עידון קולי של מתכת נמס
- אולטרסאונד כוח המתכות מותכות וסגסוגות מציג אפקטים שונים מועילים כגון מבנה, סילוק גזים, סינון משופר.
- אולטרה-סוניקציה מקדמת את ההתמצקות הלא דנדריטית במתכות נוזליות וחצי מוצקות.
- יש Sonication יתרונות משמעותיים על עידון microstructural של דגנים דנדריטים וחלקיקי intermetallic עיקריים.
- יתר על כן, אולטרסאונד כוח יכול לשמש בכוונה להפחית את נקבוביות מתכת או לייצר מבנים טוו-נקבוביים.
- ואחרון חביב, אולטרסאונד כוח משפר את איכות יציקות.
התמצקות קולית של מתכת נמסה
היווצרות של מבנים שאינם דנדריטים במהלך מיצוק של המתכת נמסה משפיעה על תכונות החומר כגון חוזק, גמישות, קשיחות, ו / או קשיות.
אולטרסונית שינה התגרענות תבואה: קוויטציה אקוסטית וכוחות הגזירה העזים שלה מגדילים את אתרי הגרעין ואת מספר הגרעינים בהתכה. טיפול קולי בהתכה גורם לגרעין הטרוגני ולפיצול דנדריטים, כך שהתוצר הסופי מראה עידון דגנים גבוה משמעותית.
cavitation Ultrasonic גורם הרטבה אפילו של זיהומים מתכתיים ב להמיס. זיהומים אלה הופכים אתרי התגרענות, המהווים את נקודות המוצא של התמצקות. מכיוון נקודות התגרענות אלה מקדימים בחזית מיצוק, צמיחה של מבנים דנדריטים אינה מתרחשת.
מבנה מאקרו של סגסוגת Ti לאחר טיפול קולי. אולטרה-סוניקציה גורמת למבנה גרגרים מעודן באופן משמעותי.
ד"ר אנדרייבה-באומלר, מאוניברסיטת ביירוית, עובדת עם האולטרסוניקטור UIP1000hdT על ננו-מבנה של מתכות.
השפעות קוליות על קשיות סגסוגת ויקר: אולטרה-סוניקציה משפרת את המיקרו-קשיות של ויקרס במתכת
(מחקר וגרפיקה: ©Ruirun et al., 2017)
פיצול דנדריט: המסת הדנדריטים מתחילה בדרך כלל בשורש עקב עליית הטמפרטורה המקומית והפרדתה. סוניקציה יוצרת קונבקציה חזקה (העברת חום על ידי תנועת מסה של נוזל) וגלי הלם בהתכה, כך שהדנדריטים מקוטעים. הסעה יכולה לקדם פיצול דנדריטים עקב טמפרטורות מקומיות קיצוניות, כמו גם שינויים בהרכב ומקדמת דיפוזיה של מומס. גלי ההלם של הקוויטציה מסייעים לשבירת אותם שורשים נמסים.
Degassing Ultrasonic של מתכת סגסוגות
Degassing עוד השפעה חשובה של אולטרסוניקה כוח על מתכות וסגסוגות נוזלי חצי מוצק. Cavitation אקוסטי יוצר לסירוגין בלחץ נמוך / מחזורי בלחץ גבוה. במהלך מחזורי בלחץ הנמוך, בועות ואקום זעירות המתרחשות הנוזלי או תרחיף. בועות ואקום אלה לשמש גרעין להיווצרות בועות מימן אדי. בשל ההיווצרות של בועות מימן גדולות, בועות הגז לעלות. זרימת אקוסטית הזרמת לסייע צף של בועות אלה אל פני השטח ומתוך להמיס, כך גז ניתן להסיר את ריכוז הגז ב להמיס מצטמצם.
סילוק גזים אולטרה סאונד מפחית את נקבוביות של המתכת להשגה ובכך צפיפות חומר גבוהה יותר במוצר מתכת / סגסוגת הסופי.
degasification אולטרסאונד של סגסוגות אלומיניום להעלות את חוזק מתיחה האולטימטיבי משיכות של החומר. מערכות אולטרסאונד כוח תעשייתי נחשבות הטוב ביותר בין שיטות סילוק גזים מסחריות אחרות לגבי זמן אפקטיבי ועיבוד. יתר על כן, בתהליך של מילוי עובש משתפר בשל צמיגות נמוכה של להמס.
תכונות דחיסה של Ti44Al6Nb1Cr2V בזמני סוניקציה שונים. הסוניקציה משפרת את עוצמת הדחיסה באופן משמעותי.
(מחקר וגרפיקה: ©Ruirun et al., 2017)
סונוטרודה קרמית BS4D22L3C היא סונוטרודה מיוחדת המתאימה לניקוי נוזלים בטמפרטורה גבוהה כגון אלומיניום מותך (למשל לערבוב ופירוק גזים).
Sonocapillary אפקט במהלך הסינון
אפקט נימי קולי במתכות נוזליות הוא האפקט המניע להסרת תכלילי תחמוצת במהלך סינון בסיוע אולטרה-סאונד של נמסים. (Eskin et al. 2014: 120ff.)
סינון משמש כדי להסיר זיהומים מתכתיים מן להמיס. במהלך סינון, להמס עובר משתלב שונה (סיבי זכוכית למשל) כדי להפריד תכלילים רצויים. קטן גודל הרשת, כן ייטב הוא תוצאת הסינון.
