ヒールシャー超音波技術

金属溶融物の超音波処理

  • 溶融金属および合金のパワーの超音波は、構造化、脱気、および改善された濾過などの様々な有益な効果を示しています。
  • 超音波は、液体および半固体金属における非樹枝状凝固を促​​進します。
  • 超音波処理は、樹枝状結晶粒とプライマリ間粒子の微細構造改善に大きなメリットがあります。
  • また、パワー超音波は、金属多孔性を減少させるか、メソ多孔性構造体を製造するために意図的に使用することができます。
  • 最後になりましたが、パワー超音波は、鋳物の品質が向上します。

 

超音波凝固

金属の凝固中の非樹枝状構造の形成は影響を受け、強度、延性、靭性、及び/又は硬度などの材料特性を溶融します。
超音波で変更された粒子核形成: 音響キャビテーションとその強烈な剪断力が核生成サイトと溶融物中の核の数を増やします。最終生成物は著しくhiger結晶粒微細化を示すように、溶融物の超音波処理(UST)は、不均質核生成及び樹状突起の断片化をもたらします。
超音波キャビテーションは、溶融物中の非金属不純物の均一な濡れを引き起こします。これらの不純物は凝固の出発点です核形成部位、に変わります。これらの核ポイントが先に凝固前面のであるため、樹枝状構造体の成長は発生しません。

金属溶融物の超音波処理は、粒子構造を改善します。

超音波処理後のTi合金のマクロ構造(Ruirunら、2017)

デンドライトの断片化: 樹枝状結晶の融解は、通常、局所的な温度上昇や偏析によるルートから始まります。デンドライトが断片化されているように、USTは、溶融物中に強い対流(流体の質量運動による熱伝達)及び衝撃波を発生させます。対流による極端な局所温度並びに組成変動にデンドライト断片化を促進し、溶質の拡散を促進することができます。キャビテーション衝撃波は、それらの融解根の破損をアシスト。

金属合金の超音波脱気

脱ガスは、液体および半固体金属及び合金の電源超音波の別の重要な効果です。音響キャビテーションは、低圧/高圧サイクルを交互に生成します。低圧サイクルの間に、小さな真空泡が液体又はスラリーで起こります。これらの真空気泡は水素及び蒸気泡の形成のための核として作用します。より大きな水素の泡の形成に起因して、気泡が上昇します。ガスを除去することができ、融液中のガス濃度が小さくなるように音響流とストリーミングは、表面に溶融物からこれらの気泡の浮上を補助します。
超音波脱ガスは最終的な金属/合金製品におけるより高い材料密度を達成する金属の多孔性を低下させます。
アルミニウム合金の超音波脱ガスは、材料の極限引張強さ及び延性を高めます。産業用電力の超音波システムは、有効性と処理時間に関する他の商用の脱気方法の中で最高のとしてカウントされます。また、金型充填プロセスは、溶融物の低い粘度のために改善されています。

Ti合金の超音波洗練(クリックすると拡大します!)

様々な超音波処理時間の下でTi44Al6Nb1Cr2Vの圧縮特性。

UIP1000hdは、材料工学、ナノ構造および粒子改質のために使用される強力な超音波装置、です。 (拡大するにはクリックしてください!)

博士D. Andreevaは、超音波構造化の手順を示しています
使用して UIP1000hd 超音波発生装置(20 kHzの、1000W)。 Chのことで絵。ウィスラー

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超音波振動の効果

濾過中Sonocapillary効果

液体金属超音波毛管効果(UCE)は、溶融物の超音波補助濾過中に酸化物系介在物を除去するための駆動効果です。 (Eskinら、2014:120ff。)
濾過は、溶融物から非金属不純物を除去するために使用されます。濾過の間、溶融物は、不要な介在物を分離するために、様々なメッシュ(例えばガラス繊維)を通過します。メッシュサイズより小さく、より良いろ過結果です。
一般的な条件下で、溶融物が0,4-0,4mmの非常に狭い細孔サイズを有する2つの層のフィルタを通過することができません。しかし、超音波アシスト濾過下で溶融物はsonocapillary効果によるメッシュの孔を通過することが可能となります。この場合、フィルタ毛細管は1-10μmのも非金属不純物を保持します。合金の疲労強度が増加するようによる合金の強化純度に、酸化物の水素孔の形成は、回避されます。
Eskinら。 (2014:120ff)は、超音波濾過が0.6で(最大9層を有する)多層ガラス繊維フィルターを用いたアルミニウム合金AA2024、AA7055、およびAA7075を精製することができることを示しました×00.6ミリメートルメッシュ毛穴。超ろ過工程は接種材料の添加と組み合わせた場合、同時結晶粒微細化が達成されます。

