Metal ərintilərinin ultrasəslə incə dənəli hala gətirilməsi
- Ərimiş metallarda və ərintilərdə güclü ultrasəs strukturlaşdırma, qazsızlaşdırma və filtrasiyanın yaxşılaşdırılması kimi müxtəlif faydalı təsirlər göstərir.
- Ultrasəs emalı maye və yarımbərk metallarda qeyri-dendritik bərkiməni təşviq edir.
- Ultrasəs emalı dendritik dənələrin və ilkin intermetallik hissəciklərin mikrostrukturunun incələşdirilməsində əhəmiyyətli faydalar verir.
- Bundan əlavə, güclü ultrasəs metalın məsaməliliyini azaltmaq və ya mezoməsaməli strukturlar yaratmaq üçün məqsədyönlü şəkildə istifadə edilə bilər.
- Nəhayət, güclü ultrasəs tökmələrin keyfiyyətini yaxşılaşdırır.
Metal ərintilərinin ultrasəslə bərkiməsi
Metal ərintilərinin bərkiməsi zamanı qeyri-dendritik strukturların yaranması materialın möhkəmlik, plastiklik, özlülük və/və ya sərtlik kimi xassələrinə təsir edir.
Ultrasəslə dəyişdirilmiş dənə nüvələnməsi: Akustik kavitasiya və onun intensiv kəsici qüvvələri ərintidə nüvələnmə mərkəzlərini və nüvələrin sayını artırır. Ərintilərin ultrasəslə emalı heterogen nüvələnməyə və dendritlərin parçalanmasına səbəb olur, nəticədə son məhsulda dənələrin incələşmə dərəcəsi əhəmiyyətli dərəcədə yüksək olur.
Ultrasəs kavitasiyası ərintidəki qeyri-metal qatışıqların bərabər islanmasına səbəb olur. Bu qatışıqlar bərkimənin başlanğıc nöqtələri olan nüvələnmə mərkəzlərinə çevrilir. Bu nüvələnmə nöqtələri bərkimə cəbhəsinin önündə yerləşdiyindən dendritik strukturların böyüməsi baş vermir.
Ultrasəs emalından sonra Ti ərintisinin makrostrukturu. Ultrasəs emalı əhəmiyyətli dərəcədə incələşmiş dənə strukturu yaradır.
Bayreuth Universitetindən Dr. Andreeva-Bäumler UIP1000hdT ultrasəs cihazı ilə metalların nanostrukturlaşdırılması üzərində işləyir.
Ultrasəsin ərintinin Vikers sərtliyinə təsiri: ultrasəs emalı metalın Vikers mikrosərtliyini yaxşılaşdırır
(tədqiqat və qrafik: ©Ruirun et al., 2017)
Dendritlərin parçalanması: Dendritlərin əriməsi adətən yerli temperatur artımı və seqreqasiya səbəbindən kök hissəsində başlayır. Ultrasəs emalı ərintidə güclü konveksiya (istiliyin axıcı mühitin kütləvi hərəkəti ilə ötürülməsi) və zərbə dalğaları yaradır, nəticədə dendritlər parçalanır. Konveksiya həddindən artıq yüksək yerli temperaturlar və tərkib dəyişiklikləri səbəbindən dendritlərin parçalanmasını təşviq edə bilər və həll olmuş maddənin diffuziyasını sürətləndirir. Kavitasiya zərbə dalğaları bu əriyən köklərin qırılmasına kömək edir.
Metal ərintilərinin ultrasəslə qazsızlaşdırılması
Qazsızlaşdırma güclü ultrasəsin maye və yarımbərk metallara və ərintilərə digər mühüm təsiridir. Akustik kavitasiya növbələşən aşağı təzyiq / yüksək təzyiq dövrləri yaradır. Aşağı təzyiq dövrləri zamanı mayedə və ya suspenziyada kiçik vakuum qabarcıqları əmələ gəlir. Bu vakuum qabarcıqları hidrogen və buxar qabarcıqlarının yaranması üçün nüvə rolunu oynayır. Daha böyük hidrogen qabarcıqlarının yaranması nəticəsində qaz qabarcıqları yuxarı qalxır. Akustik axın və axın hərəkəti bu qabarcıqların səthə qalxaraq ərintidən çıxmasına kömək edir, beləliklə qaz xaric edilə bilir və ərintidəki qaz konsentrasiyası azalır.
