ლითონის დნობის ულტრაბგერითი დახვეწა
- მდნარი ლითონებისა და შენადნობების დენის ულტრაბგერა აჩვენებს სხვადასხვა სასარგებლო ეფექტს, როგორიცაა სტრუქტურირება, გაზი და გაუმჯობესებული ფილტრაცია.
- ულტრაბგერითი დამუშავება ხელს უწყობს არადენდრიტული გამაგრებას თხევად და ნახევრად მყარ ლითონებში.
- Sonication აქვს მნიშვნელოვანი სარგებელი მიკროსტრუქტურული დახვეწის დენდრიტული მარცვლები და პირველადი ინტერმეტალური ნაწილაკების.
- გარდა ამისა, დენის ულტრაბგერითი შეიძლება გამოყენებულ იქნას მიზანმიმართულად ლითონის ფორიანობის შესამცირებლად ან მეზოფოროვანი სტრუქტურების შესაქმნელად.
- დაბოლოს, რაც არანაკლებ მნიშვნელოვანია, დენის ულტრაბგერა აუმჯობესებს ჩამოსხმის ხარისხს.
ლითონის დნობის ულტრაბგერითი გამყარება
ლითონის დნობის გამაგრების დროს არადენდრიტული სტრუქტურების წარმოქმნა გავლენას ახდენს მასალის თვისებებზე, როგორიცაა სიმტკიცე, ელასტიურობა, სიმტკიცე და/ან სიმტკიცე.
ულტრაბგერითი შეცვლილი მარცვლეულის ნუკლეაცია: აკუსტიკური კავიტაცია და მისი ინტენსიური ათვლის ძალები ზრდის ნუკლეაციის ადგილებს და ბირთვების რაოდენობას დნობაში. დნობის ულტრაბგერითი დამუშავება იწვევს ჰეტეროგენულ ნუკლეაციას და დენდრიტების ფრაგმენტაციას, ისე, რომ საბოლოო პროდუქტი აჩვენებს მარცვლის მნიშვნელოვნად მაღალ დახვეწას.
ულტრაბგერითი კავიტაცია იწვევს დნობის არალითონური მინარევების თანაბრად დასველებას. ეს მინარევები იქცევა ნუკლეაციის ადგილებად, რომლებიც გამაგრების საწყისი წერტილებია. იმის გამო, რომ ბირთვების ეს წერტილები წინ უსწრებს გამაგრების ფრონტს, დენდრიტული სტრუქტურების ზრდა არ ხდება.
Ti შენადნობის მაკროსტრუქტურა ულტრაბგერითი მკურნალობის შემდეგ. ულტრაბგერითი შედეგია მნიშვნელოვნად დახვეწილი მარცვლის სტრუქტურა.
დოქტორი ანდრეევა-ბაუმლერი, ბაიროიტის უნივერსიტეტი, მუშაობს ულტრაბგერითი აპარატით UIP1000hdT ლითონების ნანო-სტრუქტურირებაზე.
ულტრაბგერითი ეფექტები შენადნობის ვიკერის სიმტკიცეზე: ულტრაბგერითი აუმჯობესებს ვიკერსის მიკროსიმტკიცე მეტალში
(კვლევა და გრაფიკა: ©Ruirun et al., 2017)
დენდრიტის ფრაგმენტაცია: დენდრიტების დნობა ჩვეულებრივ იწყება ფესვიდან ადგილობრივი ტემპერატურის მატებისა და სეგრეგაციის გამო. Sonication წარმოქმნის ძლიერ კონვექციას (სითხის მასის მოძრაობით სითბოს გადაცემას) და დარტყმის ტალღებს დნობაში, რის შედეგადაც დენდრიტები ფრაგმენტულია. კონვექციამ შეიძლება ხელი შეუწყოს დენდრიტის ფრაგმენტაციას ექსტრემალური ადგილობრივი ტემპერატურის, აგრეთვე შემადგენლობის ვარიაციების გამო და ხელს უწყობს გამხსნელი ნივთიერების დიფუზიას. კავიტაციის დარტყმის ტალღები ხელს უწყობს ამ დნობის ფესვების გატეხვას.
მეტალის შენადნობების ულტრაბგერითი დეგაზირება
დეგაზირება არის ულტრაბგერითი ენერგიის კიდევ ერთი მნიშვნელოვანი ეფექტი თხევად და ნახევრად მყარ ლითონებზე და შენადნობებზე. აკუსტიკური კავიტაცია ქმნის მონაცვლეობით დაბალი წნევის / მაღალი წნევის ციკლებს. დაბალი წნევის ციკლების დროს სითხეში ან თხევადში ჩნდება პაწაწინა ვაკუუმის ბუშტები. ეს ვაკუუმური ბუშტები მოქმედებენ როგორც ბირთვები წყალბადის და ორთქლის ბუშტების ფორმირებისთვის. უფრო დიდი წყალბადის ბუშტების წარმოქმნის გამო გაზის ბუშტები ამოდის. აკუსტიკური ნაკადი და ნაკადი ხელს უწყობს ამ ბუშტების ცურვას ზედაპირზე და დნობის გარეთ, ისე, რომ აირი შეიძლება ამოღებულ იქნეს და შემცირდეს გაზის კონცენტრაცია დნობაში.
