Ultralyd forfining af metal smelter

  • Effekt ultralyd i smeltede metaller og legeringer viser forskellige gavnlige virkninger, såsom strukturering, afgassning og forbedret filtrering.
  • Ultralydbehandling fremmer den ikke-dendritiske størkning i flydende og halvfaste metaller.
  • Sonikering har betydelige fordele ved den mikrostrukturelle forbedring af dendritiske korn og primære intermetalliske partikler.
  • Desuden kan effekt ultralyd anvendes målrettet til at reducere metal porøsitet eller til at producere meso-porøse strukturer.
  • Sidst men ikke mindst forbedrer effekten ultralyd kvaliteten af ​​støbegods.

Ultralyd størkning af metal smelter

Dannelsen af ​​ikke-dendritiske strukturer under størkning af metalmelter påvirker materialets egenskaber, såsom styrke, duktilitet, sejhed og / eller hårdhed.
Ultralydsændret kornkernation: Akustisk kavitation og dens intense forskydningskræfter øger kimdannelsesstederne og antallet af kerner i smelten. Ultralydbehandling af smelter resulterer i en heterogen kimdannelse og fragmentering af dendritter, således at slutproduktet viser en signifikant højere kornforfining.
Ultralydkavitation forårsager en jævn fugtning af ikke-metalliske urenheder i smelten. Disse urenheder bliver til nucleationssteder, som er udgangspunktet for størkning. Fordi disse nukleationspunkter er foran størkningsfronten, forekommer der ikke vækst af dendritiske strukturer.

Intens ultralydbehandling forbedrer kornstrukturen i metal smelter og derved hjælper med at opfylde kvalitetsstandarderne for trykstøbning.

Makrostruktur af Ti-legering efter ultralydsbehandling. Ultralydbehandling resulterer i en signifikant raffineret kornstruktur.

Anmodning om oplysninger




Bemærk vores Fortrolighedspolitik.


Ultralyd nano-strukturering af metaller og zeolitter er en yderst effektiv teknik til fremstilling af højtydende katalysatorer.

Dr. Andreeva-Bäumler, University of Bayreuth, arbejder med ultralydapparatet UIP1000hdT på nano-strukturering af metaller.

Ultralydeffekter på legering Vicker hårdhed: Ultralydbehandling forbedrer Vickers mikrohardhed i metal

Ultralydeffekter på legering Vicker hårdhed: Ultralydbehandling forbedrer Vickers mikrohardhed i metal
(undersøgelse og grafik: ©Ruirun et al., 2017)

 
Dendrit-fragmentering: Smeltningen af dendritter begynder normalt ved roden på grund af lokal temperaturstigning og adskillelse. Sonikering genererer stærk konvektion (varmeoverførsel ved massebevægelse af en væske) og stødbølger i smelten, således at dendritterne fragmenteres. Konvektion kan fremme dendritfragmentering på grund af ekstreme lokale temperaturer samt sammensætningsvariationer og fremmer diffusion af opløst stof. Kavitationschokbølgerne hjælper bruddet af disse smeltende rødder.

Ultralyd Afgasning af Metalliske Legeringer

Afgasning er en anden vigtig effekt af effekt ultralyd på flydende og halvfaste metaller og legeringer. Den akustiske kavitation skaber vekslende lavtryks / højtrykscyklusser. Under lavtrykscyklusserne opstår der små vakuumbobler i væsken eller opslæmningen. Disse vakuumbobler virker som kerner til dannelse af hydrogen- og dampbobler. På grund af dannelsen af ​​større brintbobler stiger gasboblerne. Akustisk strømning og streaming hjælper flyden af ​​disse bobler til overfladen og ud af smelten, således at gassen kan fjernes, og gaskoncentrationen i smelten reduceres.
Ultralyd afgasning reducerer porøsiteten af ​​metallet og derved opnår en højere materialetæthed i det færdige metal / legeringsprodukt.
Ultralydsafgasning af aluminiumlegeringer øger materialets maksimale trækstyrke og duktilitet. Ultralydsystemer i industrielle kraftværker regnes som de bedste blandt andre kommercielle afgasningsmetoder med hensyn til effektivitet og behandlingstid. Desuden forbedres processen med formfyldning på grund af smeltens lavere viskositet.
 

Ultralydbehandling forbedrer trykstyrken af metal smelter og dermed metalkvaliteten betydeligt.

Komprimerende egenskaber af Ti44Al6Nb1Cr2V under forskellige sonikeringstider. Sonikering forbedrer trykstyrken betydeligt.
(undersøgelse og grafik: ©Ruirun et al., 2017)

Keramisk sonotrode BS4D22L3C er en speciel sonotrode egnet til sonikering af væsker ved høj temperatur, såsom smeltet aluminium (fx til blanding og afgasning). Lavet af Hielscher ultralyd

Keramisk sonotrode BS4D22L3C er en speciel sonotrode egnet til sonikering af væsker ved høj temperatur, såsom smeltet aluminium (fx til blanding og afgasning).

