Մետաղների հալվածքների ուլտրաձայնային մաքրում
- Հալած մետաղների և համաձուլվածքների հզոր ուլտրաձայնը ցույց է տալիս տարբեր օգտակար ազդեցություններ, ինչպիսիք են կառուցվածքը, գազազերծումը և բարելավված ֆիլտրացումը:
- Ultrasonication-ը նպաստում է հեղուկ և կիսապինդ մետաղների ոչ դենդրիտային ամրացմանը:
- Sonication-ը զգալի առավելություններ ունի դենդրիտային հատիկների և առաջնային միջմետաղական մասնիկների միկրոկառուցվածքային զտման վրա:
- Ավելին, ուժային ուլտրաձայնը կարող է նպատակաուղղված օգտագործվել մետաղի ծակոտկենությունը նվազեցնելու կամ մեզոծակոտկեն կառուցվածքներ ստեղծելու համար:
- Վերջին, բայց ոչ պակաս կարևորը, ուժային ուլտրաձայնը բարելավում է ձուլման որակը:
Մետաղների ուլտրաձայնային ամրացում
Մետաղների հալոցքների ամրացման ժամանակ ոչ դենդրիտային կառուցվածքների առաջացումը ազդում է նյութի հատկությունների վրա, ինչպիսիք են ամրությունը, ճկունությունը, ամրությունը և/կամ կարծրությունը:
Ուլտրաձայնային ձևով փոփոխված հացահատիկի միջուկացում. Ակուստիկ կավիտացիան և դրա ինտենսիվ կտրող ուժերը մեծացնում են միջուկների տեղակայումը և միջուկների քանակը հալոցքում: Հալվածքների ուլտրաձայնային մշակումը հանգեցնում է տարասեռ միջուկացման և դենդրիտների մասնատման, այնպես որ վերջնական արտադրանքը ցույց է տալիս հացահատիկի զգալիորեն ավելի բարձր մաքրում:
Ուլտրաձայնային կավիտացիան առաջացնում է ոչ մետաղական կեղտերի հավասարաչափ թրջում հալվածքում: Այդ կեղտերը վերածվում են միջուկացման վայրերի, որոնք պնդացման մեկնարկային կետերն են։ Քանի որ այդ միջուկային կետերը առաջ են ամրացման ճակատից, դենդրիտային կառուցվածքների աճը տեղի չի ունենում:
Ti խառնուրդի մակրոկառուցվածքը ուլտրաձայնային բուժումից հետո: Ultrasonication-ը հանգեցնում է զգալիորեն նուրբ հացահատիկի կառուցվածքի:
Դոկտոր Անդրեևա-Բաումլերը, Բայրոյթի համալսարանը, աշխատում է UIP1000hdT ուլտրաձայնային սարքի հետ մետաղների նանոկառուցվածքի վրա:
Ուլտրաձայնային ազդեցությունը Vicker խառնուրդի կարծրության վրա.
(ուսումնական և գրաֆիկական՝ ©Ruirun et al., 2017)
Դենդրիտի մասնատում. Դենդրիտի հալումը սովորաբար սկսվում է արմատից՝ տեղական ջերմաստիճանի բարձրացման և տարանջատման պատճառով: Sonication-ը առաջացնում է ուժեղ կոնվեկցիա (ջերմության փոխանցում հեղուկի զանգվածային շարժումով) և հարվածային ալիքներ հալոցքում, այնպես որ դենդրիտները մասնատվում են: Կոնվեկցիան կարող է նպաստել դենդրիտի մասնատմանը ծայրահեղ տեղական ջերմաստիճանների, ինչպես նաև կազմի տատանումների պատճառով և նպաստում է լուծված նյութի տարածմանը: Կավիտացիոն հարվածային ալիքներն օգնում են այդ հալվող արմատների կոտրմանը:
Մետաղական համաձուլվածքների ուլտրաձայնային գազազերծում
Գազազերծումը ուժային ուլտրաձայնի ևս մեկ կարևոր ազդեցություն է հեղուկ և կիսապինդ մետաղների և համաձուլվածքների վրա: Ակուստիկ կավիտացիան ստեղծում է փոփոխվող ցածր ճնշման / բարձր ճնշման ցիկլեր: Ցածր ճնշման ցիկլերի ընթացքում հեղուկի կամ ցեխի մեջ հայտնվում են փոքրիկ վակուումային փուչիկներ: Այս վակուումային փուչիկները գործում են որպես միջուկներ ջրածնի և գոլորշիների փուչիկների ձևավորման համար: Ավելի մեծ ջրածնի փուչիկների առաջացման պատճառով գազի պղպջակները բարձրանում են։ Ակուստիկ հոսքը և հոսքը օգնում են այս փուչիկների լողալուն դեպի մակերես և դուրս գալ հալոցքից, այնպես որ գազը կարող է հեռացվել և գազի կոնցենտրացիան կրճատվել հալոցքում:
Ուլտրաձայնային գազազերծումը նվազեցնում է մետաղի ծակոտկենությունը՝ դրանով իսկ ձեռք բերելով նյութի ավելի բարձր խտություն վերջնական մետաղի/համաձուլվածքի արտադրանքում:
Ալյումինե համաձուլվածքների ուլտրաձայնային գազազերծումը բարձրացնում է նյութի վերջնական առաձգական ուժը և ճկունությունը: Արդյունաբերական ուժային ուլտրաձայնային համակարգերը համարվում են լավագույնը այլ կոմերցիոն գազազերծման մեթոդների մեջ՝ արդյունավետության և մշակման ժամանակի առումով: Ավելին, կաղապարի լցման գործընթացը բարելավվում է հալվածի ավելի ցածր մածուցիկության պատճառով:
