Metalli sulatamiste ultraheli töötlemine
- Sulammetallide ja sulamite võimsus ultraheli näitab mitmesugust kasulikku mõju, nagu struktureerimine, degaseerimine ja paranenud filtreerimine.
- Ultraheli soodustab mitte-dendriitset tahkumist vedelates ja pooltahketes metallides.
- Sonikatsioonil on märkimisväärne kasu dendriitsete terade ja esmaste intermetalliliste osakeste mikrostruktuurilise täpsustamise kohta.
- Peale selle võib elektri ultraheli kasutada eesmärgipäraseks, et vähendada metalli poorsust või tekitada mesoporoorset struktuuri.
- Viimane, kuid mitte vähem oluline, võimsuse ultraheli parandab valuute kvaliteeti.
Ultraheli tahkestumine
Mittedendriitsete struktuuride moodustamine metalli sulatuste tahkestumisel mõjutab selliseid materiaalseid omadusi nagu tugevus, plastilisus, tugevus ja / või kõvadus.
Ultraheli muundatud teravilja tuumastumine: Akustiline kavitatsioon ja selle intensiivsed nihkejõud suurendavad sulamisseadmesse kuuluvaid tuumade asukohti ja arvu. Ultraheli töötlemine (UST) sulatab tulemuseks heterogeense tuumamise ja killustumise dendrites, nii et lõppsaadus näitab oluliselt pehme tera täpsust.
Ultraheli kavitatsioon põhjustab mittemetalliliste lisandite ühtlase niisutamise sulamis. Need lisandid muutuvad tuumasünteesiks, mis on tahkestumise lähtepunktiks. Kuna need tuumikpunktid asuvad tahkestumise ees, ei teki dendriitstruktuuride kasvu.
Ti sulamehe makrostruktuur pärast ultraheliravi (Ruirun et al., 2017)
Dendriidi killustatus: Dendrittide sulamine algab tavaliselt juurest kohaliku temperatuuri tõusu ja eraldumise tõttu. UST genereerib tugevat konvektsiooni (soojusülekanne vedeliku massi liikumisel) ja šoki lained sulas, nii et dendrites on killustatud. Konvektsioon võib edendada dendriidi killustumist äärmise kohaliku temperatuuri ja koostise muutumise tõttu ning soodustab soluudi hajutamist. Kavitatsioonil põhinevad lööklained toetavad nende sulamisjuure purunemist.
Metalli sulamite ultraheli degaseerimine
Degassimine on veel üks oluline võimsus ultraheliuuring vedelate ja pooltahketest metallidest ja sulamitest. Akustiline kavitatsioon tekitab vahelduvaid madalrõhu / kõrge rõhu tsükleid. Madala rõhuga tsüklite korral tekivad vedelikus või läga minimaalsed vaakummullid. Need vaakummullid toimivad tuumadena vesiniku ja aurumullide moodustamiseks. Suuremate vesinikullide tekke tõttu tõusevad gaasimullid. Akustiline vool ja voolamine aitavad nende mullide ujumist pinnale ja sulamist välja, nii et gaasi saab eemaldada ja gaasi kontsentratsioon sulamis on vähenenud.
Ultraheli degaseerimine vähendab metalli poorsust, saavutades seega metalli / sulamitoodete lõpliku materjali tiheduse.
Alumiiniumsulamite ultraheli degaasimine suurendab materjali ületõmbetugevust ja plastilisust. Tööstusliku võimsuse ultraheli süsteemid on parimad muu hulgas efektiivsuse ja töötlemise ajaga seotud kaubanduslike degaseerimismeetodite seas. Veelgi enam, tänu sulgu madalamale viskoossusele paraneb täitev protsess.
Ti44Al6Nb1Cr2V tihendusomadused erinevate ultrahelitöötlusajal.
Dr. D. Andreeva näitab ultraheli struktureerimise protseduuri
kasutades UIP1000hd ultraheligaator (20 kHz, 1000W). Pilt Ch. Wißler
Sonokapillary Effect filtreerimise ajal
Ultraheli kapillaariefekt (UCE) vedelates metallides on motoorika mõju, mis eemaldab oksiidide sisseviimise ajal ultraheli abil sulatatud filtreerimisel. (Eskin jt, 2014: 120 jt.)
Filtreerimist kasutatakse mittemetalliliste lisandite eemaldamiseks sulamist. Filtrimisel läbib sulamine mitmesuguseid võrgusilma (nt klaaskiud), et eraldada soovimatud sisselõiged. Mida väiksem on võrgusilma suurus, seda parem on filtreerimise tulemus.
Tavalistes tingimustes ei saa sulamine läbida kahekihilise filtriga, mille kitsas pooride suurus on 0,4-0,4 mm. Siiski, ultraheli-aitatava filtreerimisega võimaldatakse sulatada sonokapillaarse toime tõttu silma poorid. Sellisel juhul säilivad filtri kapillaarid isegi 1-10-um mittemetallilistel lisanditel. Sulami täiustatud puhtuse tõttu välditakse oksiidide vesinikupooride moodustumist, nii et sulami tugevus väheneb.
Eskin et al. (2014: 120 ff) on näidanud, et ultraheli filtreerimine võimaldab alumiiniumsulamite AA2024, AA7055 ja AA7075 puhastamist, kasutades mitmekihilisi klaaskiudfiltreid (kuni 9 kihti) koos 0,6×0.6 mm võrgusilma poore. Kui ultraheli filtreerimisprotsess ühendatakse inokulantide lisamisega, saavutatakse samaaegne teravilja viimistlemine.
