Ultraschallentgasung von Aluminiumlegierungsschmelzen
Aluminium- und Legierungsschmelzen lassen sich mit Hochleistungs-Ultraschall effizient entgasen. Leistungsstarke Ultraschallwellen fördern die Koaleszenz von Wasserstoff und anderen unerwünschten Gasen, so dass diese effizient aus der Metallschmelze entfernt werden können. Ultraschall-Entgaser sind für den Einsatz bei sehr hohen Temperaturen und hoher Beanspruchung erhältlich.
Ultraschall-Entgasung von geschmolzenen Aluminium-Legierungen
Die Erzeugung von Kavitation in flüssigen Metallen ist eine äußerst anspruchsvolle Anwendung, und es gibt nur sehr wenige Techniken zur Erzeugung ausreichender und zuverlässiger Kavitation in Metallschmelzen. Die Geschwindigkeit und Intensität der Kavitation sind jedoch ein entscheidender Faktor für die Entgasungsergebnisse. Eine wirksame Entgasung erfordert eine zuverlässige Kavitation, um eine maximale Strukturverfeinerung der Metallschmelze zu erreichen. Intensive akustische Kavitation, die durch Hochleistungs-Ultraschall erzeugt wird, kann die Entgasung um 30 bis 60 % verbessern. Gleichzeitig kann durch die Beschallung die Kornfeinung von Metallschmelzen deutlich verbessert werden.
Vorteile der Schmelzentgasung von Aluminiumlegierungen mit Ultraschall
Da die Entgasung von Metallschmelzen, wie z. B. Aluminiumlegierungen, eine anspruchsvolle Aufgabe ist, die die Qualität von Metallen und Druckgussteilen stark beeinflusst, wird die Entgasung mit Leistungsultraschall als vielversprechende Methode angesehen – insbesondere im Hinblick auf seine Vorteile.
- Wirksame Entfernung von Gasblasen: Die Ultraschall-Sondenentgasung ist eine sehr wirksame Methode zur Entfernung von Gasblasen aus Metallschmelzen. Die hochfrequenten Ultraschallwellen bewirken, dass die Blasen an die Oberfläche der Schmelze aufsteigen und entweichen, was zu einer deutlichen Verringerung des Gasgehalts der Schmelze führt.
- Verbesserte Materialeigenschaften: Die Entfernung von Gasblasen aus Metallschmelzen kann zu erheblichen Verbesserungen der mechanischen und physikalischen Eigenschaften des entstehenden Materials führen. Dies liegt daran, dass Gasblasen als Spannungskonzentratoren wirken können, was zu einer geringeren Festigkeit und Duktilität führt.
- Verbesserte Gussqualität: Die Ultraschallentgasung kann auch die Gussqualität verbessern, indem sie Porosität und andere mit Gasblasen verbundene Gussfehler verringert.
- Weniger Schlacke: Die Ultraschall-Entgasung führt zu weniger Krätze. Daher machen die Ultraschall-Entgaser die Anwendung der Metallentgasung effizienter.
- Verfeinerung des Korns: Die Ultraschallbehandlung wird außerdem zur Verbesserung der Kornstruktur von Metallschmelzen eingesetzt. Dadurch wird die Metallqualität weiter verbessert.
Prozessparameter der Ultraschallentgasung: Ultraschallentgaser mit Sonotrode gelten als eine der zuverlässigsten Ausgasungsmethoden, deren wissenschaftliche Durchführbarkeit im kleinen und großen Maßstab nachgewiesen ist. Die Erzeugung von Ultraschallschwingungen und akustischer Kavitation hängt von verschiedenen Faktoren ab, einschließlich der Ultraschallprozessparameter, der Metallzusammensetzung, der Oberflächenspannung, der Schmelztemperatur, der Viskosität sowie des Volumens und des Lösungsgrades von Gaseinschlüssen in der Metallschmelze. Ultraschall-Prozessparameter können genau auf die Zusammensetzung der Metallschmelze und die Einflussfaktoren abgestimmt werden, so dass die richtige Intensität vin Ultraschallschwingung und -kavitation erreicht wird. Die exakte Einstellung der Ultraschallparameter sind die Grundlage für die Vorteile der Ultraschall-Entgasung von Metallschmelzen. Zu den Hauptvorteilen der Ultraschall-Entgasung gehören hohe Entgasungsraten und die geringere Umweltbelastung durch das Verfahren. Da bei der Ultraschallentgasung nur sehr wenig Krätze anfällt, ist die Ultraschall-Metallschmelzentgasung eine umweltfreundliche Technik.
Entgasung von Aluminium- und Legierungsschmelzen mit Ultraschall
Die Ultraschallentgasung ist eine bewährte Methode zur Erhöhung der Dichte von Aluminiumlegierungen und zur Verringerung des Wasserstoffgehalts in Aluminiumlegierungen. Im Vergleich zu alternativen Entgasungsverfahren, wie z. B. der Entgasung mit einem Rotationslaufrad, zeichnet sich die Ultraschallentgasung durch Schnelligkeit und Effizienz aus. Studien haben gezeigt, dass ein Ultraschallsonden-Entgasungssystem etwa dreimal schneller ist als die Entgasung mit einem Impeller.
