə nəticələnir.
Dr. Andreeva-Bäumler, Bayreuth Universiteti, metalların nano-strukturlaşdırılması üzrə ultrasəs cihazı UIP1000hdT ilə işləyir.
Alaşımlı Vicker sərtliyinə ultrasəs təsirləri: Ultrasəsləmə metalda Vickers mikrosərtliyini yaxşılaşdırır
(tədqiqat və qrafika: ©Ruirun et al., 2017)
Dendritin parçalanması: Dendritlərin əriməsi adətən yerli temperaturun yüksəlməsi və seqreqasiya nəticəsində kökdən başlayır. Sonication güclü konveksiya (bir mayenin kütləvi hərəkəti ilə istilik ötürülməsi) və ərimədə şok dalğaları yaradır, beləliklə dendritlər parçalanır. Konveksiya həddindən artıq yerli temperatur, eləcə də kompozisiya dəyişikliyi səbəbindən dendrit parçalanmasını təşviq edə bilər və həll olunan maddənin yayılmasını təşviq edə bilər. Kavitasiya şok dalğaları əriyən köklərin qırılmasına kömək edir.
Metal ərintilərinin ultrasəs deqazasiyası
Deqazasiya güc ultrasəsinin maye və yarı bərk metallara və ərintilərə başqa mühüm təsiridir. Akustik kavitasiya alternativ aşağı təzyiq / yüksək təzyiq dövrləri yaradır. Aşağı təzyiq dövrləri zamanı maye və ya məhlulda kiçik vakuum qabarcıqları meydana gəlir. Bu vakuum qabarcıqları hidrogen və buxar qabarcıqlarının əmələ gəlməsi üçün nüvə rolunu oynayır. Daha böyük hidrogen qabarcıqlarının əmələ gəlməsi səbəbindən qaz baloncukları yüksəlir. Akustik axın və axın bu qabarcıqların səthə və ərimədən kənara çıxmasına kömək edir ki, qaz çıxarılsın və ərintidə qaz konsentrasiyası azalsın.
Ultrasonik deqazasiya metalın məsaməliliyini azaldır və bununla da son metal / ərinti məhsulunda daha yüksək material sıxlığına nail olur.
Alüminium ərintilərinin ultrasəs qazsızlaşdırılması materialın son dartılma gücünü və çevikliyini artırır. Sənaye gücü ultrasəs sistemləri effektivlik və emal müddəti ilə bağlı digər kommersiya deqazasiya üsulları arasında ən yaxşı hesab olunur. Bundan əlavə, ərimənin özlülüyünün aşağı olması səbəbindən kalıbın doldurulması prosesi yaxşılaşdırılır.
Müxtəlif sonication dəfə Ti44Al6Nb1Cr2V sıxıcı xassələri. Sonikasiya sıxılma gücünü əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşdırır.
(tədqiqat və qrafika: ©Ruirun et al., 2017)
Seramik sonotrode BS4D22L3C ərinmiş alüminium kimi yüksək temperaturlu mayeləri sonikasiya etmək üçün uyğun olan xüsusi sonotroddur (məsələn, qarışdırma və deqazasiya üçün).
Filtrasiya zamanı sonokapilyar effekt
Maye metallarda ultrasəs kapilyar effekti, ərimələrin ultrasəs köməyi ilə filtrasiyası zamanı oksid daxilolmalarını aradan qaldırmaq üçün hərəkətverici təsirdir. (Eskin et al. 2014: 120ff.)
Filtrləmə ərimədən qeyri-metal çirkləri çıxarmaq üçün istifadə olunur. Filtrləmə zamanı ərimə arzuolunmaz daxilolmaları ayırmaq üçün müxtəlif şəbəkələrdən (məsələn, şüşə lifi) keçir. Mesh ölçüsü nə qədər kiçik olsa, filtrasiya nəticəsi bir o qədər yaxşıdır.
Ümumi şəraitdə, ərimə çox dar məsamə ölçüsü 0,4-0,4 mm olan iki qatlı filtrdən keçə bilməz. Bununla birlikdə, ultrasəs köməyi ilə filtrasiya altında ərimə, sonokapilyar təsirə görə mesh məsamələrini keçirməyə imkan verir. Bu halda, filtr kapilyarları hətta 1-10μm-lik qeyri-metal çirkləri saxlayır. Alaşımın artan təmizliyi sayəsində oksidlərdə hidrogen məsamələrinin əmələ gəlməsinin qarşısı alınır, beləliklə ərintinin yorulma gücü artır.
Eskin və başqaları. (2014: 120ff.) göstərdi ki, ultrasəs filtrasiyası AA2024, AA7055 və AA7075 alüminium ərintilərini 0,6 ilə çox qatlı şüşə lif filtrlərindən (9 qata qədər) təmizləməyə imkan verir.×0.6 mm mesh məsamələri. Ultrasəs filtrasiya prosesi inokulyantların əlavə edilməsi ilə birləşdirildikdə, eyni vaxtda taxıl zərifliyi əldə edilir.