ულტრაბგერითი დეგაზირება ამცირებს ლითონის ფორიანობას, რითაც მიიღწევა მასალის უფრო მაღალი სიმკვრივე საბოლოო ლითონის/შენადნობის პროდუქტში.
ალუმინის შენადნობების ულტრაბგერითი დეგაზიზაცია ამაღლებს მასალის საბოლოო დაძაბულობას და ელასტიურობას. სამრეწველო სიმძლავრის ულტრაბგერითი სისტემები საუკეთესოდ ითვლება სხვა კომერციულ დეგაზაციის მეთოდებს შორის ეფექტურობასა და დამუშავების დროს. უფრო მეტიც, ყალიბის შევსების პროცესი გაუმჯობესებულია დნობის დაბალი სიბლანტის გამო.
Ti44Al6Nb1Cr2V-ის კომპრესიული თვისებები გაჟღერების სხვადასხვა დროს. Sonication მნიშვნელოვნად აუმჯობესებს კომპრესიულ ძალას.
(კვლევა და გრაფიკა: ©Ruirun et al., 2017)
კერამიკული სონოტროდი BS4D22L3C არის სპეციალური სონოტროდი, რომელიც შესაფერისია მაღალი ტემპერატურის სითხეების, როგორიცაა გამდნარი ალუმინის (მაგ. შერევისა და გაჟონვისთვის) გაჟღერებისთვის.
სონოკაპილარული ეფექტი ფილტრაციის დროს
თხევად ლითონებში ულტრაბგერითი კაპილარული ეფექტი არის მამოძრავებელი ეფექტი ოქსიდის ჩანართების მოსაშორებლად დნობის ულტრაბგერითი დახმარებით ფილტრაციის დროს. (Eskin et al. 2014: 120ff.)
ფილტრაცია გამოიყენება დნობისგან არამეტალური მინარევების მოსაშორებლად. ფილტრაციის დროს, დნობა გადის სხვადასხვა ბადეებს (მაგ. შუშის ბოჭკოვანი) არასასურველი ჩანართების გამოსაყოფად. რაც უფრო მცირეა ბადის ზომა, მით უკეთესია ფილტრაციის შედეგი.
ჩვეულებრივ პირობებში, დნობა ვერ გაივლის ორფენიან ფილტრს ძალიან ვიწრო ფორების ზომით 0,4-0,4 მმ. თუმცა, ულტრაბგერითი დახმარებით ფილტრაციის დროს დნობის საშუალება ეძლევა ბადის ფორებს გაიაროს სონოკაპილარული ეფექტის გამო. ამ შემთხვევაში, ფილტრის კაპილარები ინარჩუნებენ 1-10 μm არამეტალურ მინარევებსაც კი. შენადნობის გაძლიერებული სისუფთავის გამო, ოქსიდებზე წყალბადის ფორების წარმოქმნა თავიდან აცილებულია, ასე რომ, შენადნობის დაღლილობის სიძლიერე იზრდება.
ესკინი და სხვ. (2014: 120ff.) აჩვენა, რომ ულტრაბგერითი ფილტრაცია შესაძლებელს ხდის ალუმინის შენადნობების AA2024, AA7055 და AA7075 გაწმენდას მრავალშრიანი მინის ბოჭკოვანი ფილტრებით (9 ფენამდე) 0.6-ით.×0.6მმ ბადისებრი ფორები. როდესაც ულტრაბგერითი ფილტრაციის პროცესი შერწყმულია ინოკულანტების დამატებით, მიიღწევა მარცვლის ერთდროული დახვეწა.
ლითონის შენადნობების ულტრაბგერითი გამაგრება
დადასტურებულია, რომ ულტრაბგერითი მოქმედება ძალზე ეფექტურია ნანო ნაწილაკების თანაბრად დაშლაში. ამიტომ, ულტრაბგერითი დისპერსერები არის ყველაზე გავრცელებული მოწყობილობა ნანო-გაძლიერებული კომპოზიტების წარმოებისთვის.
ნანო ნაწილაკები (მაგ2ო3/SiC, CNTs) გამოიყენება გამაგრებით მასალად. ნანო ნაწილაკები ემატება გამდნარ შენადნობას და იშლება ულტრაბგერით. აკუსტიკური კავიტაცია და ნაკადი აუმჯობესებს ნაწილაკების დეაგლომერაციას და დატენიანებას, რის შედეგადაც გაუმჯობესებულია დაჭიმვის სიმტკიცე, გამძლეობა და დრეკადობა.