超音波強化

超音波を均一にスラリーにナノ粒子を分散させる上で非常に有効であることが証明されています。したがって、超音波分散機は、ナノ強化複合材料を製造するための最も一般的な装置です。
ナノ粒子(例えば、アル2ザ・3/ SiCの、カーボンナノチューブ)が補強材として使用されます。ナノ粒子は、合金溶湯に添加し、超音波で分散されています。音響キャビテーションおよびストリーミングは、改善された引張強さ、降伏強さ、伸び、その結果、粒子の解凝集及び濡れ性を向上させることができます。

Cascatrode超音波装置UIP2000hdT(2kWの)

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ヘビーデューティーアプリケーション用の超音波機器

冶金における電力の超音波の適用は、厳しい環境に設置することができ、堅牢で信頼性の高い超音波システムを必要とします。ヒールシャー超音波は、ヘビーデューティアプリケーションやラフな環境でのインストールのために工業用グレードの超音波機器を提供しています。すべての私たちのultrasonicatorsは24/7操作用に構築されています。ヒールシャーのハイパワー超音波システムは、堅牢性、信頼性と正確なコントロールと対になっています。
要求の厳しいプロセス – このような金属溶融物の精製として – 強烈な超音波処理の能力が必要になります。ヒールシャー超音波’ 工業用超音波プロセッサは、非常に高い振幅を実現します。 200μMまでの振幅を簡単に連続して24時間365日の操作で実行することができます。さらに高い振幅のために、カスタマイズされた超音波ソノトロードが用意されています。
温度が非常に高い液体の超音波処理および溶融、ヒールシャーは、最適な処理結果を保証するために、様々なソノトロードカスタマイズアクセサリーを提供しています。
下の表は私達のultrasonicatorsのおおよその処理能力の目安を与えます:

バッチ容量 流量 推奨デバイス
2000mlの10〜 20 400mLの/分 Uf200ःトンUP400St
00.1 20Lへ 04L /分の0.2 UIP2000hdT
100Lへ10 10L /分で2 UIP4000
N.A。 10 100L /分 UIP16000
N.A。 大きな のクラスタ UIP16000

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文学/参考文献

  • Eskin、ゲオルギーI; Eskin、ドミトリーG.(2014):軽合金溶融物の超音波処理。 CRCプレス、技術 & エンジニアリング2014。
  • 嘉、S .;玄、Y .; Nastac、L .;アリソン、P.G;急い、T.W。(2016):微細構造、機械的特性及び超音波処理によって製造6061アルミニウム合金系ナノ複合鋳造の破壊挙動。キャスト金属研究の国際ジャーナル、巻。 29、Issと。 5:TMS 2015年次総会と展示会2016年286から289まで。
  • Ruirun、C.ら。 (2017):微細構造上の超音波振動の影響及び高合金のTiAlの機械的特性。 SCI。議員。7、2017。
  • Skorb、E.V; Andreeva、D.V. (2013):合成スポンジの構築を支援バイオ風の超音波。 J.マーテル。 CHEM。 、2013,1。 7547から7557まで。
  • Tzanakis、I;徐、W.W; Eskin、D.G;リー、P.D; Kotsovinos、N.(2015):アルミニウム溶湯に超音波毛管効果のその場観察と分析において。超音波ソノケミストリー27、2015 72から80。
  • 呉、W.W :; Tzanakis、I; Srirangam、P .; Mirihanage、W.U; Eskin、D.G; Bodey、A.J。;リー、P.D. (2015): アル・10Cu融体における超音波キャビテーションと気泡ダイナミクスのシンクロトロン定量。


知る価値のある事実

パワー超音波キャビテーション

高い強烈な超音波は液体またはスラリーの現象に結合されたとき キャビテーション 発生しました。
高出力、低周波超音波は、制御された方法で液体およびスラリー中にキャビテーション気泡の形成を引き起こす。激しい超音波は、液体中で交互する低圧/高圧サイクルを発生させる。これらの急激な圧力変化は、いわゆるキャビテーション気泡(cavitation bubble)を発生させる。超音波誘起キャビテーション気泡は、溶解した分子からフリーラジカルのような活性種の形成が起こる顕微鏡スケールで高温高圧を提供する化学的マイクロリアクターと考えることができる。材料化学の文脈において、超音波キャビテーションは、システムが室温および周囲圧力に近い巨視的には維持されている間に、高温(最高5000K)および高圧(500atm)反応を局部的に触媒するユニークな可能性を有する。 (Skorb、Andreeva、2013年参照)
超音波治療(UST)は、主としてキャビテーション効果に基づいている。冶金学に関しては、USTは金属および合金の鋳造を改善する非常に有利な技術である。