Metal ərintilərinin ultrasəs gücləndirilməsi
Ultrasonication nanohissəciklərin şlamlara bərabər şəkildə yayılmasında yüksək effektivliyi sübut edilmişdir. Buna görə də, ultrasəs dispersatorları nano-gücləndirilmiş kompozitlər istehsal etmək üçün ən çox yayılmış avadanlıqdır.
Nano hissəciklər (məsələn, Al2O3/SiC, CNTs) möhkəmləndirici material kimi istifadə olunur. Nano hissəciklər ərinmiş ərintiyə əlavə edilir və ultrasəslə səpələnir. Akustik kavitasiya və axın hissəciklərin deaglomerasiyasını və nəmləndirilməsini yaxşılaşdırır, nəticədə dartılma gücü, məhsuldarlıq və uzanma yaxşılaşır.
Ağır Yük Tətbiqləri üçün Ultrasəs Avadanlıqları
Metallurgiyada güclü ultrasəsin tətbiqi tələbkar mühitlərdə quraşdırıla bilən möhkəm, etibarlı ultrasəs sistemləri tələb edir. Hielscher Ultrasonics, ağır yük tətbiqləri və kobud mühitlərdə quraşdırmalar üçün sənaye dərəcəli ultrasəs avadanlıqları təmin edir. Bütün ultrasəs aparatlarımız 24/7 əməliyyat üçün hazırlanmışdır. Hielscher yüksək güclü ultrasəs sistemləri möhkəmlik, etibarlılıq və dəqiq idarəolunma ilə birləşdirilir.
Tələb olunan proseslər – metal ərintilərinin emalı kimi – intensiv sonication qabiliyyəti tələb edir. Hielscher Ultrasonics sənaye ultrasəs prosessorları çox yüksək amplitüdlər verir. 200µm-ə qədər olan amplitüdlər 24/7 əməliyyatda asanlıqla davamlı olaraq işlədilə bilər. Daha yüksək amplitüdlər üçün xüsusi ultrasəs sonotrodları mövcuddur.
Çox yüksək maye və ərimə temperaturlarının sonikasiyası üçün Hielscher optimal emal nəticələrini təmin etmək üçün müxtəlif sonotrodlar və xüsusi aksesuarlar təklif edir.
Aşağıdakı cədvəl ultrasəs cihazlarımızın təxmini emal qabiliyyətinin göstəricisini verir:
| Partiya Həcmi | Axın | Tövsiyə olunan Cihazlar |
|---|---|---|
| 10 ilə 2000 ml | 20 - 400 ml/dəq | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 - 20L | 0.2 ilə 4L/dəq | UIP2000hdT |
| 10-100 l | 2 ilə 10 L / dəq | UIP4000 |
| na | 10-100 l/dəq | UIP16000 |
| na | daha böyük | klaster UIP16000 |
Bizimlə əlaqə saxlayın! / Bizdən soruşun!
Ədəbiyyat / İstinadlar
- 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.
Bilməyə Dəyər Faktlar
Güclü Ultrasəs və Kavitasiya
Yüksək intensiv ultrasəs dalğaları mayelərə və ya şlamlara birləşdirildikdə, kavitasiya baş verir.
Yüksək güc, aşağı tezlikli ultrasəs nəzarətli şəkildə mayelərdə və şlamlarda kavitasiya qabarcıqlarının əmələ gəlməsinə səbəb olur. Güclü ultrasəs dalğaları mayedə alternativ aşağı təzyiq / yüksək təzyiq dövrləri yaradır. Bu sürətli təzyiq dəyişiklikləri boşluqlar, sözdə kavitasiya qabarcıqları yaradır. Ultrasonik səbəb olan kavitasiya qabarcıqları, həll olunmuş molekullardan sərbəst radikallar kimi aktiv növlərin əmələ gəldiyi mikroskopik miqyasda yüksək temperatur və təzyiqləri təmin edən kimyəvi mikroreaktorlar hesab edilə bilər. Material kimyası kontekstində ultrasəs kavitasiyası yüksək temperatur (5000 K-ə qədər) və yüksək təzyiq (500 atm) reaksiyalarını yerli kataliz etmək üçün unikal potensiala malikdir, eyni zamanda sistem makroskopik olaraq otaq temperaturu və ətraf mühit təzyiqinə yaxın qalır. (müq. Skorb, Andreeva 2013)
Ultrasonik müalicələr əsasən kavitasiya təsirlərinə əsaslanır. Metallurgiya üçün sonikasiya metalların və ərintilərin tökülməsini yaxşılaşdırmaq üçün çox sərfəli bir texnikadır.
Metal ərintilərinin müalicəsi ilə yanaşı, sonikasiya titan və ərintilər kimi bərk metal səthlərdə süngərə bənzər nanostrukturlar və nano-naxışlar yaratmaq üçün də istifadə olunur. Bu ultrasəs nanostrukturlu titan və ərinti hissələri inkişaf etmiş osteogen hüceyrə proliferasiyası olan implantlar kimi böyük imkanlar nümayiş etdirir. Titan implantlarının ultrasəs nano-strukturlaşdırılması haqqında daha çox oxuyun!