금속 용융의 초음파 가공

• 용융 금속 및 합금의 힘 초음파는 구조화, 가스 제거 및 향상된 여과와 같은 다양한 유익한 효과를 나타냅니다.
• 초음파는 액체 및 반고체 금속의 비 수지 응고를 촉진합니다.
• 초음파 처리는 돌기 입자 및 1 차 금속 간 입자의 미세 구조 미세화에 상당한 이점을 갖는다.
• 또한, 전력 초음파는 의도적으로 금속 다공성을 줄이거 나 meso-porous 구조를 생성하는 데 사용할 수 있습니다.
• 마지막으로 파워 초음파는 주물의 품질을 향상시킵니다.

초음파 응고

금속 용융물의 응고 동안 비 - 수지상 구조의 형성은 강도, 연성, 인성 및 / 또는 경도와 같은 재료 특성에 영향을 미친다.
초음파 변형 입자 결정 핵 생성 : 음향 캐비테이션과 그것의 강렬한 전단력은 핵 형성 지점과 용융물의 핵수를 증가시킵니다. 용융물의 초음파 처리 (UST)는 이질적인 핵 생성과 수상 돌기의 단편화를 초래하므로 최종 생성물은 현저히 높은 입자 미세화를 보입니다.
초음파 캐비테이션은 용융물에 비금속 불순물이 균일하게 젖게합니다. 이러한 불순물은 응고의 시작점 인 핵 형성 지점으로 변합니다. 이러한 핵 생성 지점은 응고 정면보다 앞서 있기 때문에 돌기 구조의 성장이 일어나지 않습니다.

초음파 처리 후의 Ti 합금의 거대 구조 (Ruirun et al., 2017)

덴 드라이트 단편화 : 수상 돌기의 용융은 보통 국부적 인 온도 상승 및 분리로 인해 뿌리에서 시작한다. UST는 강한 대류 (유체의 질량 운동에 의한 열전달)와 용융물의 충격파를 생성하여 수상 돌기가 단편화됩니다. 대류는 극한의 국소 온도 및 조성의 변화로 인한 수상 돌기 분열을 촉진하고 용질의 확산을 촉진 할 수 있습니다. 캐비테이션 충격파는 녹는 뿌리의 파손을 돕습니다.

금속성 합금의 초음파 탈기

Degassing은 액체 및 반고체 금속 및 합금에 대한 전력 초음파의 또 다른 중요한 효과입니다. 음향 캐비테이션은 교번하는 저압 / 고압 사이클을 생성합니다. 낮은 압력주기 동안 액체 또는 슬러리에 미세한 진공 기포가 발생합니다. 이러한 진공 기포는 수소 및 증기 기포의 형성을위한 핵으로서 작용한다. 더 큰 수소 버블의 형성으로 인해 가스 버블이 상승한다. 음향 흐름 및 스트리밍은 이러한 기포가 표면 및 용융물 밖으로 떠 다니는 것을 돕기 때문에 가스가 제거되고 용융물의 가스 농도가 감소됩니다.
초음파 탈기는 금속의 다공성을 감소시켜 최종 금속 / 합금 제품의 재료 밀도를 높입니다.
알루미늄 합금의 초음파 탈 가스는 재료의 극한 인장 강도와 연성을 높입니다. 산업용 전력 초음파 시스템은 효과 및 처리 시간과 관련하여 다른 상업용 가스 제거 방법 중에서도 가장 좋습니다. 또한 용융물의 점도가 낮기 때문에 몰드 충진 공정이 개선됩니다.

다양한 sonication 시간에 Ti44Al6Nb1Cr2V의 압축 특성.

여과 중 소뇌 피질 효과

액상 금속의 초음파 모세관 효과 (UCE)는 용융물을 초음파로 여과하는 동안 산화물 함유 물을 제거하는 추진 효과입니다. (Eskin et al. 2014 : 120ff.)
여과는 용융물에서 비금속 불순물을 제거하는 데 사용됩니다. 여과하는 동안, 용융물은 원하지 않는 개재물을 분리하기 위해 다양한 그물 (예 : 유리 섬유)을 통과시킵니다. 메쉬 크기가 작을수록 여과 결과가 좋습니다.
일반적인 조건에서, 용융물은 0.4-0.4mm의 매우 좁은 공극 크기의 2 층 필터를 통과 할 수 없습니다. 그러나, 초음파 보조 여과 하에서, 용융물은 동 모세관 효과에 기인하여 메쉬 기공을 통과 할 수있다. 이 경우 필터 모세관은 1 ~ 10μm의 비금속 성 불순물을 보유합니다. 합금의 순도가 향상되므로, 산화물에서의 수소 공극의 형성이 방지되므로, 합금의 피로 강도가 증가된다.
Eskin et al. (2014 : 120ff.)에 따르면 초음파 여과를 통해 다층 유리 섬유 필터 (최대 9 개 층)와 0.6을 갖는 알루미늄 합금 AA2024, AA7055 및 AA7075를 정화 할 수 있습니다.×0.6mm 메쉬 모공. 초음파 여과 공정이 접종 제의 첨가와 결합되면, 동시에 입자 미세화가 달성됩니다.

초음파 보강

Ultrasonication은 나노 입자를 슬러리에 균일하게 분산시키는 데 매우 효과적임이 입증되었습니다. 따라서 초음파 분산기는 나노 보강 복합 재료를 생산하는 가장 일반적인 장비입니다.
나노 입자 (예 : Al₂영형_삼/ SiC, CNTs)가 보강재로 사용됩니다. 나노 입자는 용융 합금에 첨가되어 초음파로 분산된다. 음향 캐비테이션 및 스트리밍은 입자의 응집 제거 및 습윤성을 향상시켜 인장 강도, 항복 강도 및 연신율을 향상시킵니다.

중부 하용 초음파 장비

야금에 전력 초음파를 적용하려면 견고하고 신뢰할 수있는 초음파 시스템이 필요하며 까다로운 환경에 설치할 수 있습니다. Hielscher Ultrasonics는 대형 어플리케이션 및 거친 환경에 설치하기위한 산업용 등급의 ​​초음파 장비를 공급합니다. 모든 초음파 검사기는 연중 무휴로 작동하도록 제작되었습니다. Hielscher의 고출력 초음파 시스템은 견고성, 신뢰성 및 정밀 제어 가능성과 쌍을 이룹니다.
프로세스 요구 – 금속 용융물의 정제 – 강렬한 초음파 처리 능력이 필요합니다. Hielscher 초음파’ 산업용 초음파 프로세서는 매우 높은 진폭을 제공합니다. 200μm까지의 진폭은 연중 무휴로 연속적으로 쉽게 작동 할 수 있습니다. 더 높은 진폭의 경우 사용자 정의 초음파 sonotrodes를 사용할 수 있습니다.
Hielscher는 매우 높은 액체 및 용융 온도의 초음파 처리를 위해 최적의 가공 결과를 보장하기 위해 다양한 Sonotrode 및 맞춤 액세서리를 제공합니다.
아래 표는 초음파 장비의 대략적인 처리 용량을 보여줍니다.