پالایش التراسونیک ذوب فلز
- سونوگرافی قدرت در فلزات مذاب و آلیاژها اثرات مفید مختلفی مانند ساختار، گاز زدایی و بهبود فیلتراسیون را نشان می دهد.
- امواج فراصوت باعث انجماد غیر دندریتیک در فلزات مایع و نیمه جامد می شود.
- فراصوت مزایای قابل توجهی در پالایش ریزساختاری دانه های دندریتیک و ذرات اولیه بین فلزی دارد.
- علاوه بر این، سونوگرافی قدرت را می توان به طور هدفمند برای کاهش تخلخل فلز یا تولید ساختارهای مزو متخلخل استفاده کرد.
- آخرین اما نه کم اهمیت، سونوگرافی قدرت کیفیت ریخته گری را بهبود می بخشد.
انجماد اولتراسونیک مذاب فلز
تشکیل ساختارهای غیر دندریتیک در هنگام انجماد مذاب فلزات بر خواص مواد مانند استحکام، شکل پذیری، چقرمگی و/یا سختی تأثیر می گذارد.
اولتراسونیک تغییر هسته دانه: کاویتاسیون آکوستیک و نیروهای برشی شدید آن باعث افزایش مکان های هسته زایی و تعداد هسته ها در مذاب می شود. درمان اولتراسونیک از مذاب منجر به هسته ناهمگن و تکه تکه شدن دندریت ها، به طوری که محصول نهایی نشان می دهد پالایش دانه به طور قابل توجهی بالاتر.
حفره اولتراسونیک باعث خیس شدن ناخالصی های غیر فلزی در مذاب می شود. این ناخالصی ها به مکان های هسته ای تبدیل می شوند که نقاط شروع انجماد هستند. از آنجایی که آن نقاط هسته ای جلوتر از جبهه انجماد هستند، رشد ساختارهای دندریتیک رخ نمی دهد.
ساختار کلان آلیاژ Ti پس از درمان اولتراسونیک. نتایج امواج فراصوت در ساختار دانه قابل توجهی تصفیه شده.
دکتر Andreeva-Bäumler، دانشگاه Bayreuth، در حال کار با ultrasonicator UIP1000hdT در نانو ساختار فلزات.
اثرات مافوق صوت بر سختی آلیاژ ویکر: فراصوت را بهبود می بخشد microhardness ویکرز در فلز
(مطالعه و گرافیک: ©رویرون و همکاران، 2017)
تکه تکه شدن دندریت: ذوب دندریت ها معمولا به دلیل افزایش دمای محلی و تفکیک از ریشه شروع می شود. فراصوت باعث ایجاد همرفت قوی (انتقال حرارت توسط حرکت جرمی یک مایع) و امواج شوک در مذاب می شود ، به طوری که دندریت ها تکه تکه می شوند. همرفت می تواند باعث تکه تکه شدن دندریت ها به دلیل دماهای شدید محلی و همچنین تغییرات ترکیب شود و باعث انتشار املاح شود. امواج ضربه ای حفره ای به شکستن آن ریشه های ذوب شده کمک می کند.
گاز زدایی اولتراسونیک از آلیاژهای فلزی
گاززدایی یکی دیگر از اثرات مهم اولتراسونیک قدرت بر روی فلزات و آلیاژهای مایع و نیمه جامد است. کاویتاسیون آکوستیک چرخه های فشار کم / فشار بالا متناوب ایجاد می کند. در طول چرخه های فشار کم، حباب های خلاء ریز در مایع یا دوغاب ایجاد می شود. این حباب های خلاء به عنوان هسته ای برای تشکیل حباب های هیدروژن و بخار عمل می کنند. به دلیل تشکیل حباب های هیدروژن بزرگتر، حباب های گاز بالا می روند. جریان صوتی و جریان به شناور شدن این حباب ها به سطح و خارج از مذاب کمک می کند، به طوری که می توان گاز را حذف کرد و غلظت گاز در مذاب کاهش یافت.
گاززدایی اولتراسونیک تخلخل فلز را کاهش می دهد و در نتیجه چگالی مواد بالاتری را در محصول نهایی فلز / آلیاژ به دست می آورد.