ულტრაბგერითი მოწყობილობა მძიმე აპლიკაციებისთვის
ელექტროენერგიის ულტრაბგერითი გამოყენება მეტალურგიაში მოითხოვს მძლავრ, საიმედო ულტრაბგერით სისტემებს, რომლებიც შეიძლება დამონტაჟდეს მომთხოვნ გარემოში. Hielscher Ultrasonics აწვდის სამრეწველო კლასის ულტრაბგერით აღჭურვილობას მძიმე სამუშაო აპლიკაციებში და უხეში გარემოში დამონტაჟებისთვის. ყველა ჩვენი ულტრაბგერითი აგებულია 24/7 მუშაობისთვის. Hielscher მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერითი სისტემები შერწყმულია გამძლეობასთან, საიმედოობასთან და ზუსტი კონტროლირებასთან.
მომთხოვნი პროცესები – როგორიცაა ლითონის დნობის დამუშავება – საჭიროებს ინტენსიური სონიკაციის შესაძლებლობას. Hielscher Ultrasonics სამრეწველო ულტრაბგერითი პროცესორები აწვდიან ძალიან მაღალ ამპლიტუდას. 200 μm-მდე ამპლიტუდა შეიძლება ადვილად იყოს გაშვებული 24/7 მუშაობისას. კიდევ უფრო მაღალი ამპლიტუდებისთვის ხელმისაწვდომია მორგებული ულტრაბგერითი სონოტროდები.
ძალიან მაღალი სითხისა და დნობის ტემპერატურის გახმოვანებისთვის, Hielscher გთავაზობთ სხვადასხვა სონოტროდებს და მორგებულ აქსესუარებს, რათა უზრუნველყოს დამუშავების ოპტიმალური შედეგები.
ქვემოთ მოყვანილი ცხრილი გვიჩვენებს ჩვენი ულტრაბგერითი აპარატების სავარაუდო დამუშავების შესაძლებლობებს:
| სურათების მოცულობა | Დინების სიჩქარე | რეკომენდებული მოწყობილობები |
|---|---|---|
| 10-დან 2000 მლ-მდე | 20-დან 400 მლ/წთ-მდე | UP200Ht, UP400 ქ |
| 0.1-დან 20ლ-მდე | 0.2-დან 4ლ/წთ-მდე | UIP2000hdT |
| 10-დან 100 ლ-მდე | 2-დან 10ლ/წთ-მდე | UIP4000 |
| na | 10-დან 100ლ/წთ-მდე | UIP16000 |
| na | უფრო დიდი | კასეტური UIP16000 |
Დაგვიკავშირდით! / Გვკითხე ჩვენ!
ლიტერატურა/ცნობარი
- 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.
ფაქტები, რომელთა ცოდნაც ღირს
დენის ულტრაბგერა და კავიტაცია
როდესაც მაღალი ინტენსივობის ულტრაბგერითი ტალღები ერწყმის სითხეებად ან ნალექებად, ფენომენი კავიტაცია ხდება.
მაღალი სიმძლავრის, დაბალი სიხშირის ულტრაბგერითი იწვევს კავიტაციის ბუშტების წარმოქმნას სითხეებში და ხსნარებში კონტროლირებადი გზით. ინტენსიური ულტრაბგერითი ტალღები წარმოქმნის მონაცვლეობით დაბალი წნევის / მაღალი წნევის ციკლებს სითხეში. წნევის ეს სწრაფი ცვლილებები წარმოქმნის სიცარიელეს, ეგრეთ წოდებულ კავიტაციის ბუშტებს. ულტრაბგერითი გამოწვეული კავიტაციის ბუშტები შეიძლება ჩაითვალოს ქიმიურ მიკრორეაქტორებად, რომლებიც უზრუნველყოფენ მაღალ ტემპერატურას და წნევას მიკროსკოპული მასშტაბით, სადაც ხდება აქტიური სახეობების ფორმირება, როგორიცაა თავისუფალი რადიკალები გახსნილი მოლეკულებიდან. მატერიალური ქიმიის კონტექსტში, ულტრაბგერითი კავიტაცია აქვს ადგილობრივი კატალიზების უნიკალური პოტენციალი მაღალი ტემპერატურის (5000 K-მდე) და მაღალი წნევის (500atm) რეაქციების, ხოლო სისტემა რჩება მაკროსკოპულად ოთახის ტემპერატურასა და გარემოს წნევასთან ახლოს. (შდრ. Skorb, Andreeva 2013)
ულტრაბგერითი მკურნალობა ძირითადად ეფუძნება კავიტაციის ეფექტებს. მეტალურგიისთვის, სონიკა არის უაღრესად ხელსაყრელი ტექნიკა ლითონებისა და შენადნობების ჩამოსხმის გასაუმჯობესებლად.
ლითონის დნობის დამუშავების გარდა, სონიკა ასევე გამოიყენება ღრუბლის მსგავსი ნანოსტრუქტურებისა და ნანო-ნიმუშების შესაქმნელად ლითონის მყარ ზედაპირებზე, როგორიცაა ტიტანი და შენადნობები. ეს ულტრაბგერითი ნანოსტრუქტურირებული ტიტანის და შენადნობის ნაწილები აჩვენებენ დიდ უნარს, როგორც იმპლანტანტებს გაძლიერებული ოსტეოგენური უჯრედების პროლიფერაციით. წაიკითხეთ მეტი ტიტანის იმპლანტების ულტრაბგერითი ნანოსტრუქტურის შესახებ!