Ultraheli tugevdamine
Ultraheli on osutunud väga efektiivseks, et jaotada nanoosakesed ühtlaselt lägaks. Seetõttu on ultraheli dispergeerijad kõige levinumad seadmed nano-tugevdatud komposiitide tootmiseks.
Nanoosakesed (nt Al2O3/ SiC, CNT) kasutatakse tugevdava materjalina. Nanoosakesed lisatakse sulasulamina ja ultraheli dispergeeritakse. Akustiline kavitatsioon ja voolamine parandab osakeste deagglomereerimist ja märgatavust, mille tulemuseks on parem tõmbetugevus, voolavuspiir ja pikenemine.
Ultraheli seadmed suuremahuliste rakenduste jaoks
Elektrilise ultraheli kasutamine metallurgias nõuab tugevaid ja usaldusväärseid ultraheli süsteeme, mida saab paigaldada nõudlikule keskkonnale. Hielscher Ultrasonics tarnib tööstuslikke ultraheli-seadmeid paigaldamiseks raskesti rakendatavates rakendustes ja karmides tingimustes. Kõik meie ultrasonikaatorid on ehitatud 24/7 tööks. Hielscheri suure võimsusega ultraheli süsteemid on ühendatud vastupidavuse, usaldusväärsuse ja täpse juhitavusega.
Nõuded protsessidele – nagu metalli sulatamine rafineerimisel – vajavad intensiivset ultrahelitöötlust. Hielscher Ultrasonics’ tööstuslikud ultraheli protsessorid annavad väga kõrge amplituudi. Kuni 200 urni amplituudi saab 24/7 töökorras pidevalt juhtida. Suuremate amplituudide korral on saadaval kohandatud ultraheli sonotroodid.
Hielscher pakub väga optiliste töötlemisprotsesside tagamiseks ultra-kõrge vedeliku ja sulamistemperatuuride ultraheliga töötlemisel erinevaid sonotroode ja kohandatud tarvikuid.
Alljärgnev tabel annab teile ülevaate meie ultrahelihitiste ligikaudse töötlemisvõimsusest:
| partii Köide | flow Rate | Soovitatavad seadmed |
|---|---|---|
| 10 kuni 2000 ml | 20 kuni 400 ml / min | Uf200 ः t, UP400St |
| 0.1 kuni 20 l | 0.2 kuni 4 l / min | UIP2000hdT |
| 10 kuni 100 l | 2 kuni 10 l / min | UIP4000 |
| e.k. | 10 kuni 100 l / min | UIP16000 |
| e.k. | suurem | klastri UIP16000 |
Võta meiega ühendust! / Küsi meiega!
Kirjandus / viited
- Eskin, Georgy I .; Eskin, Dmitry G. (2014): kerge legeeritud sulandite ultraheliravi. CRC Press, tehnoloogia & Engineering 2014.
- Jia, S .; Xuan, Y .; Nastac, L .; Allison, PG; Rushing, TW: (2016): ultraheli töötlemisel valmistatud 6061 alumiiniumsulamil baseeruvate nanokomposiitvalandite mikrostruktuur, mehaanilised omadused ja purunemiskäitumine. International Journal of Cast Metals Research, Vol. 29, Iss. 5: TMS 2015 aastakoosolek ja näitus 2016. 286-289.
- Ruirun, C. et al. (2017): Ultraheli vibratsiooni mõjud kõrge legeeriva TiAl mikrostruktuurile ja mehaanilistele omadustele. Sci. Rep 7, 2017.
- Skorb, EV; Andreeva, DV (2013): Bio-inspireeritud ultraheli abil aitavad ehitada sünteetilised käsnad. J. Mater. Chem. A, 2013,1. 7547-7557.
- Tzanakis, I .; Xu, WW; Eskin, peadirektoraat; Lee, PD; Kotsovinos, N. (2015): Sulam alumiiniumi ultraheli kapillaaride mõju in situ ja analüüs. Ultraheli Sonochemistry 27, 2015. 72-80.
- Wu, WW :; Tzanakis, I .; Srirangam, P .; Mirihanage, WU; Eskin, peadirektoraat; Bodey, AJ; Lee, PD (2015): Al-10Cu sulametallide ultraheli kavitatsiooni ja mullide dünaamika sünkrotrooni kvantitatiivne määramine.
Faktid Tasub teada
Power Ultrasound ja kavitatsioon
Kui suure intensiivsusega ultraheli lained sidestatakse vedelike või lägatena, siis nähtus kavitatsioon esineb.
Kõrge võimsuse, madalsagedusliku ultraheli põhjustab kavitatsioonimullide moodustumist kontrollitavalt vedelikes ja lägaosades. Intensiivsed ultraheli lained tekitavad vedelikus madala rõhu / kõrge rõhu tsükleid. Need kiirete muutuste tagajärjel tekitavad tühjad, nn kavitatsioonimullid. Ultraheli indutseeritud kavitatsioonimulle võib pidada keemilisteks mikrorektoriteks, mis tagavad kõrgel temperatuuril ja rõhul mikroskoopilise skaala, kus tekkivad aktiivsed liigid, näiteks lahustunud molekulide vabad radikaalid. Materjalide keemia kontekstis on ultraheli kavitatsioonil ainulaadne potentsiaal kõrge temperatuuriga (kuni 5000 K) ja kõrgsurve (500atm) reaktsioonide lokaalseks katalüüsimiseks, samal ajal kui süsteem jääb makroskoopiliselt toatemperatuurile ja ümbritsevale rõhule. (vrd Skorb, Andreeva 2013)
Ultraheliravi (UST) põhineb peamiselt kaaviatsionaalsetel tagajärgedel. Metallurgia puhul on UST väga kasulik meetod metallide ja sulamite valamiseks.