धातु पिघल जाता है की अल्ट्रासोनिक शोधन
- पिघली हुई धातुओं और मिश्र धातुओं में पावर अल्ट्रासाउंड संरचना, डिगैसिंग और बेहतर निस्पंदन जैसे विभिन्न लाभकारी प्रभाव दिखाता है।
- अल्ट्रासोनिकेशन तरल और अर्ध-ठोस धातुओं में गैर-वृक्ष के समान ठोसकरण को बढ़ावा देता है।
- डेंड्राइटिक अनाज और प्राथमिक इंटरमेटेलिक कणों के माइक्रोस्ट्रक्चरल शोधन पर सोनिकेशन के महत्वपूर्ण लाभ हैं।
- इसके अलावा, पावर अल्ट्रासाउंड का उपयोग धातु की सरंध्रता को कम करने या मेसो-झरझरा संरचनाओं का उत्पादन करने के लिए उद्देश्यपूर्ण रूप से किया जा सकता है।
- अंतिम लेकिन कम से कम, पावर अल्ट्रासाउंड कास्टिंग की गुणवत्ता में सुधार करता है।
धातु पिघला देता है का अल्ट्रासोनिक ठोसकरण
धातु पिघलने के जमने के दौरान गैर-वृक्ष के समान संरचनाओं का निर्माण भौतिक गुणों जैसे शक्ति, लचीलापन, क्रूरता और/या कठोरता को प्रभावित करता है।
अल्ट्रासोनिक रूप से परिवर्तित अनाज न्यूक्लियेशन: ध्वनिक गुहिकायन और इसकी तीव्र कतरनी ताकतें पिघलने में न्यूक्लियेशन साइटों और नाभिकों की संख्या को बढ़ाती हैं। पिघलने के अल्ट्रासोनिक उपचार के परिणामस्वरूप एक विषम न्यूक्लियेशन और डेंड्राइट्स का विखंडन होता है, ताकि अंतिम उत्पाद काफी अधिक अनाज शोधन दिखा सके।
अल्ट्रासोनिक कैविटेशन पिघल में गैर-धातु अशुद्धियों के समान गीला होने का कारण बनता है। वे अशुद्धियाँ न्यूक्लियेशन साइटों में बदल जाती हैं, जो ठोसकरण के शुरुआती बिंदु हैं। क्योंकि वे न्यूक्लियेशन बिंदु ठोसकरण मोर्चे से आगे हैं, वृक्ष के समान संरचनाओं की वृद्धि नहीं होती है।
अल्ट्रासोनिक उपचार के बाद तिवारी मिश्र धातु का मैक्रोस्ट्रक्चर। अल्ट्रासोनिकेशन के परिणामस्वरूप काफी परिष्कृत अनाज संरचना होती है।
डॉ एंड्रीवा-Bäumler, Bayreuth विश्वविद्यालय, अल्ट्रासोनिकेटर UIP1000hdT धातुओं की नैनो संरचना पर के साथ काम कर रहा है.
मिश्र धातु विकर कठोरता पर अल्ट्रासोनिक प्रभाव: अल्ट्रासोनिकेशन धातु में विकर्स माइक्रोहार्डनेस में सुधार करता है
(अध्ययन और ग्राफिक: ©रुइरुन एट अल।
डेंड्राइट विखंडन: डेंड्राइट्स का पिघलना आमतौर पर स्थानीय तापमान वृद्धि और अलगाव के कारण जड़ से शुरू होता है। सोनिकेशन मजबूत संवहन (एक तरल पदार्थ के द्रव्यमान गति द्वारा गर्मी हस्तांतरण) और पिघल में सदमे तरंगों को उत्पन्न करता है, ताकि डेंड्राइट खंडित हो जाएं। संवहन अत्यधिक स्थानीय तापमान के साथ-साथ संरचना विविधताओं के कारण डेंड्राइट विखंडन को बढ़ावा दे सकता है और विलेय के प्रसार को बढ़ावा देता है। गुहिकायन सदमे तरंगें उन पिघलने वाली जड़ों के टूटने में सहायता करती हैं।
धातु मिश्र धातुओं की अल्ट्रासोनिक degassing
Degassing तरल और अर्ध-ठोस धातुओं और मिश्र धातुओं पर पावर अल्ट्रासोनिक्स का एक और महत्वपूर्ण प्रभाव है। ध्वनिक गुहिकायन बारी-बारी से कम दबाव/उच्च दबाव चक्र बनाता है। कम दबाव चक्रों के दौरान, तरल या घोल में छोटे वैक्यूम बुलबुले होते हैं। ये वैक्यूम बुलबुले हाइड्रोजन और वाष्प बुलबुले के गठन के लिए नाभिक के रूप में कार्य करते हैं। बड़े हाइड्रोजन बुलबुले के गठन के कारण, गैस के बुलबुले उठते हैं। ध्वनिक प्रवाह और स्ट्रीमिंग इन बुलबुले को सतह पर और पिघल से बाहर तैरने में सहायता करते हैं, ताकि गैस को हटाया जा सके और पिघल में गैस की एकाग्रता कम हो जाए।