Ti44Al6Nb1Cr2V-ի սեղմման հատկությունները տարբեր ձայնային ժամանակներում: Sonication-ը զգալիորեն բարելավում է սեղմման ուժը:
(ուսումնական և գրաֆիկական՝ ©Ruirun et al., 2017)
Կերամիկական sonotrode BS4D22L3C-ը հատուկ sonotrode է, որը հարմար է բարձր ջերմաստիճանի հեղուկների, օրինակ՝ հալած ալյումինի (օրինակ՝ խառնելու և գազազերծելու համար) արտանետելու համար:
Սոնոկապիլյար ազդեցություն ֆիլտրման ժամանակ
Հեղուկ մետաղների ուլտրաձայնային մազանոթային էֆեկտը հալոցքի ուլտրաձայնային օգնությամբ ֆիլտրման ժամանակ օքսիդի ներդիրները հեռացնելու շարժիչ ազդեցությունն է: (Eskin et al. 2014: 120ff.)
Զտումն օգտագործվում է հալոցքից ոչ մետաղական կեղտերը հեռացնելու համար: Զտման ընթացքում հալոցքը անցնում է տարբեր ցանցեր (օրինակ՝ ապակե մանրաթել)՝ առանձնացնելու անցանկալի ներդիրները: Որքան փոքր է ցանցի չափը, այնքան լավ է ֆիլտրման արդյունքը:
Ընդհանուր պայմաններում հալոցքը չի կարող անցնել 0,4-0,4 մմ շատ նեղ ծակոտի ունեցող երկշերտ ֆիլտրով: Այնուամենայնիվ, ուլտրաձայնային օգնությամբ ֆիլտրման ժամանակ հալոցը հնարավորություն է տալիս անցնել ցանցի ծակոտիները՝ շնորհիվ sonocapillar ազդեցության: Այս դեպքում ֆիլտրի մազանոթները պահպանում են նույնիսկ 1-10 մկմ ոչ մետաղական կեղտերը: Համաձուլվածքի ուժեղացված մաքրության շնորհիվ օքսիդներում ջրածնի ծակոտիների ձևավորումը խուսափում է, այնպես որ համաձուլվածքի հոգնածության ուժը մեծանում է:
Էսկին և այլք: (2014: 120ff.) ցույց է տվել, որ ուլտրաձայնային ֆիլտրացումը հնարավորություն է տալիս մաքրել AA2024, AA7055 և AA7075 ալյումինե համաձուլվածքները, օգտագործելով բազմաշերտ ապակե մանրաթելային զտիչներ (մինչև 9 շերտով) 0,6-ով:×0.6 մմ ցանցային ծակոտիներ: Երբ ուլտրաձայնային ֆիլտրման գործընթացը զուգակցվում է պատվաստանյութերի ավելացման հետ, ձեռք է բերվում հացահատիկի միաժամանակյա մաքրում:
Մետաղական համաձուլվածքների ուլտրաձայնային ամրացում
Ապացուցված է, որ ուլտրաձայնային մշակումը շատ արդյունավետ է նանո մասնիկները միատեսակ ցրելու համար: Հետևաբար, ուլտրաձայնային ցրիչները նանո-ամրացված կոմպոզիտներ արտադրելու ամենատարածված սարքավորումներն են:
Նանո մասնիկներ (օրինակ՝ Ալ2Օ3/SiC, CNTs) օգտագործվում են որպես ամրապնդող նյութ: Նանո մասնիկները ավելացվում են հալված խառնուրդի մեջ և ցրվում ուլտրաձայնային եղանակով: Ակուստիկ կավիտացիան և հոսքը բարելավում են մասնիկների ապաագլոմերացիան և թրջվելը, ինչի արդյունքում բարելավվում է առաձգական ուժը, զիջման ուժը և երկարացումը:
Ուլտրաձայնային սարքավորում՝ ծանր կիրառման համար
Մետաղագործության մեջ ուժային ուլտրաձայնի կիրառումը պահանջում է ամուր, հուսալի ուլտրաձայնային համակարգեր, որոնք կարող են տեղադրվել պահանջկոտ միջավայրերում: Hielscher Ultrasonics-ը մատակարարում է արդյունաբերական կարգի ուլտրաձայնային սարքավորումներ՝ ծանր աշխատանքային ծրագրերում և կոպիտ միջավայրերում տեղադրելու համար: Մեր բոլոր ուլտրաձայնային սարքերը կառուցված են 24/7 աշխատանքի համար: Hielscher բարձր հզորության ուլտրաձայնային համակարգերը համակցված են ամրության, հուսալիության և ճշգրիտ կառավարելիության հետ:
Պահանջկոտ գործընթացներ – ինչպես, օրինակ, մետաղների հալոցքի զտումը – պահանջում է ինտենսիվ սոնիկացիայի հնարավորություն: Hielscher Ultrasonics արդյունաբերական ուլտրաձայնային պրոցեսորները մատուցում են շատ բարձր ամպլիտուդներ: Մինչև 200 մկմ ամպլիտուդները հեշտությամբ կարող են շարունակաբար աշխատել 24/7 աշխատանքի ընթացքում: Նույնիսկ ավելի բարձր ամպլիտուդների համար մատչելի են հարմարեցված ուլտրաձայնային սոնոտրոդներ:
Հեղուկի և հալման շատ բարձր ջերմաստիճանների արտահոսքի համար Hielscher-ն առաջարկում է տարբեր sonotrodes և հարմարեցված աքսեսուարներ՝ մշակման օպտիմալ արդյունքներ ապահովելու համար:
Ստորև բերված աղյուսակը ցույց է տալիս մեր ուլտրաձայնային սարքերի մոտավոր մշակման հզորությունը.
