Metalli sulamite ultraheli täiustamine
- Sulammetallide ja sulamite võimsus ultraheli näitab mitmesugust kasulikku mõju, nagu struktureerimine, degaseerimine ja paranenud filtreerimine.
- Ultraheli soodustab vedelate ja pooltahkete metallide mitte-dendriitset tahkestumist.
- 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.
Metalli sulamise 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 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 mittemetalliliste lisandite ühtlase niisutamise sulamis. Need lisandid muutuvad tuumasünteesiks, mis on tahkestumise lähtepunktiks. Kuna need tuumikpunktid asuvad tahkestumise ees, ei teki 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.
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 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).
Sonokapillary Effect 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 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.
Metallisulamite 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
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.
Nõuded protsessidele – nagu metalli sulatamine rafineerimisel – 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.
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): 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 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 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!