अल्ट्रासोनिक degassing धातु की सरंध्रता को कम करता है जिससे अंतिम धातु / मिश्र धातु उत्पाद में उच्च सामग्री घनत्व प्राप्त होता है।
एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं का अल्ट्रासोनिक विघटन सामग्री की अंतिम तन्य शक्ति और लचीलापन बढ़ाता है। औद्योगिक बिजली अल्ट्रासाउंड सिस्टम प्रभावशीलता और प्रसंस्करण समय के संबंध में अन्य वाणिज्यिक degassing तरीकों के बीच सबसे अच्छा के रूप में गिना जाता है। इसके अलावा, पिघलने की कम चिपचिपाहट के कारण मोल्ड भरने की प्रक्रिया में सुधार होता है।
विभिन्न sonication समय के तहत Ti44Al6Nb1Cr2V के संपीड़न गुण। Sonication संपीड़न शक्ति में काफी सुधार करता है।
(अध्ययन और ग्राफिक: ©रुइरुन एट अल।
सिरेमिक सोनोट्रोड BS4D22L3C एक विशेष सोनोट्रोड है जो पिघला हुआ एल्यूमीनियम (जैसे मिश्रण और डिगैसिंग के लिए) जैसे उच्च तापमान वाले तरल पदार्थ को सोनीकेट करने के लिए उपयुक्त है।
निस्पंदन के दौरान सोनोकैपिलरी प्रभाव
तरल धातुओं में अल्ट्रासोनिक केशिका प्रभाव पिघल के अल्ट्रासोनिक रूप से सहायता प्राप्त निस्पंदन के दौरान ऑक्साइड समावेशन को हटाने के लिए ड्राइविंग प्रभाव है। (एस्किन एट अल 2014: 120ff।
पिघल से गैर-धातु अशुद्धियों को हटाने के लिए निस्पंदन का उपयोग किया जाता है। निस्पंदन के दौरान, पिघल अवांछित समावेशन को अलग करने के लिए विभिन्न जाल (जैसे ग्लास फाइबर) से गुजरता है। जाल का आकार जितना छोटा होगा, निस्पंदन परिणाम उतना ही बेहतर होगा।
सामान्य परिस्थितियों में, पिघल 0,4-0,4 मिमी के बहुत संकीर्ण छिद्र आकार के साथ दो-स्तरित फिल्टर को पारित नहीं कर सकता है। हालांकि, अल्ट्रासोनिक रूप से सहायता प्राप्त निस्पंदन के तहत पिघल को सोनोकैपिलरी प्रभाव के कारण जाल छिद्रों को पारित करने में सक्षम किया जाता है। इस मामले में, फिल्टर केशिकाएं 1-10μm की अधातु अशुद्धियों को भी बरकरार रखती हैं। मिश्र धातु की बढ़ी हुई शुद्धता के कारण, ऑक्साइड पर हाइड्रोजन छिद्रों के गठन से बचा जाता है, ताकि मिश्र धातु की थकान शक्ति बढ़ जाए।
Eskin et al. (2014: 120ff.) ने दिखाया है कि अल्ट्रासोनिक निस्पंदन 0.6 के साथ बहुस्तरीय ग्लास फाइबर फिल्टर (9 परतों के साथ) का उपयोग करके एल्यूमीनियम मिश्र धातु AA2024, AA7055, और AA7075 को शुद्ध करना संभव बनाता है×0.6 मिमी जाल छिद्र। जब अल्ट्रासोनिक निस्पंदन प्रक्रिया को इनोकुलेंट्स के अतिरिक्त के साथ जोड़ा जाता है, तो एक साथ अनाज शोधन प्राप्त होता है।
धातु मिश्र धातुओं का अल्ट्रासोनिक सुदृढीकरण
अल्ट्रासोनिकेशन नैनो कणों को समान रूप से घोल में फैलाने पर अत्यधिक प्रभावी साबित हुआ है। इसलिए, अल्ट्रासोनिक फैलाने वाले नैनो-प्रबलित कंपोजिट का उत्पादन करने के लिए सबसे आम उपकरण हैं।
नैनो कण (जैसे अल2O3/एसआईसी, सीएनटी) का उपयोग सामग्री को मजबूत करने के रूप में किया जाता है। नैनो कणों को पिघला हुआ मिश्र धातु में जोड़ा जाता है और अल्ट्रासोनिक रूप से फैलाया जाता है। ध्वनिक गुहिकायन और स्ट्रीमिंग कणों के deagglomeration और wettability में सुधार, एक बेहतर तन्य शक्ति में जिसके परिणामस्वरूप, उपज शक्ति, और बढ़ाव.