Ultrasəslə qazsızlaşdırma metalın məsaməliliyini azaldır və bununla da son metal / ərinti məhsulunda daha yüksək material sıxlığı əldə edilir.
Alüminium ərintilərinin ultrasəslə qazsızlaşdırılması materialın dartılmada möhkəmlik həddini və plastikliyini artırır. Sənaye tipli güclü ultrasəs sistemləri effektivlik və emal müddəti baxımından digər kommersiya qazsızlaşdırma üsulları arasında ən yaxşı hesab olunur. Bundan əlavə, ərintinin özlülüyünün azalması sayəsində qəlibin doldurulması prosesi yaxşılaşır.
Müxtəlif ultrasəs emalı müddətlərində Ti44Al6Nb1Cr2V ərintisinin sıxılma xassələri. Ultrasəs emalı sıxılmada möhkəmliyi əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşdırır.
(tədqiqat və qrafik: ©Ruirun et al., 2017)
BS4D22L3C keramika sonotrodu ərimiş alüminium kimi yüksək temperaturlu mayelərin ultrasəslə emalı üçün uyğun olan xüsusi sonotroddur (məsələn, qarışdırma və qazsızlaşdırma üçün).
Filtrasiya zamanı sonokapilyar təsir
Maye metallarda ultrasəs kapilyar təsiri ərintilərin ultrasəsin köməyi ilə filtrasiyası zamanı oksid daxilolmalarının çıxarılmasını təmin edən hərəkətverici təsirdir. (Eskin et al. 2014: 120ff.)
Filtrasiya ərintidən qeyri-metal qatışıqları çıxarmaq üçün istifadə olunur. Filtrasiya zamanı arzuolunmaz daxilolmaları ayırmaq üçün ərinti müxtəlif torlardan (məsələn, şüşə lifli torlardan) keçir. Tor gözləri nə qədər kiçik olarsa, filtrasiyanın nəticəsi bir o qədər yaxşı olar.
Adi şəraitdə ərinti məsamə ölçüsü çox kiçik, 0,4–0,4mm olan ikiqatlı filtrdən keçə bilmir. Lakin ultrasəsin köməyi ilə filtrasiya zamanı sonokapilyar təsir sayəsində ərinti torun məsamələrindən keçə bilir. Bu halda filtrin kapilyarları hətta 1–10μm ölçülü qeyri-metal qatışıqları da saxlayır. Ərintinin təmizliyinin artması sayəsində oksidlərdə hidrogen məsamələrinin yaranmasının qarşısı alınır, nəticədə ərintinin yorulma möhkəmliyi artır.
Eskin et al. (2014: 120ff.) göstərmişdir ki, ultrasəs filtrasiyası 0,6×0,6mm ölçülü tor məsamələri olan çoxqatlı şüşə lifli filtrlərdən (9 qata qədər) istifadə etməklə AA2024, AA7055 və AA7075 alüminium ərintilərini təmizləməyə imkan verir. Ultrasəs filtrasiyası prosesi inokulyantların əlavə edilməsi ilə birləşdirildikdə eyni zamanda dənələrin incələşməsi əldə edilir.
Metal ərintilərinin ultrasəslə möhkəmləndirilməsi
Ultrasəs emalının nanohissəciklərin suspenziyalarda bərabər paylanması üçün yüksək effektivliyə malik olduğu sübut edilmişdir. Buna görə də ultrasəs dispersləşdiriciləri nanohissəciklərlə möhkəmləndirilmiş kompozitlərin istehsalı üçün ən geniş yayılmış avadanlıqdır.
Nanohissəciklər (məsələn, Al2O3/SiC, CNTs) möhkəmləndirici material kimi istifadə olunur. Nanohissəciklər ərimiş ərintiyə əlavə olunur və ultrasəslə dispersləşdirilir. Akustik kavitasiya və axın hərəkəti hissəciklərin deaqlomerasiyasını və islanma qabiliyyətini yaxşılaşdırır, nəticədə dartılmada möhkəmlik, axma həddi və uzanma yaxşılaşır.