בתנאים נפוצים, להמס לא יכול לעבור מסנן דו שכבתי עם גודל נקבובי צר מאוד של 0,4-0,4mm. עם זאת, תחת סינון ultrasonically בסיוע להמס מופעל להעביר את הנקבוביות הרשת בשל השפעת sonocapillary. במקרה זה, את הנימים המסננים לשמר ואף זיהומים מתכתיים של 1-10μm. בשל הטוהר המשופר של סגסוגת, ההיווצרות של נקבוביות מממנים על התחמוצות הוא נמנע, כך הכח עייפות של סגסוגת גדל.
אסקין ואח '. (2014:. 120ff) הוכיח כי סינון קולי מאפשרת לטהר את AA2024 סגסוגות אלומיניום, AA7055, ו AA7075 באמצעות מסננים סיבי זכוכית רב-שכבתית (עם עד 9 שכבות) עם 0.6×0.6mm רשת נקבובי. כאשר תהליך הסינון הקולי משולב עם התוספת של inoculants, עידון תבואה סימולטני מושגת.
חיזוק קולי של סגסוגות מתכת
Ultrasonication הוכח כאפקטיבי ביותר על פיזור חלקיקי ננו אחיד לתוך והכלומניקים. לכן, מפזרים קוליים הם הציוד הנפוץ ביותר כדי לייצר חומרים מרוכבים מחוזק ננו.
חלקיקי ננו (לדוגמה אל2הו3/ SiC, צינוריות) משמש לחיזוק חומר. חלקיקי ננו מתווספים לתוך סגסוגת מותכת והתפזרו באולטרסאונד. Cavitation אקוסטי ההזרמה משפר deagglomeration ו יכולת רטיבות של החלקיקים, וכתוצאה מכך חוזק מתיחה השתפר, להניב כוח, ואת התארכות.
ציוד אולטרסאונד יישומי Heavy-Duty
היישום של אולטרסאונד כוח מטלורגיה דורש מערכות קוליות חזקות, אמינות, אשר ניתן להתקין בסביבות תובעניות. Hielscher Ultrasonics מספקת ציוד קולי כיתה תעשייתית עבור התקנות ביישומים כבדים וסביבות מחוספסות. כל האולטרסאונד שלנו בנוי לפעולה 24/7. Hielscher מערכות קוליות כוח גבוה מזווגים עם חוסן, אמינות ושליטה מדויקת.
תהליכים תובעניים – כמו זיקוק של נמס מתכת – דורשים יכולת של סוניקציה אינטנסיבית. Hielscher Ultrasonics מעבדים קוליים תעשייתיים לספק אמפליטודות גבוהות מאוד. אמפליטודות של עד 200μm ניתנות להפעלה רציפה בקלות בפעולה 24/7. עבור אמפליטודות גבוהות עוד יותר, sonotrodes קולי מותאם אישית זמינים.
עבור sonication של נוזלים מאוד גבוהים וממסים בטמפרטורות, Hielscher מציעה sonotrodes השונה אבזרים מותאמים אישית על מנת להבטיח תוצאות עיבוד אופטימליות.
הטבלה להלן נותן לך אינדיקציה של יכולת עיבוד משוער של ultrasonicators שלנו:
| נפח תצווה | קצב זרימה | התקנים מומלצים |
|---|---|---|
| 10 עד 2000mL | 20 עד 400mL / min | Uf200 ः t, UP400St |
| 0.1 ל 20L | 0.2 ל 4 ליטר / דקה | UIP2000hdT |
| 10 עד 100 ליטר | 2 עד 10L / min | UIP4000 |
| N.A. | 10 עד 100L / min | UIP16000 |
| N.A. | יותר גדול | אשכול UIP16000 |
תיצור איתנו קשר! / שאל אותנו!
ספרות / הפניות
- 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.
עובדות שראוי לדעת
כוח אולטראסאונד Cavitation
כאשר גבוה גלי קולי אינטנסיבי הם מצמידים לתוך נוזלים או והכלומניקים, התופעה של cavitation מתרחש.
כוח גבוה, אולטרסאונד בתדר נמוך גורם להיווצרות בועות cavitation בנוזלים slurries באופן מבוקר. גלי אולטראסאונד אינטנסיביים מייצרים מחזורי לחץ נמוך / לחץ בלחץ לסירוגין בנוזל. שינויים מהירים אלה בלחץ יוצרים חללים, מה שנקרא בועות cavitation. בועות cavitation המושרה Ultrasonically יכול להיחשב microreactors כימיים לספק טמפרטורות גבוהות בלחצים בקנה מידה מיקרוסקופי, שבו היווצרות של מינים פעילים כגון רדיקלים חופשיים מ מולקולות מומס להתרחש. בהקשר של כימיה חומרית, cavitation קולי יש פוטנציאל ייחודי של מקומי מזרז טמפרטורה גבוהה (עד 5000 K) ותגובה בלחץ גבוה (500atm), בעוד המערכת נשארת macroscopically ליד טמפרטורת החדר ולחץ הסביבה. (ראה סקורב, Andreeva 2013)
טיפולים אולטראסוניים מבוססים בעיקר על השפעות קוויטציוניות. עבור מטלורגיה, סוניקציה היא טכניקה יתרון רב כדי לשפר את הליהוק של מתכות וסגסוגות.
מלבד הטיפול בהתכת מתכות, סוניקציה משמשת גם ליצירת ננו-מבנים דמויי ספוג וננו-תבניות על משטחי מתכת מוצקים כגון טיטניום וסגסוגות. חלקי טיטניום וסגסוגת אולטרה-סוניים אלה מראים קיבולת גדולה כשתלים עם ריבוי תאים אוסטאוגניים משופר. קרא עוד על ננו-מבנה על-קולי של שתלי טיטניום!