Da bei der Ultraschallentgasung nicht mit herkömmlichem Metallrühren gearbeitet wird, wird das schützende Aluminiumoxid an der Oberfläche der Schmelze nicht zerstört. Durch die Beibehaltung der Aluminiumoxidschicht wird der Eintrag von Aluminiumoxid in die Aluminiumschmelze verhindert, so dass die Schutzwirkung gegen atmosphärische Verunreinigungen erhalten bleibt. Die Ultraschallentgasung verbessert die Kornfeinung und Struktur von Aluminiumlegierungen. Dies, zusätzlich zur ultraschallgestützten Entfernung von nichtmetallischen Gaseinschlüssen aus dem flüssigen Aluminium, macht die Ultraschall-Behandlung von Metallschmelzen zu einer überlegenen Technik für die Herstellung hochwertiger Metallgussteile.

Ultraschallgerät UIP2000hdT für Schwerlastanwendungen wie die Entgasung von Metallschmelzen
Hochleistungs-Ultraschallgeräte zur Entgasung von Metallschmelzen
Die Entgasung von Metallschmelzen, wie z. B. Aluminiumlegierungen, erfordert Hochleistungs-Ultraschallgeräte mit hoher Leistung. Die Ultraschallsonde muss für den Einsatz bei hohen Temperaturen und hohen Viskositäten ausgelegt sein. Der Ultraschallgenerator muss in der Lage sein, über lange Zeiträume konstante Amplituden zu liefern und zu halten. Hielscher Ultrasonics ist spezialisiert auf die Entwicklung, Herstellung und den Vertrieb von Hochleistungs-Ultraschallgeräten für anspruchsvolle Anwendungen wie die Entgasung von Metallschmelzen bei hohen Temperaturen und unter hoher Belastung. Mit Hochleistungs-Ultraschallgeräten in jeder Größenordnung und speziell für die Behandlung von Flüssigmetallen entwickelten Ultraschallsonden ist Hielscher Ultrasonics Ihr Partner für die zuverlässige und effiziente Verarbeitung von Metallschmelzen.
Design, Herstellung und Beratung – Qualität Made in Germany
Hielscher Ultraschallgeräte sind bekannt für höchste Qualität und Designstandards. Robustheit und einfache Bedienung ermöglichen die problemlose Integration unserer Ultraschallgeräte in industrielle Anlagen. Raue Bedingungen und anspruchsvolle Umgebungen sind für Hielscher Ultraschallgeräte kein Problem.
Hielscher Ultrasonics ist ein ISO-zertifiziertes Unternehmen und legt großen Wert darauf, Hochleistungs-Ultraschallgeräte zu entwickeln und zu produzieren, die sich durch modernste Technik und Benutzerfreundlichkeit auszeichnen. Selbstverständlich sind Hielscher Sonicators CE-konform und erfüllen die Anforderungen von UL, CSA und RoHs.
In der folgenden Tabelle finden Sie die ungefähre Verarbeitungskapazität unserer Ultraschallhomogenisatoren:
Batch-Volumen | Durchfluss | Empfohlenes Ultraschallgerät |
---|---|---|
0,5 bis 1,5 ml | n.a. | VialTweeter | 1 bis 500ml | 10 bis 200ml/min | UP100H |
10 bis 2000ml | 20 bis 400ml/min | UP200Ht, UP400St |
0.1 bis 20l | 0,2 bis 4l/min | UIP2000hdT |
10 bis 100l | 2 bis 10l/min | UIP4000hdT |
15 bis 150 Liter | 3 bis 15 l/min | UIP6000hdT |
n.a. | 10 bis 100l/min | UIP16000 |
n.a. | größere | Cluster aus UIP16000 |
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Literatur / Literaturhinweise
- Wang, C., Connolley, T., Tzanakis, I., Eskin, D., & Mi, J. (2019): Characterization of Ultrasonic Bubble Clouds in A Liquid Metal by Synchrotron X-ray High Speed Imaging and Statistical Analysis. Materials (Basel, Switzerland), 13(1), 44.
- I. Tzanakis, W.W. Xu, G.S.B. Lebon, D.G. Eskin, K. Pericleous, P.D. Lee (2015): In Situ Synchrotron Radiography and Spectrum Analysis of Transient Cavitation Bubbles in Molten Aluminium Alloy. Physics Procedia, Volume 70, 2015. 841-845.
- Shusen, Wu; Liu, Longfei; Qianqian, Ma; Youwu, Mao; Ping, An. (2012): Degassing effect of ultrasonic vibration in molten melt and semi-solid slurry of Al-Si alloys. Foundry 9, 2012. 201-206.

Hielscher Ultrasonics fertigt Hochleistungs-Ultraschall-Homogenisatoren vom Labor bis zum voll-kommerziellen Industriemaßstab.