گاززدایی اولتراسونیک از آلیاژهای آلومینیوم استحکام کششی نهایی و شکل پذیری مواد را افزایش می دهد. سیستم های سونوگرافی قدرت صنعتی به عنوان بهترین در میان سایر روش های گاززدایی تجاری از نظر اثربخشی و زمان پردازش به حساب می آیند. علاوه بر این، فرآیند پر کردن قالب به دلیل ویسکوزیته کمتر مذاب بهبود می یابد.
خواص فشاری Ti44Al6Nb1Cr2V تحت زمان های مختلف فراصوت. فراصوت قدرت فشاری را به طور قابل توجهی بهبود می بخشد.
(مطالعه و گرافیک: ©رویرون و همکاران، 2017)
BS4D22L3C sonotrode سرامیکی sonotrode ویژه مناسب برای فراصوت مایعات با درجه حرارت بالا مانند آلومینیوم مذاب (به عنوان مثال برای مخلوط کردن و گاززدایی) است.
اثر Sonocapillary در طول فیلتراسیون
اثر مویرگی مافوق صوت در فلزات مایع اثر رانندگی برای حذف اجزاء اکسید در طول فیلتراسیون التراسونیک از مذاب کمک است. (اسکین و همکاران 2014: 120 به بعد.)
فیلتراسیون برای حذف ناخالصی های غیر فلزی از مذاب استفاده می شود. در طول فیلتراسیون، مذاب از مش های مختلف (به عنوان مثال فیبر شیشه) عبور می کند تا آخال های ناخواسته را جدا کند. هرچه اندازه مش کوچکتر باشد ، نتیجه فیلتراسیون بهتر است.
در شرایط معمول، مذاب نمی تواند از یک فیلتر دو لایه با اندازه منافذ بسیار باریک 0,4-0,4 میلی متر عبور کند. با این حال, تحت فیلتراسیون اولتراسونیک کمک مذاب قادر به عبور منافذ مش با توجه به اثر sonocapillary. در این حالت ، مویرگهای فیلتر حتی ناخالصی های غیر فلزی 1-10 میکرومتر را حفظ می کنند. با توجه به افزایش خلوص آلیاژ ، از تشکیل منافذ هیدروژن در اکسیدها جلوگیری می شود ، به طوری که مقاومت خستگی آلیاژ افزایش می یابد.
Eskin و همکاران (2014: 120ff.) نشان داده اند که فیلتراسیون اولتراسونیک امکان تصفیه آلیاژهای آلومینیوم AA2024 ، AA7055 و AA7075 را با استفاده از فیلترهای الیاف شیشه ای چند لایه (با حداکثر 9 لایه) با 0.6 فراهم می کند×0منافذ مش .6 میلی متر. هنگامی که فرایند فیلتراسیون اولتراسونیک با علاوه بر این از مواد تلقیح ترکیب می شود، یک پالایش دانه همزمان به دست می آید.
تقویت التراسونیک آلیاژهای فلزی
امواج فراصوت ثابت شده است که بسیار موثر در پراکنده نانو ذرات یکنواخت به دوغاب. بنابراین پراکنده کننده های اولتراسونیک رایج ترین تجهیزات برای تولید کامپوزیت های تقویت شده نانو هستند.
نانوذرات (به عنوان مثال AlH2SO3/SiC، CNTs) به عنوان ماده تقویت کننده استفاده می شود. ذرات نانو به آلیاژ مذاب اضافه شده و پراکنده شده توسط مافوق صوت. کاویتاسیون و جریان آکوستیک باعث بهبود گلومراسیون و ترشوندگی ذرات می شود و در نتیجه استحکام کششی، استحکام تسلیم و ازدیاد طول بهبود می یابد.
