ધાતુના દ્રવિત પદાર્થોનું અલ્ટ્રાસોનિક પરિષ્કરણ
- દ્રવિત ધાતુઓ અને મિશ્રધાતુઓમાં ઉચ્ચ શક્તિવાળા અલ્ટ્રાસાઉન્ડથી સંરચના નિર્માણ, વાયુ દૂર કરવા અને સુધારેલા ગાળણ જેવા વિવિધ લાભદાયક પ્રભાવો જોવા મળે છે.
- અલ્ટ્રાસોનિકેશન પ્રવાહી અને અર્ધઘન ધાતુઓમાં બિન-ડેન્ડ્રાઇટિક ઘનીકરણને પ્રોત્સાહન આપે છે.
- ડેન્ડ્રાઇટિક કણો અને પ્રાથમિક આંતરધાત્વિક કણોના સૂક્ષ્મસંરચનાત્મક પરિષ્કરણમાં સોનિકેશનના નોંધપાત્ર લાભો છે.
- વધુમાં, ધાતુની છિદ્રાળુતા ઘટાડવા અથવા મધ્યમ કદનાં છિદ્રોવાળી સંરચનાઓ બનાવવા માટે ઉચ્ચ શક્તિવાળા અલ્ટ્રાસાઉન્ડનો હેતુપૂર્વક ઉપયોગ કરી શકાય છે.
- છેલ્લે, પરંતુ ઓછું મહત્વનું નહીં, ઉચ્ચ શક્તિવાળો અલ્ટ્રાસાઉન્ડ ઢાળેલી વસ્તુઓની ગુણવત્તા સુધારે છે.
ધાતુના દ્રવિત પદાર્થોનું અલ્ટ્રાસોનિક ઘનીકરણ
ધાતુના દ્રવિત પદાર્થોના ઘનીકરણ દરમિયાન બિન-ડેન્ડ્રાઇટિક સંરચનાઓનું નિર્માણ સામગ્રીના મજબૂતાઈ, તન્યતા, આઘાતસહનક્ષમતા અને/અથવા કઠિનતા જેવા ગુણધર્મોને પ્રભાવિત કરે છે.
અલ્ટ્રાસોનિક રીતે પરિવર્તિત સ્ફટિકકણ કેન્દ્રકન: ધ્વનિક કેવિટેશન અને તેનાં તીવ્ર કર્તન બળો દ્રવિત પદાર્થમાં કેન્દ્રકનનાં સ્થાનો અને કેન્દ્રકોની સંખ્યા વધારે છે. દ્રવિત પદાર્થોની અલ્ટ્રાસોનિક પ્રક્રિયાથી વિષમાંગી કેન્દ્રકન અને ડેન્ડ્રાઇટ્સનું વિખંડન થાય છે, જેથી અંતિમ ઉત્પાદનમાં સ્ફટિકકણોનું નોંધપાત્ર રીતે વધુ પરિષ્કરણ જોવા મળે છે.
અલ્ટ્રાસોનિક કેવિટેશન દ્રવિત પદાર્થમાં રહેલી અધાત્વિક અશુદ્ધિઓને સમાનરૂપે ભીંજવે છે. આ અશુદ્ધિઓ કેન્દ્રકનનાં સ્થાનોમાં ફેરવાય છે, જે ઘનીકરણનાં પ્રારંભબિંદુઓ છે. આ કેન્દ્રકન બિંદુઓ ઘનીકરણના અગ્રભાગથી આગળ હોવાથી ડેન્ડ્રાઇટિક સંરચનાઓની વૃદ્ધિ થતી નથી.
અલ્ટ્રાસોનિક પ્રક્રિયા પછી Ti મિશ્રધાતુની સ્થૂળ સંરચના. અલ્ટ્રાસોનિકેશનથી નોંધપાત્ર રીતે પરિષ્કૃત સ્ફટિકકણ સંરચના પ્રાપ્ત થાય છે.