| Խմբաքանակի ծավալը | Հոսքի արագություն | Առաջարկվող սարքեր |
|---|---|---|
| 10-ից 2000 մլ | 20-ից 400 մլ / րոպե | UP200Ht, UP400 Փ |
| 0.1-ից 20լ | 0.2-ից 4լ/րոպե | UIP2000hdT |
| 10-ից 100 լ | 2-ից 10 լ / րոպե | UIP4000 |
| ԱԺ | 10-ից 100 լ / րոպե | UIP16000 |
| ԱԺ | ավելի մեծ | կլաստերի UIP16000 |
Կապ մեզ հետ: / Հարցրեք մեզ:
Գրականություն/Հղումներ
- 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.
Փաստեր, որոնք արժե իմանալ
Ուլտրաձայնային ուժ և կավիտացիա
Երբ բարձր ինտենսիվ ուլտրաձայնային ալիքները զուգակցվում են հեղուկների կամ խառնուրդների մեջ, երևույթը կավիտացիա տեղի է ունենում.
Բարձր հզորության, ցածր հաճախականության ուլտրաձայնային հետազոտությունը վերահսկվող եղանակով առաջացնում է կավիտացիոն փուչիկների ձևավորում հեղուկների և ցեխերի մեջ: Ուլտրաձայնային ինտենսիվ ալիքները հեղուկում առաջացնում են փոփոխվող ցածր ճնշման / բարձր ճնշման ցիկլեր: Ճնշման այս արագ փոփոխությունները առաջացնում են դատարկություններ, այսպես կոչված, կավիտացիոն փուչիկներ: Ուլտրաձայնային ձևով առաջացած կավիտացիայի փուչիկները կարող են համարվել որպես քիմիական միկրոռեակտորներ, որոնք ապահովում են բարձր ջերմաստիճան և ճնշում մանրադիտակային մասշտաբով, որտեղ տեղի են ունենում ակտիվ տեսակների ձևավորում, ինչպիսիք են ազատ ռադիկալները լուծված մոլեկուլներից: Նյութերի քիմիայի համատեքստում ուլտրաձայնային կավիտացիան ունի բարձր ջերմաստիճանի (մինչև 5000 Կ) և բարձր ճնշման (500 ատմ) ռեակցիաների տեղական կատալիզացման եզակի ներուժ, մինչդեռ համակարգը մնում է մակրոսկոպիկորեն սենյակային ջերմաստիճանի և շրջակա միջավայրի ճնշման մոտ: (տես Skorb, Andreeva 2013)
Ուլտրաձայնային բուժումը հիմնականում հիմնված է կավիտացիոն ազդեցությունների վրա: Մետաղագործության համար սոնիկացիան խիստ շահավետ տեխնիկա է մետաղների և համաձուլվածքների ձուլումը բարելավելու համար:
Մետաղների հալոցքների մշակումից բացի, սոնիկացիան օգտագործվում է նաև սպունգի նման նանոկառուցվածքներ և նանո-պատկերներ ստեղծելու համար ամուր մետաղական մակերեսների վրա, ինչպիսիք են տիտանը և համաձուլվածքները: Այս ուլտրաձայնային նանոկառուցվածքով տիտանի և համաձուլվածքի մասերը ցույց են տալիս մեծ հզորություն՝ որպես իմպլանտներ՝ ուժեղացված օստեոգեն բջիջների տարածմամբ: Կարդացեք ավելին տիտանի իմպլանտների ուլտրաձայնային նանոկառուցվածքի մասին: