Metalli sulamite ultraheli täiustamine
- Sulametallide ja sulamite võimsuse ultraheli näitab erinevaid kasulikke mõjusid, nagu struktureerimine, degaseerimine ja parem filtreerimine.
- Ultraheli soodustab vedelate ja pooltahkete metallide mitte-dendriitset tahkestumist.
- Sonikatsioonil on märkimisväärne kasu dendriitterade ja primaarsete intermetalliliste osakeste mikrostruktuurilisele täiustamisele.
- Lisaks saab võimsuse ultraheli sihipäraselt kasutada metalli poorsuse vähendamiseks või mesopoorsete struktuuride tootmiseks.
- Viimane, kuid mitte vähem oluline on see, et võimsuse ultraheli parandab valandite kvaliteeti.
Metalli sulamise ultraheli tahkestumine
Mittedendriitsete struktuuride moodustumine metallisulamite tahkestumise ajal mõjutab materjali omadusi, nagu tugevus, plastsus, sitkus ja / või kõvadus.
Ultraheli muudetud teravilja tuum: Akustiline kavitatsioon ja selle intensiivsed nihkejõud suurendavad sulamis tuumade asukohti ja tuumade arvu. Sulatiste ultraheliravi tulemuseks on heterogeenne tuum ja dendriitide killustumine, nii et lõpptootel on oluliselt suurem teravilja rafineerimine.
Ultraheli kavitatsioon põhjustab sulamis mittemetalsete lisandite ühtlast niisutamist. Need lisandid muutuvad tuumade tekkimise kohtadeks, mis on tahkestumise lähtepunktid. Kuna need tuumapunktid on tahkestumise ees, ei toimu dendriitstruktuuride kasvu.
Ti sulami makrostruktuur pärast ultraheliravi. Ultraheli tulemuseks on oluliselt rafineeritud tera struktuur.
Dr Andreeva-Bäumler, Bayreuthi ülikool, töötab koos ultrasonikaatoriga UIP1000hdT metallide nano-struktureerimisel.
Ultraheli mõju sulami Vickeri kõvadusele: Ultraheli parandab Vickersi mikrohardust metallis
(uuring ja graafik: ©Ruirun et al., 2017)
Dendriidi killustatus: Dendriitide sulamine algab tavaliselt juurest kohaliku temperatuuri tõusu ja segregatsiooni tõttu. Sonikatsioon tekitab tugeva konvektsiooni (soojusülekanne vedeliku massi liikumisega) ja lööklained sulatis, nii et dendriidid on killustatud. Konvektsioon võib soodustada dendriidi killustumist äärmuslike kohalike temperatuuride ja koostise variatsioonide tõttu ning soodustab lahustunud aine difusiooni. Kavitatsiooni lööklained aitavad kaasa nende sulavate juurte purunemisele.
metallisulamite ultraheli degaseerimine
Degaseerimine on veel üks oluline võimsuse ultraheli mõju vedelatele ja pooltahketele metallidele ja sulamitele. Akustiline kavitatsioon tekitab vahelduvaid madala rõhu / kõrgsurve tsükleid. Madalrõhutsüklite ajal tekivad vedelikus või lägas pisikesed vaakummullid. Need vaakummullid toimivad tuumadena vesiniku ja aurumullide moodustamiseks. Suuremate vesinikumullide moodustumise tõttu tõusevad gaasimullid. Akustiline vool ja voolamine aitavad kaasa nende mullide hõljumisele pinnale ja sulatist välja, nii et gaasi saab eemaldada ja gaasi kontsentratsioon sulamis väheneb.
Ultraheli degaseerimine vähendab metalli poorsust, saavutades seeläbi suurema materjali tiheduse lõplikus metalli / sulami tootes.
Alumiiniumisulamite ultraheli degaseerimine tõstab materjali lõplikku tõmbetugevust ja plastsust. Tööstusliku võimsuse ultraheli süsteemid on parimad teiste kaubanduslike degaseerimismeetodite hulgas tõhususe ja töötlemisaja osas. Lisaks paraneb hallituse täitmise protsess sulatise madalama viskoossuse tõttu.
Ti44Al6Nb1Cr2V surveomadused erinevatel ultrahelitöötlusaegadel. Sonikatsioon parandab oluliselt survetugevust.
(uuring ja graafik: ©Ruirun et al., 2017)
Keraamiline sonotrode BS4D22L3C on spetsiaalne sonotrode, mis sobib kõrgtemperatuuriliste vedelike, näiteks sulaalumiiniumi sonikeerimiseks (nt segamiseks ja degaseerimiseks).
Sonokapillaarne toime filtreerimise ajal
Ultraheli kapillaaride efekt vedelates metallides on juhtiv toime oksiidide lisandite eemaldamiseks sulatuste ultraheli abil filtreerimise ajal. (Eskin jt 2014: 120 jj.)
Filtreerimist kasutatakse mittemetalsete lisandite eemaldamiseks sulatist. Filtreerimise ajal läbib sulatus mitmesuguseid võrgusilmi (nt klaaskiud), et eraldada soovimatud lisandid. Mida väiksem on võrgusilma suurus, seda parem on filtreerimise tulemus.