تجهیزات اولتراسونیک برای کاربردهای سنگین
استفاده از سونوگرافی قدرت در متالورژی نیاز به سیستم های مافوق صوت قوی و قابل اعتماد دارد که می تواند در محیط های خواستار نصب شود. Hielscher مافوق صوت تامین تجهیزات مافوق صوت درجه صنعتی برای تاسیسات در برنامه های کاربردی سنگین و محیط های خشن. تمام مافوق صوت ما برای عملیات 24/7 ساخته شده است. سیستم های اولتراسونیک با قدرت بالا Hielscher با استحکام، قابلیت اطمینان و قابلیت کنترل دقیق زوج می شوند.
فرآیندهای خواستار – مانند پالایش مذاب فلزات – نیاز به قابلیت فراصوت شدید. Hielscher مافوق صوت صنعتی پردازنده های اولتراسونیک ارائه دامنه بسیار بالا. دامنه های تا 200 میکرومتر را می توان به راحتی به طور مداوم در عملیات 24/7 اجرا کرد. برای دامنه های حتی بالاتر ، سونوترودهای اولتراسونیک سفارشی در دسترس هستند.
برای فراصوت از دمای مایع و ذوب بسیار بالا، Hielscher ارائه می دهد sonotrodes مختلف و لوازم جانبی سفارشی برای اطمینان از نتایج پردازش بهینه.
جدول زیر به شما نشانه ای از ظرفیت پردازش تقریبی مافوق صوت ما می دهد:
| حجم دسته ای | نرخ جریان | دستگاه های توصیه شده |
|---|---|---|
| 10 تا 2000 میلی لیتر | 20 تا 400 میلی لیتر در دقیقه | تا 200 هرتز، UP400St |
| 0.1 تا 20 لیتر | 0.2 تا 4 لیتر در دقیقه | UIP2000hdT |
| 10 تا 100 لیتر | 2 تا 10 لیتر در دقیقه | UIP4000 |
| ن.ا. | 10 تا 100 لیتر در دقیقه | UIP16000 |
| ن.ا. | بزرگتر | خوشه ای از UIP16000 |
تماس با ما! / از ما بپرسید!
ادبیات/منابع
- 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.
حقایقی که ارزش دانستن دارند
سونوگرافی قدرت و کاویتاسیون
هنگامی که امواج اولتراسونیک با شدت بالا به مایعات یا دوغاب متصل می شوند، پدیده کاویتاسیون اتفاق می افتد.
سونوگرافی با قدرت بالا و فرکانس پایین باعث تشکیل حباب های کاویتاسیون در مایعات و دوغاب ها به صورت کنترل شده می شود. امواج اولتراسوند شدید چرخه های فشار کم / فشار بالا را در مایع ایجاد می کنند. این تغییرات سریع فشار باعث ایجاد حفره هایی می شود که به اصطلاح حباب های کاویتاسیون نامیده می شوند. حباب های کاویتاسیون ناشی از التراسونیک را می توان به عنوان میکروراکتورهای شیمیایی ارائه دما و فشار بالا در مقیاس میکروسکوپی در نظر گرفته، جایی که تشکیل گونه های فعال مانند رادیکال های آزاد از مولکول های محلول رخ می دهد. در زمینه شیمی مواد، حفره اولتراسونیک دارای پتانسیل منحصر به فرد کاتالیز محلی درجه حرارت بالا (تا 5000 K) و فشار بالا (500atm) واکنش ها، در حالی که سیستم ماکروسکوپی نزدیک به دمای اتاق و فشار محیط باقی می ماند. (رجوع کنید به Skorb، Andreeva 2013)
درمان های اولتراسونیک عمدتا بر اساس اثرات حفره ای است. برای متالورژی، فراصوت یک تکنیک بسیار سودمند برای بهبود ریخته گری فلزات و آلیاژها است.
علاوه بر درمان مذاب فلزات، فراصوت نیز برای ایجاد نانوساختارهای اسفنج مانند و الگوهای نانو بر روی سطوح فلزی جامد مانند تیتانیوم و آلیاژها استفاده می شود. این قطعات تیتانیوم و آلیاژ نانوساختار التراسونیک ظرفیت زیادی را به عنوان ایمپلنت با افزایش تکثیر سلول های استئوژنیک نشان می دهند. اطلاعات بیشتر در مورد ساختار نانو مافوق صوت ایمپلنت های تیتانیوم!