બાયરોયથ યુનિવર્સિટીનાં ડૉ. આન્દ્રેએવા-બોયમલર ધાતુઓની નેનો-સંરચના બનાવવા માટે અલ્ટ્રાસોનિકેટર UIP1000hdT સાથે કાર્ય કરી રહ્યાં છે.
મિશ્રધાતુની વિકર્સ કઠિનતા પર અલ્ટ્રાસોનિક પ્રભાવો: અલ્ટ્રાસોનિકેશન ધાતુમાં વિકર્સ સૂક્ષ્મકઠિનતા સુધારે છે
(અભ્યાસ અને આલેખ: ©Ruirun et al., 2017)
ડેન્ડ્રાઇટ વિખંડન: સ્થાનિક તાપમાનમાં વધારો અને ઘટકોના વિયોજનને કારણે ડેન્ડ્રાઇટ્સનું ગલન સામાન્ય રીતે મૂળથી શરૂ થાય છે. સોનિકેશન દ્રવિત પદાર્થમાં પ્રબળ સંવહન (પ્રવાહીની દ્રવ્યગતિ દ્વારા ઉષ્માનું વહન) અને આઘાત તરંગો ઉત્પન્ન કરે છે, જેથી ડેન્ડ્રાઇટ્સનું વિખંડન થાય છે. અત્યંત ઊંચાં સ્થાનિક તાપમાનો તેમજ સંઘટનમાં ફેરફારોને કારણે સંવહન ડેન્ડ્રાઇટ વિખંડનને પ્રોત્સાહન આપી શકે છે અને દ્રાવ્યના પ્રસરણને પ્રોત્સાહન આપે છે. કેવિટેશનના આઘાત તરંગો આ ગલન પામતાં મૂળોને તોડવામાં મદદ કરે છે.
ધાત્વિક મિશ્રધાતુઓમાંથી અલ્ટ્રાસોનિક રીતે વાયુ દૂર કરવો
પ્રવાહી અને અર્ધઘન ધાતુઓ તથા મિશ્રધાતુઓ પર ઉચ્ચ શક્તિવાળા અલ્ટ્રાસોનિક્સનો બીજો મહત્વપૂર્ણ પ્રભાવ વાયુ દૂર કરવાનો છે. ધ્વનિક કેવિટેશન વારાફરતી ઓછા દબાણ / ઊંચા દબાણનાં ચક્રો બનાવે છે. ઓછા દબાણનાં ચક્રો દરમિયાન પ્રવાહી અથવા સ્લરીમાં સૂક્ષ્મ નિર્વાત પરપોટા બને છે. આ નિર્વાત પરપોટા હાઇડ્રોજન અને વરાળના પરપોટાના નિર્માણ માટે કેન્દ્રકો તરીકે કાર્ય કરે છે. હાઇડ્રોજનના મોટા પરપોટા બનવાથી વાયુના પરપોટા ઉપર ઊઠે છે. ધ્વનિક પ્રવાહ અને પ્રવહન આ પરપોટાને સપાટી સુધી અને દ્રવિત પદાર્થની બહાર તરવામાં મદદ કરે છે, જેથી વાયુ દૂર કરી શકાય છે અને દ્રવિત પદાર્થમાં વાયુની સાંદ્રતા ઘટે છે.
અલ્ટ્રાસોનિક રીતે વાયુ દૂર કરવાથી ધાતુની છિદ્રાળુતા ઘટે છે અને તેથી અંતિમ ધાતુ / મિશ્રધાતુ ઉત્પાદનમાં સામગ્રીની વધુ ઘનતા પ્રાપ્ત થાય છે.
એલ્યુમિનિયમ મિશ્રધાતુઓમાંથી અલ્ટ્રાસોનિક રીતે વાયુ દૂર કરવાથી સામગ્રીની અંતિમ તાણ મજબૂતાઈ અને તન્યતા વધે છે. અસરકારકતા અને પ્રક્રિયાના સમયની દૃષ્ટિએ, ઔદ્યોગિક ઉચ્ચ શક્તિવાળી અલ્ટ્રાસાઉન્ડ પ્રણાલીઓ વાયુ દૂર કરવાની અન્ય વ્યાપારી પદ્ધતિઓમાં શ્રેષ્ઠ ગણાય છે. વધુમાં, દ્રવિત પદાર્થની ઓછી સ્નિગ્ધતાને કારણે બીબું ભરવાની પ્રક્રિયા સુધરે છે.
સોનિકેશનના વિવિધ સમયગાળા હેઠળ Ti44Al6Nb1Cr2Vના સંકોચન ગુણધર્મો. સોનિકેશન સંકોચન મજબૂતાઈમાં નોંધપાત્ર સુધારો કરે છે.
(અભ્યાસ અને આલેખ: ©Ruirun et al., 2017)
સિરામિક સોનોટ્રોડ BS4D22L3C એક વિશેષ સોનોટ્રોડ છે, જે દ્રવિત એલ્યુમિનિયમ જેવા ઊંચા તાપમાનવાળા પ્રવાહીઓનું સોનિકેશન કરવા માટે યોગ્ય છે (દા.ત. મિશ્રણ કરવા અને વાયુ દૂર કરવા માટે).
ગાળણ દરમિયાન સોનોકેશિક પ્રભાવ
પ્રવાહી ધાતુઓમાં અલ્ટ્રાસોનિક કેશિક પ્રભાવ દ્રવિત પદાર્થોના અલ્ટ્રાસોનિક સહાયિત ગાળણ દરમિયાન ઓક્સાઇડના અંતર્વેશો દૂર કરવા માટેનો પ્રેરક પ્રભાવ છે. (Eskin et al. 2014: 120ff.)
દ્રવિત પદાર્થમાંથી અધાત્વિક અશુદ્ધિઓ દૂર કરવા માટે ગાળણનો ઉપયોગ થાય છે. ગાળણ દરમિયાન અનિચ્છનીય અંતર્વેશોને અલગ કરવા માટે દ્રવિત પદાર્થને વિવિધ જાળીઓમાંથી (દા.ત. કાચના તંતુની જાળી) પસાર કરવામાં આવે છે. જાળીનાં છિદ્રોનું કદ જેટલું નાનું, ગાળણનું પરિણામ તેટલું વધુ સારું હોય છે.
સામાન્ય પરિસ્થિતિઓમાં, દ્રવિત પદાર્થ 0.4–0.4mm જેટલાં અત્યંત સાંકડાં છિદ્રો ધરાવતા બે સ્તરવાળા ગાળકમાંથી પસાર થઈ શકતો નથી. જોકે, અલ્ટ્રાસોનિક સહાયિત ગાળણમાં સોનોકેશિક પ્રભાવને કારણે દ્રવિત પદાર્થ જાળીનાં છિદ્રોમાંથી પસાર થઈ શકે છે. આ સ્થિતિમાં ગાળકની કેશિકાઓ 1–10μm જેટલી અધાત્વિક અશુદ્ધિઓને પણ રોકી રાખે છે. મિશ્રધાતુની વધેલી શુદ્ધતાને કારણે ઓક્સાઇડ પર હાઇડ્રોજનનાં છિદ્રો બનતાં અટકે છે, જેથી મિશ્રધાતુની થાક મજબૂતાઈ વધે છે.
Eskin et al. (2014: 120ff.)એ દર્શાવ્યું છે કે અલ્ટ્રાસોનિક ગાળણ દ્વારા 0.6×0.6mmનાં જાળી છિદ્રો ધરાવતા બહુસ્તરીય કાચના તંતુના ગાળકોનો (9 સુધીનાં સ્તરો સાથે) ઉપયોગ કરીને એલ્યુમિનિયમ મિશ્રધાતુઓ AA2024, AA7055 અને AA7075નું શુદ્ધીકરણ શક્ય બને છે. જ્યારે અલ્ટ્રાસોનિક ગાળણ પ્રક્રિયા સાથે કેન્દ્રકન પ્રેરક પદાર્થો ઉમેરવામાં આવે છે, ત્યારે એકસાથે સ્ફટિકકણોનું પરિષ્કરણ પણ પ્રાપ્ત થાય છે.