Sonokapillær effekt under filtrering

Ultralydkapillæreffekten i flydende metaller er den drivende effekt for at fjerne oxidindeslutninger under ultralydassisteret filtrering af smelter. (Eskin et al. 2014: 120ff.)
Filtrering bruges til at fjerne ikke-metalliske urenheder fra smelten. Under filtrering passerer smelten forskellige masker (fx glasfiber) for at adskille uønskede indeslutninger. Jo mindre maskestørrelsen er, desto bedre er filtreringsresultatet.
Under almindelige forhold kan smelten ikke passere et tolagsfilter med en meget smal porestørrelse på 0,4-0,4 mm. Under ultralyd-assisteret filtrering aktiveres smelten imidlertid til at passere meshporerne på grund af den sonokapillære virkning. I dette tilfælde bevarer filterkapillærerne endda ikke-metalliske urenheder på 1-10 μm. På grund af legeringens forbedrede renhed undgås dannelsen af ​​hydrogenporer ved oxiderne, således at legeringens træthedsstyrke øges.
Eskin et al. (2014: 120ff.) Har vist, at ultralydsfiltrering gør det muligt at rense aluminiumlegeringerne AA2024, AA7055 og AA7075 ved at anvende flerskiktsfiberfiltre (med op til 9 lag) med 0,6×0.6 mm mesh porer. Når ultralydsfiltreringsprocessen kombineres med tilsætning af inokulanter, opnås en samtidig kornforfining.

Ultralydforstærkning af metallegeringer

Ultralydbehandling har vist sig at være yderst effektiv til at sprede nanopartikler ensartet i opslæmninger. Derfor er ultralydspredere det mest almindelige udstyr til fremstilling af nanoforstærkede kompositter.
Nano partikler (f.eks. Al2den3/ SiC, CNT'er) anvendes som forstærkende materiale. Nanopartiklerne tilsættes i den smeltede legering og dispergeres ultralydt. Den akustiske kavitation og strømning forbedrer deagglomerering og befugtelighed af partiklerne, hvilket resulterer i en forbedret trækstyrke, udbyttestyrke og forlængelse.

Ultralyd enhed UIP2000hdT (2kW) med Cascatrode

Ultralyd udstyr til heavy duty applikationer

Anvendelsen af effekt ultralyd i metallurgi kræver robuste, pålidelige ultralydssystemer, som kan installeres i krævende miljøer. Hielscher Ultrasonics leverer ultralydsudstyr af industriel kvalitet til installationer i tunge applikationer og uslebne miljøer. Alle vores ultralydapparater er bygget til 24/7 drift. Hielscher ultralydssystemer med høj effekt er parret med robusthed, pålidelighed og præcis styrbarhed.
Krævende processer – såsom raffinering af metal smelter – kræver evnen til intens sonikering. Hielscher Ultrasonics industrielle ultralydsprocessorer leverer meget høje amplituder. Amplituder på op til 200 μm kan let køres kontinuerligt i 24/7 drift. For endnu højere amplituder er tilpassede ultralydsonotroder tilgængelige.
Til sonication af meget høje væske- og smeltetemperaturer tilbyder Hielscher forskellige sonotroder og tilpassede tilbehør for at sikre optimale behandlingsresultater.
Tabellen nedenfor giver dig en indikation af den omtrentlige forarbejdningskapacitet hos vores ultralydapparater:

Batch Volumen Strømningshastighed Anbefalede enheder
10 til 2000 ml 20 til 400 ml / min Uf200 ः t, UP400St
0.1 til 20L 0.2 til 4L / min UIP2000hdT
10 til 100 l 2 til 10 l / min UIP4000
na 10 til 100 l / min UIP16000
na større klynge af UIP16000

Kontakt os! / Spørg Os!

Bed om mere information

Brug venligst nedenstående formular, hvis du ønsker at anmode om yderligere oplysninger om ultralydshomogenisering. Vi vil være glade for at tilbyde dig en ultralyds-system opfylder dine krav.









Bemærk venligst, at vores Fortrolighedspolitik.




Litteratur / Referencer

  • 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 Værd at vide

Power Ultralyd og Cavitation

Når højintensive ultralydbølger kobles i væsker eller slam, fænomenet kavitation opstår.
Høj effekt, lavfrekvente ultralyd forårsager dannelsen af ​​kavitationsbobler i væsker og opslæmninger på en kontrolleret måde. Intense ultralydbølger skaber alternerende lavtryks- / højtrykscyklusser i væsken. Disse hurtige trykændringer genererer hulrum, de såkaldte kavitationsbobler. Ultralyd inducerede kavitationsbobler kan betragtes som kemiske mikroreaktorer, der tilvejebringer høje temperaturer og tryk i den mikroskopiske skala, hvor dannelsen af ​​aktive arter såsom frie radikaler fra opløste molekyler forekommer. I forbindelse med materialekemi har ultralydkavitation det unikke potentiale for lokalt katalyserende høj temperatur (op til 5000 K) og højtryks (500atm) reaktioner, mens systemet forbliver makroskopisk nær stuetemperatur og omgivelsestryk. (jf. Skorb, Andreeva 2013)
Ultralydsbehandlinger er hovedsageligt baseret på kavitationelle virkninger. Til metallurgi er sonikering en yderst fordelagtig teknik til forbedring af støbning af metaller og legeringer.
Udover behandlingen af metal smelter bruges sonikering også til at skabe svampelignende nanostrukturer og nanomønstre på faste metaloverflader som titanium og legeringer. Disse ultralyd nanostrukturerede titanium og legering dele viser stor kapacitet som implantater med forbedret osteogen celleproliferation. Læs mere om ultralyd nano-strukturering af titanium implantater!

Vi vil være glade for at diskutere din proces.

Lad os komme i kontakt.