Ağır iş şəraitində tətbiqlər üçün ultrasəs avadanlığı
Metallurgiyada güclü ultrasəsin tətbiqi çətin şəraitdə quraşdırıla bilən möhkəm, etibarlı ultrasəs sistemləri tələb edir. Hielscher Ultrasonics ağır iş şəraitindəki tətbiqlərdə və sərt mühitlərdə quraşdırılmaq üçün sənaye səviyyəli ultrasəs avadanlığı təchiz edir. Bütün ultrasəs cihazlarımız 24/7 işləmək üçün hazırlanmışdır. Hielscher yüksək güclü ultrasəs sistemləri möhkəmlik, etibarlılıq və dəqiq idarəolunma ilə səciyyələnir.
Yüksək tələblər qoyan proseslər – məsələn, metal ərintilərinin incə dənəli hala gətirilməsi – intensiv ultrasəs emalı imkanını tələb edir. Hielscher Ultrasonics sənaye ultrasəs prosessorları çox yüksək amplitudalar təmin edir. 200µm-ə qədər amplitudalarla 24/7 rejimində fasiləsiz işləmək asanlıqla mümkündür. Daha yüksək amplitudalar üçün xüsusi sifarişlə hazırlanmış ultrasəs sonotrodları mövcuddur.
Mayelərin və ərintilərin çox yüksək temperaturlarda ultrasəslə emalı üçün Hielscher optimal emal nəticələrini təmin edən müxtəlif sonotrodlar və xüsusi sifarişlə hazırlanmış aksesuarlar təklif edir.
Aşağıdakı cədvəl ultrasəs cihazlarımızın təxmini emal gücü haqqında məlumat verir:
| Partiyanın həcmi | Axın sərfi | Tövsiyə olunan cihazlar |
|---|---|---|
| 10–2000mL | 20–400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1–20L | 0,2–4L/min | UIP2000hdT |
| 10–100L | 2–10L/min | UIP4000 |
| n.a. | 10–100L/min | UIP16000 |
| n.a. | daha böyük | cihazlar qrupu: UIP16000 |
Bizimlə əlaqə saxlayın! / Bizə sual verin!
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 intensivlikli ultrasəs dalğaları mayelərə və ya suspenziyalara ötürüldükdə kavitasiya hadisəsi baş verir.
Yüksək güclü, aşağı tezlikli ultrasəs mayelərdə və suspenziyalarda idarə olunan şəkildə kavitasiya qabarcıqlarının yaranmasına səbəb olur. İntensiv ultrasəs dalğaları mayedə növbələşən aşağı təzyiq / yüksək təzyiq dövrləri yaradır. Təzyiqin bu sürətli dəyişiklikləri kavitasiya qabarcıqları adlanan boşluqlar yaradır. Ultrasəsin yaratdığı kavitasiya qabarcıqları mikroskopik miqyasda yüksək temperatur və təzyiq təmin edən kimyəvi mikroreaktorlar kimi qəbul edilə bilər; burada həll olmuş molekullardan sərbəst radikallar kimi aktiv növlər yaranır. Materiallar kimyası kontekstində ultrasəs kavitasiyası yüksək temperaturlu (5000 K-ə qədər) və yüksək təzyiqli (500atm) reaksiyaları lokal olaraq kataliz etmək üçün unikal potensiala malikdir, sistem isə makroskopik miqyasda otaq temperaturuna və ətraf mühit təzyiqinə yaxın qalır. (bax: Skorb, Andreeva 2013)
Ultrasəs emalı əsasən kavitasiya təsirlərinə əsaslanır. Metallurgiyada ultrasəs emalı metalların və ərintilərin tökülməsini yaxşılaşdırmaq üçün çox faydalı üsuldur.
Metal ərintilərinin emalı ilə yanaşı, ultrasəs emalı titan və ərintilər kimi bərk metal səthlərində süngərəbənzər nanostrukturlar və nanonaxışlar yaratmaq üçün də istifadə olunur. Ultrasəslə nanostrukturlaşdırılmış bu titan və ərinti hissələri osteogen hüceyrələrin proliferasiyasını artıran implantlar kimi böyük potensial göstərir. Titan implantların ultrasəslə nanostrukturlaşdırılması haqqında daha çox oxuyun!