ધાતુની મિશ્રધાતુઓનું અલ્ટ્રાસોનિક પ્રબલીકરણ
સ્લરીમાં નેનોકણોને સમાનરૂપે વિખેરવામાં અલ્ટ્રાસોનિકેશન અત્યંત અસરકારક હોવાનું સાબિત થયું છે. તેથી, નેનોકણોથી પ્રબલિત સંયુક્ત સામગ્રીઓ બનાવવા માટે અલ્ટ્રાસોનિક વિક્ષેપકો સૌથી સામાન્ય ઉપકરણો છે.
નેનોકણોનો (દા.ત. Al2O3/SiC, CNTs) પ્રબલન સામગ્રી તરીકે ઉપયોગ થાય છે. નેનોકણોને દ્રવિત મિશ્રધાતુમાં ઉમેરવામાં આવે છે અને અલ્ટ્રાસોનિક રીતે વિખેરવામાં આવે છે. ધ્વનિક કેવિટેશન અને પ્રવહન કણોના સમૂહોનું વિઘટન અને ભીંજાવાની ક્ષમતા સુધારે છે, જેના પરિણામે તાણ મજબૂતાઈ, યીલ્ડ મજબૂતાઈ અને લંબનમાં સુધારો થાય છે.
ભારે કામગીરીવાળા ઉપયોગો માટે અલ્ટ્રાસોનિક ઉપકરણો
ધાતુવિજ્ઞાનમાં ઉચ્ચ શક્તિવાળા અલ્ટ્રાસાઉન્ડના ઉપયોગ માટે મજબૂત, વિશ્વસનીય અલ્ટ્રાસોનિક પ્રણાલીઓની જરૂર પડે છે, જે પડકારજનક વાતાવરણમાં સ્થાપિત કરી શકાય. Hielscher Ultrasonics ભારે કામગીરીવાળા ઉપયોગો અને કઠોર વાતાવરણમાં સ્થાપન માટે ઔદ્યોગિક શ્રેણીનાં અલ્ટ્રાસોનિક ઉપકરણો પૂરાં પાડે છે. અમારા બધા અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સ 24/7 કામગીરી માટે બનાવવામાં આવ્યા છે. Hielscher દ્વારા બનાવેલી ઉચ્ચ શક્તિવાળી અલ્ટ્રાસોનિક પ્રણાલીઓ મજબૂતાઈ, વિશ્વસનીયતા અને ચોક્કસ નિયંત્રણક્ષમતા ધરાવે છે.
ધાતુના દ્રવિત પદાર્થોના પરિષ્કરણ જેવી પડકારજનક પ્રક્રિયાઓ માટે તીવ્ર સોનિકેશનની ક્ષમતા જરૂરી છે. Hielscher Ultrasonics દ્વારા બનાવેલા ઔદ્યોગિક અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોસેસર્સ ખૂબ ઊંચા કંપનવિસ્તારો આપે છે. 24/7 કામગીરીમાં 200µm સુધીના કંપનવિસ્તારો પર સરળતાથી સતત કાર્ય કરી શકાય છે. તેનાથી પણ ઊંચા કંપનવિસ્તારો માટે જરૂરિયાત મુજબ બનાવેલા અલ્ટ્રાસોનિક સોનોટ્રોડ્સ ઉપલબ્ધ છે.
અત્યંત ઊંચા તાપમાને રહેલા પ્રવાહીઓ અને દ્રવિત પદાર્થોના સોનિકેશન માટે, શ્રેષ્ઠ પ્રક્રિયા પરિણામો સુનિશ્ચિત કરવા Hielscher વિવિધ સોનોટ્રોડ્સ અને જરૂરિયાત મુજબ બનાવેલાં સહાયક ઉપકરણો પ્રદાન કરે છે.
નીચેનું કોષ્ટક અમારા અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સની અંદાજિત પ્રક્રિયા ક્ષમતાનો સંકેત આપે છે:
| બેચનું આયતન | પ્રવાહ દર | ભલામણ કરેલાં ઉપકરણો |
|---|---|---|
| 10 થી 2000mL | 20 થી 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 થી 20L | 0.2 થી 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 થી 100L | 2 થી 10L/min | UIP4000 |
| n.a. | 10 થી 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | વધુ | સમૂહમાં ગોઠવેલ UIP16000 |
અમારો સંપર્ક કરો! / અમને પૂછો!