Tavalistes tingimustes ei saa sulatus läbida kahekihilist filtrit, mille väga kitsas pooride suurus on 0,4-0,4 mm. Kuid ultraheli abil filtreerimisel on sulatisel võimalik sonokapillaarse toime tõttu läbida võrgusilma poorid. Sellisel juhul säilitavad filtri kapillaarid isegi mittemetallilisi lisandeid 1–10 μm. Sulami suurema puhtuse tõttu välditakse vesiniku pooride moodustumist oksiidide juures, nii et sulami väsimustugevus suureneb.
(2014: 120ff.) on näidanud, et ultraheli filtreerimine võimaldab alumiiniumisulameid AA2024, AA7055 ja AA7075 puhastada, kasutades mitmekihilisi klaaskiudfiltreid (kuni 9 kihiga) 0,6-ga×0.6mm võrgusilma poorid. Kui ultraheli filtreerimisprotsess kombineeritakse inokulantide lisamisega, saavutatakse samaaegne teravilja täiustamine.
Metallisulamite ultraheli tugevdamine
Ultraheli on osutunud väga tõhusaks nanoosakeste ühtlaseks hajutamiseks läga. Seetõttu on ultraheli dispergeerijad kõige tavalisemad seadmed nano-tugevdatud komposiitide tootmiseks.
Nanoosakesed (nt Al2O3/SiC, CNT) kasutatakse tugevdava materjalina. Nanoosakesed lisatakse sulasulamisse ja dispergeeritakse ultraheliga. Akustiline kavitatsioon ja voogedastus parandavad osakeste deagglomeratsiooni ja märguvust, mille tulemuseks on parem tõmbetugevus, voolavustugevus ja venivus.
Ultraheli seadmed raskeveokite jaoks
Võimsuse ultraheli rakendamine metallurgias nõuab tugevaid ja usaldusväärseid ultraheli süsteeme, mida saab paigaldada nõudlikesse keskkondadesse. Hielscher Ultrasonics tarnib tööstusliku kvaliteediga ultraheli seadmeid raskeveokite rakendustes ja karmides keskkondades paigaldamiseks. Kõik meie ultrasonikaatorid on ehitatud 24/7 tööks. Hielscheri suure võimsusega ultraheli süsteemid on seotud töökindluse, usaldusväärsuse ja täpse kontrollitavusega.
Nõudlikud protsessid – näiteks metallisulamite rafineerimine – nõuda intensiivse ultrahelitöötluse võimet. Hielscher Ultrasonics tööstuslikud ultraheli protsessorid pakuvad väga kõrgeid amplituudi. Amplituudid kuni 200 μm saab hõlpsasti pidevalt käivitada 24/7 operatsioonis. Veelgi suuremate amplituudide jaoks on saadaval kohandatud ultraheli sonotroodid.
Väga kõrge vedeliku ja sulamistemperatuuri ultrahelitöötluseks pakub Hielscher erinevaid sonotroode ja kohandatud tarvikuid, et tagada optimaalsed töötlemistulemused.
Allolev tabel annab teile ülevaate meie ultrasonikaatorite ligikaudsest töötlemisvõimsusest:
| Partii maht | Voolukiirus | Soovitatavad seadmed |
|---|---|---|
| 10 kuni 2000 ml | 20 kuni 400 ml / min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 kuni 20L | 0.2 kuni 4L / min | UIP2000hdT |
| 10 kuni 100L | 2 kuni 10L/min | UIP4000 |
| mujal liigitamata | 10 kuni 100 L / min | UIP16000 |
| mujal liigitamata | Suurem | klaster UIP16000 |
Võta meiega ühendust! / Küsi meilt!
Kirjandus / viited
- 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.
Faktid, mida tasub teada
Võimsus ultraheli ja kavitatsioon
Kui kõrge intensiivsusega ultraheli lained on ühendatud vedelike või läga, siis nähtus Kavitatsioon Tekib.
Suure võimsusega, madala sagedusega ultraheli põhjustab kavitatsioonimullide teket vedelikes ja lägades kontrollitud viisil. Intensiivsed ultraheli lained tekitavad vedelikus vahelduvaid madala rõhu / kõrge rõhu tsükleid. Need kiired rõhumuutused tekitavad tühimikke, nn kavitatsioonimulle. Ultraheli indutseeritud kavitatsioonimulle võib pidada keemilisteks mikroreaktoriteks, mis pakuvad mikroskoopilisel skaalal kõrgeid temperatuure ja rõhku, kus toimub aktiivsete liikide, näiteks lahustunud molekulide vabade radikaalide moodustumine. Materjalikeemia kontekstis on ultraheli kavitatsioonil ainulaadne potentsiaal kõrge temperatuuri (kuni 5000 K) ja kõrgsurve (500atm) reaktsioonide lokaalseks katalüüsimiseks, samas kui süsteem jääb makroskoopiliselt toatemperatuuri ja ümbritseva õhu rõhu lähedale. (vrd Skorb, Andreeva 2013)
Ultraheliravi põhineb peamiselt kavitatsioonilistel mõjudel. Metallurgia jaoks on ultrahelitöötlus väga soodne meetod metallide ja sulamite valamise parandamiseks.
Lisaks metallisulamite töötlemisele kasutatakse ultrahelitöötlust ka käsnataoliste nanostruktuuride ja nanomustrite loomiseks tahketel metallpindadel, nagu titaan ja sulamid. Need ultraheli nanostruktuursed titaanist ja sulamitest osad näitavad suurt võimsust implantaatidena, millel on suurenenud osteogeensete rakkude proliferatsioon. Loe lähemalt titaanimplantaatide ultraheli nano-struktureerimise kohta!