Ultrazvukové zjemnění kovových tavenin

  • Energie ultrazvuku v roztavených kovů a slitin ukazuje různé prospěšné účinky, jako je strukturování, odplynění a lepší filtraci.
  • Ultrazvuku podporuje nedendritické tuhnutí v kapalných a polotuhých kovech.
  • Sonikace má významné výhody, na mikrostrukturální zjemnění dendritických zrn a primárních intermetalických částic.
  • Kromě toho, síla ultrazvuk lze použít cíleně ke snížení kovové poréznost nebo vyrábět meso-porézní struktury.
  • V neposlední řadě, výkon ultrazvuk zlepšuje kvalitu odlitků.

Ultrazvukové tuhnutí kovových tavenin

Tvorba non-dendritických struktur v průběhu tuhnutí kovové taveniny ovlivňuje vlastnosti materiálu, jako je pevnost, tažnost, houževnatost a / nebo tvrdostí.
Ultrazvukově změněny zrna zárodků: Akustická kavitace a její intenzivní smykové síly zvyšují nukleační místa a počet jader v tavenině. Ultrazvukové ošetření tavenin vede k heterogenní nukleaci a fragmentaci dendritů, takže konečný produkt vykazuje výrazně vyšší rafinaci zrna.
Ultrazvuková kavitace způsobí i smáčení nekovových nečistot v tavenině. Tyto nečistoty převedeny na nukleační místa, které jsou výchozími body tuhnutí. Protože tyto body jsou nukleační před tuhnutí vpředu, nenastane růst dendritických struktur.

Intenzivní ultrazvuku zlepšuje strukturu zrna v kovových taveninách a tím pomáhá splnit standardy kvality pro tlakové lití.

Makrostruktura slitiny Ti po ultrazvukovém ošetření. Ultrazvuku má za následek výrazně rafinovanou strukturu zrna.

Žádost o informace





Ultrazvukové nanostrukturování kovů a zeolity je vysoce účinná technika pro výrobu vysoce výkonných katalyzátorů.

Dr. Andreeva-Bäumler, Univerzita v Bayreuthu, pracuje s ultrasonicator UIP1000hdT na nano-strukturování kovů.

Ultrazvukové účinky na tvrdost slitiny Vicker: Ultrazvuku zlepšuje mikrotvrdost Vickers v kovu

Ultrazvukové účinky na tvrdost slitiny Vicker: Ultrazvuku zlepšuje mikrotvrdost Vickers v kovu
(studie a grafika: ©Ruirun et al., 2017)

 
Dendrit fragmentace: Tání dendritů obvykle začíná u kořene v důsledku lokálního nárůstu teploty a segregace. Sonikace vytváří silnou konvekci (přenos tepla hromadným pohybem tekutiny) a rázové vlny v tavenině, takže dendrity jsou fragmentovány. Konvekce může podporovat fragmentaci dendritu v důsledku extrémních místních teplot a změn složení a podporuje difúzi rozpuštěné látky. Kavitační rázové vlny pomáhají zlomit tyto tavící se kořeny.

Ultrazvukový odplynění kovové slitiny

Odplynění je další důležitý efekt výkonových ultrazvukem na kapalné a polotuhé kovů a slitin. Akustická kavitace vytváří střídavý Nízký tlak / vysoký tlakových cyklů. V tlakových cyklů nízké, malé vakuové bublinky dochází v kapalině nebo suspenzi. Tyto vakuové bubliny působí jako jádra pro tvorbu vodíkových a plynných bublin. Vzhledem k tvorbě větších vodíkových bublin, plynové bubliny. Akustické toku a streamování pomáhat plovoucí těchto bublin k povrchu a ven z taveniny, takže plyn může být odstraněna a koncentrace plynu v tavenině se sníží.
Ultrazvukový odplynění snižuje pórovitost kovu dosahující tím vyšší hustotu materiálu v konečném produktu kovu / slitiny.
Ultrazvukový odplynění hliníkových slitin zvýšit mez pevnosti v tahu a tažnost materiálu. Silové průmyslové ultrazvukové systémy počítat jako nejlepší mezi ostatními komerčními metodami odplynění ohledně účinnosti a zpracování času. Kromě toho, proces plnění formy se zlepší v důsledku nižší viskozity taveniny.
 

Ultrazvuku zlepšuje pevnost v tlaku taveniny kovů a tím i kvalitu kovu výrazně.

Kompresní vlastnosti Ti44Al6Nb1Cr2V za různých časů sonikace. Sonikace výrazně zlepšuje pevnost v tlaku.
(studie a grafika: ©Ruirun et al., 2017)

Keramická sonotroda BS4D22L3C je speciální sonotroda vhodná pro sonikaci vysokoteplotních kapalin, jako je roztavený hliník (např. pro míchání a odplyňování). Vyrobeno Hielscher Ultrazvuk

Keramická sonotroda BS4D22L3C je speciální sonotroda vhodná pro sonikaci vysokoteplotních kapalin, jako je roztavený hliník (např. pro míchání a odplyňování).