भारी शुल्क अनुप्रयोगों के लिए अल्ट्रासोनिक उपकरण
धातु विज्ञान में पावर अल्ट्रासाउंड के आवेदन के लिए मजबूत, विश्वसनीय अल्ट्रासोनिक सिस्टम की आवश्यकता होती है, जिसे मांग वाले वातावरण में स्थापित किया जा सकता है। Hielscher Ultrasonics भारी शुल्क अनुप्रयोगों और किसी न किसी वातावरण में प्रतिष्ठानों के लिए औद्योगिक ग्रेड अल्ट्रासोनिक उपकरण की आपूर्ति करता है। हमारे सभी अल्ट्रासोनिकेटर 24/7 ऑपरेशन के लिए बनाए गए हैं। Hielscher उच्च शक्ति अल्ट्रासोनिक सिस्टम मजबूती, विश्वसनीयता और सटीक नियंत्रणीयता के साथ जोड़ा जाता है।
प्रक्रियाओं की मांग – जैसे धातु का शोधन पिघलता है – तीव्र sonication की क्षमता की आवश्यकता होती है। Hielscher Ultrasonics औद्योगिक अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर बहुत उच्च आयाम प्रदान करते हैं। 200μm तक के आयाम आसानी से 24/7 ऑपरेशन में लगातार चलाए जा सकते हैं। यहां तक कि उच्च आयामों के लिए, अनुकूलित अल्ट्रासोनिक sonotrodes उपलब्ध हैं।
बहुत अधिक तरल और पिघल तापमान के sonication के लिए, Hielscher इष्टतम प्रसंस्करण परिणाम सुनिश्चित करने के लिए विभिन्न sonotrodes और अनुकूलित accessoires प्रदान करता है।
नीचे दी गई तालिका आपको हमारे अल्ट्रासोनिकेटर की अनुमानित प्रसंस्करण क्षमता का संकेत देती है:
| बैच वॉल्यूम | प्रवाह दर | अनुशंसित उपकरण |
|---|---|---|
| 10 से 2000mL | 20 से 400mL/मिनट | यूपी200एचटी, UP400St |
| 0.1 से 20L | 0.2 से 4L/मिनट | यूआईपी2000एचडीटी |
| 10 से 100L | 2 से 10 लीटर/मिनट | UIP4000 |
| एन.ए. | 10 से 100 लीटर/मिनट | UIP16000 |
| एन.ए. | बड़ा | का क्लस्टर UIP16000 |
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साहित्य/संदर्भ
- 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.
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- 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.
जानने के योग्य तथ्य
पावर अल्ट्रासाउंड और कैविटेशन
जब उच्च तीव्र अल्ट्रासोनिक तरंगों को तरल पदार्थ या घोल में जोड़ा जाता है, तो की घटना गुहिकायन होती।
उच्च शक्ति, कम आवृत्ति अल्ट्रासाउंड एक नियंत्रित तरीके से तरल पदार्थ और घोल में गुहिकायन बुलबुले के गठन का कारण बनता है। तीव्र अल्ट्रासाउंड तरंगें तरल में बारी-बारी से कम दबाव / दबाव के ये तेजी से परिवर्तन voids, तथाकथित cavitation बुलबुले उत्पन्न करते हैं। अल्ट्रासोनिक रूप से प्रेरित गुहिकायन बुलबुले को सूक्ष्म पैमाने पर उच्च तापमान और दबाव प्रदान करने वाले रासायनिक माइक्रोरिएक्टर के रूप में माना जा सकता है, जहां घुलित अणुओं से मुक्त कणों जैसे सक्रिय प्रजातियों का गठन होता है। भौतिक रसायन विज्ञान के संदर्भ में, अल्ट्रासोनिक कैविटेशन में स्थानीय रूप से उच्च तापमान (5000 K तक) और उच्च दबाव (500atm) प्रतिक्रियाओं को उत्प्रेरित करने की अनूठी क्षमता है, जबकि सिस्टम कमरे के तापमान और परिवेश के दबाव के पास मैक्रोस्कोपिक रूप से रहता है। (cf. Skorb, Andreeva 2013)
अल्ट्रासोनिक उपचार मुख्य रूप से गुहिकायन प्रभाव पर आधारित होते हैं। धातु विज्ञान के लिए, धातुओं और मिश्र धातुओं की कास्टिंग में सुधार करने के लिए सोनिकेशन एक अत्यधिक लाभप्रद तकनीक है।
धातु पिघलने के उपचार के अलावा, सोनिकेशन का उपयोग टाइटेनियम और मिश्र धातुओं जैसे ठोस धातु सतहों पर स्पंज जैसे नैनोस्ट्रक्चर और नैनो-पैटर्न बनाने के लिए भी किया जाता है। ये अल्ट्रासोनिक रूप से नैनोस्ट्रक्चर्ड टाइटेनियम और मिश्र धातु के हिस्से बढ़े हुए ओस्टोजेनिक सेल प्रसार के साथ प्रत्यारोपण के रूप में बड़ी क्षमता दिखाते हैं। टाइटेनियम प्रत्यारोपण के अल्ट्रासोनिक नैनो-संरचना के बारे में और अधिक पढ़ें!