સાહિત્ય/સંદર્ભો
- 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.
જાણવા યોગ્ય તથ્યો
ઉચ્ચ શક્તિવાળો અલ્ટ્રાસાઉન્ડ અને કેવિટેશન
જ્યારે ઉચ્ચ તીવ્રતાવાળા અલ્ટ્રાસોનિક તરંગોની ઊર્જા પ્રવાહીઓ અથવા સ્લરીમાં સંયોજિત કરવામાં આવે છે, ત્યારે કેવિટેશનની ઘટના બને છે.
ઉચ્ચ શક્તિવાળો, ઓછી આવૃત્તિવાળો અલ્ટ્રાસાઉન્ડ પ્રવાહીઓ અને સ્લરીમાં નિયંત્રિત રીતે કેવિટેશનના પરપોટા બનાવે છે. તીવ્ર અલ્ટ્રાસાઉન્ડ તરંગો પ્રવાહીમાં વારાફરતી ઓછા દબાણ / ઊંચા દબાણનાં ચક્રો ઉત્પન્ન કરે છે. દબાણના આ ઝડપી ફેરફારો પોલાણો ઉત્પન્ન કરે છે, જેને કેવિટેશનના પરપોટા કહેવામાં આવે છે. અલ્ટ્રાસોનિક રીતે ઉત્પન્ન થયેલા કેવિટેશનના પરપોટાને રાસાયણિક સૂક્ષ્મરિએક્ટર્સ તરીકે ગણી શકાય છે, જે સૂક્ષ્મ સ્તરે ઊંચાં તાપમાન અને દબાણ પૂરાં પાડે છે, જ્યાં ઓગળેલા અણુઓમાંથી મુક્ત મૂલકો જેવી સક્રિય પ્રજાતિઓનું નિર્માણ થાય છે. સામગ્રી રસાયણશાસ્ત્રના સંદર્ભમાં, અલ્ટ્રાસોનિક કેવિટેશન ઊંચા તાપમાન (5000 K સુધી) અને ઊંચા દબાણની (500atm) પ્રતિક્રિયાઓને સ્થાનિક રીતે ઉત્પ્રેરિત કરવાની અનન્ય ક્ષમતા ધરાવે છે, જ્યારે સ્થૂળ સ્તરે પ્રણાલી ઓરડાના તાપમાન અને આસપાસના દબાણની નજીક રહે છે. (જુઓ Skorb, Andreeva 2013)
અલ્ટ્રાસોનિક પ્રક્રિયાઓ મુખ્યત્વે કેવિટેશનના પ્રભાવો પર આધારિત છે. ધાતુવિજ્ઞાન માટે, ધાતુઓ અને મિશ્રધાતુઓનું ઢાળકામ સુધારવા સોનિકેશન અત્યંત લાભદાયક તકનીક છે.
ધાતુના દ્રવિત પદાર્થોની પ્રક્રિયા ઉપરાંત, ટાઇટેનિયમ અને મિશ્રધાતુઓ જેવી ઘન ધાતુની સપાટીઓ પર સ્પંજ જેવી નેનોસંરચનાઓ અને નેનો-ભાતો બનાવવા માટે પણ સોનિકેશનનો ઉપયોગ થાય છે. અલ્ટ્રાસોનિક રીતે નેનોસંરચિત કરાયેલા આ ટાઇટેનિયમ અને મિશ્રધાતુના ભાગો અસ્થિનિર્માણકારી કોષોના વધેલા પ્રસાર સાથે પ્રત્યારોપણ તરીકે મોટી ક્ષમતા દર્શાવે છે. ટાઇટેનિયમ પ્રત્યારોપણોની અલ્ટ્રાસોનિક નેનો-સંરચના બનાવવા વિશે વધુ વાંચો!