Sonocapillary efekt během filtrace

Ultrazvukový kapilární účinek v tekutých kovech je hnacím účinkem k odstranění oxidových inkluzí během ultrazvukem asistované filtrace taveniny. (Eskin et al. 2014: 120nn.)
Filtrace slouží k odstranění nekovových nečistot z taveniny. Během filtrace se tavenina prochází různé oka (např. Ze skleněných vláken), pro oddělení nežádoucích inkluze. Čím menší je velikost ok, tím lepší je výsledek filtrace.
Za běžných podmínek, může tavenina neprojde dvouvrstvé filtry s velmi úzkou velikosti pórů 0,4-0,4mm. Nicméně podle ultrazvukem asistované filtrace taveniny je umožněno projít ok póry v důsledku sonocapillary účinku. V tomto případě se filtr kapiláry udržet i nekovové nečistoty 1-10μm. Vzhledem ke zvýšené čistoty slitiny, je tvorba vodíkových pórů na oxidy je zabráněno tak, že únavová pevnost slitiny se zvyšuje.
Ekůže a kol. (2014:. 120ff), ukázaly, že ultrazvukové filtrace umožňuje čistit hliníkové slitiny AA2024, AA7055 a AA7075 pomocí vícevrstvé filtry ze skleněných vláken (až s 9 vrstev) s 0,6×00,6 mm mesh póry. Když se ultrazvukový proces filtrace v kombinaci s přidáním očkovací látky, se dosáhne současného zjemnění zrna.

Ultrazvuková výztuž kovových slitin

Ultrazvuku je prokázáno, že je vysoce účinný na dispergování nanočástic rovnoměrně do suspenze. Z tohoto důvodu, ultrazvukové dispergátory jsou nejběžnější zařízení pro výrobu nanomateriálů vyztužených kompozitů.
Nanočástice (např. Al2Ó3/ SiC, CNT) se používají jako výztužný materiál. Tyto nanočástice se přidá do roztavené slitiny a disperguje ultrazvukem. Akustická kavitace a streamování zlepšuje deaglomeraci a smáčivost částic, což má za následek zlepšenou pevnost v tahu, mez kluzu, a prodloužení.

Ultrazvukové zařízení UIP2000hdT (2kW) s Cascatrode

Ultrazvuková zařízení pro Heavy-Duty aplikace

Aplikace výkonového ultrazvuku v metalurgii vyžaduje robustní a spolehlivé ultrazvukové systémy, které mohou být instalovány v náročných prostředích. Hielscher Ultrasonics dodává průmyslové ultrazvukové zařízení pro instalace v těžkých aplikacích a drsných prostředích. Všechny naše ultrasonicators jsou postaveny pro provoz 24/7. Hielscher vysoce výkonné ultrazvukové systémy jsou spárovány s robustností, spolehlivostí a přesnou ovladatelností.
náročné procesy – jako je například rafinace kovových tavenin – vyžadují schopnost intenzivní sonikace. Hielscher Ultrazvuk průmyslové ultrazvukové procesory dodávají velmi vysoké amplitudy. Amplitudy až do 200 μm lze snadno nepřetržitě provozovat v provozu 24/7. Pro ještě vyšší amplitudy jsou k dispozici přizpůsobené ultrazvukové sonotrody.
Pro použití ultrazvuku velmi vysoké tekutiny a teploty taveniny, Hielscher nabízí různé sonotrodes a přizpůsobená doplňky k zajištění optimálních výsledků zpracování.
Níže uvedená tabulka vám dává informaci o přibližné zpracovatelské kapacity našich ultrasonicators:

Hromadná dávkaprůtokDoporučené Devices
10 až 2000ml20 až 400 ml / minUf200 ः t, UP400St
00,1 až 20L00,2 až 4 litry / minUIP2000hdT
10 až 100L2 až 10 l / minUIP4000
na10 až 100L / minUIP16000
navětšíhrozen UIP16000

Kontaktujte nás! / Zeptej se nás!

Požádejte o další informace

Použijte formulář níže, pokud chcete požádat o další informace o ultrazvukové homogenizace. Budeme rádi Vám nabídnout ultrazvukový systém plnění vašich požadavků.









Uvědomte si prosím naši Zásady ochrany osobních údajů,




Literatura / Reference

  • 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.

Fakta Worth Knowing

Power Ultrazvuk a Kavitace

Když jsou vysoké intenzivní ultrazvukové vlny spojený do kapalin nebo suspenzí, fenoménu kavitace vyskytuje.
Vysoce výkonný, nízkofrekvenční ultrazvuk způsobuje regulovanou tvorbu kavitačních bublin v kapalinách a kalu. Intenzivní ultrazvukové vlny generují v kapalině střídavé nízkotlaké / vysokotlaké cykly. Tyto rychlé změny tlaku vytvářejí prázdné prostory, tzv. Kavitační bubliny. Ultrazvukem indukované kavitační bubliny mohou být považovány za chemické mikroreaktory poskytující vysoké teploty a tlaky v mikroskopické míře, kde dochází k tvorbě aktivních druhů, jako jsou volné radikály z rozpuštěných molekul. V kontextu materiálové chemie má ultrazvuková kavitace jedinečný potenciál místně katalyzovat reakce při vysoké teplotě (do 5000 K) a vysokotlaké (500 atm), zatímco systém zůstává makroskopicky blízko teploty místnosti a okolního tlaku. (Skorb, Andreeva 2013)
Ultrazvukové ošetření je založeno především na kavitačních účincích. Pro metalurgii je sonikace velmi výhodnou technikou pro zlepšení odlévání kovů a slitin.
Kromě ošetření kovových tavenin se sonikace také používá k vytvoření houbovitých nanostruktur a nano-vzorů na pevných kovových površích, jako je titan a slitiny. Tyto ultrazvukem nanostrukturované titanové a slitinové části vykazují velkou kapacitu jako implantáty se zvýšenou proliferací osteogenních buněk. Přečtěte si více o ultrazvukové nanostrukturování titanových implantátů!

Rádi probereme váš proces.

Pojďme se spojit.