Hielscher 초음파 기술

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.

금속 용융물의 초음파 처리로 입자 구조가 개선됩니다.

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.

Ti 합금의 초음파 미세화 (Click to enlarge!)

다양한 sonication 시간에 Ti44Al6Nb1Cr2V의 압축 특성.

UIP1000hd는 재료 공학, 나노 구조화 및 입자 수정에 사용되는 강력한 초음파 장치입니다. (확대하려면 클릭!)

D. Andreeva 박사는 초음파 구조화 과정을 시연합니다.
~을 사용하여 UIP1000hd 초음파 발생기 (20 kHz, 1000 W). 그림 채널. Wißler

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초음파 진동의 효과

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/ 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.

Cascatrode가 장착 된 초음파 장치 UIP2000hdT (2kW)

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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.

일괄 볼륨 유량 권장 장치
10 ~ 2000mL 20 ~ 400 mL / min UP200Ht, UP400St
0.1 ~ 20L 0.2 ~ 4L / min UIP2000hdT
10 ~ 100L 2 ~ 10L / min UIP4000
N.A. 10 ~ 100L / min UIP16000
N.A. 더 큰 의 클러스터 UIP16000

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문학 / 참고 문헌

  • Eskin, Georgy I ;; Eskin, Dmitry G. (2014) : 가벼운 합금의 초음파 처리가 녹습니다. CRC 언론, 기술 & 공학 2014.
  • Jia, S .; Xuan, Y .; Nastac, L .; 앨리슨, PG; Rushing, TW : (2016) : 초음파 가공에 의해 제조 된 6061 알루미늄 합금 기반의 나노 복합 재료 주조품의 미세 구조, 기계적 특성 및 파괴 거동. 주철 금속 연구의 국제 저널, Vol. 29, Iss. 5 : TMS 2015 연례 회의 및 전시회 2016. 286-289.
  • Ruirun, C.et al. (2017) : 고 합금 TiAl의 미세 구조 및 기계적 성질에 미치는 초음파 진동의 영향. Sci. Rep. 7, 2017.
  • Skorb, EV; Andreeva, DV (2013) : 합성 스폰지를 생체 공학적으로 초음파 방식으로 제작했습니다. J. Mater. Chem. A, 2013,1. 7547-7557.
  • Tzanakis, 나는; Xu, WW; Eskin, DG; Lee, PD; Kotsovinos, N. (2015) : 용융 알루미늄에서 초음파 모세관 효과의 현장 관찰 및 분석. Ultrasonic Sonochemistry 27, 2015. 72-80.
  • Wu, WW :; Tzanakis, 나는; Srirangam, P .; Mirihanage, WU; Eskin, DG; Bodey, AJ; Lee, PD (2015) : Al-10Cu 용융물의 초음파 캐비테이션 및 기포 역학의 싱크로트론 정량


알만한 가치가있는 사실

파워 초음파 및 캐비테이션

고강도 초음파가 액체 또는 슬러리에 결합되면, 캐비테이션 발생합니다.
고출력, 저주파 초음파는 제어 된 방식으로 액체 및 슬러리에 캐비테이션 기포를 형성합니다. 강렬한 초음파는 액체에서 저압 / 고압 사이클을 번갈아 발생시킵니다. 이러한 급격한 압력 변화는 공극 (cavitation bubble)을 발생시킵니다. 초음파 유도 캐비테이션 버블은 용해 된 분자에서 자유 라디칼과 같은 활성 종의 형성이 발생하는 미세한 스케일에서 높은 온도와 압력을 제공하는 화학적 마이크로 리액터로 간주 될 수 있습니다. 재료 화학의 맥락에서 초음파 캐비테이션은 고온 (5,000 K까지) 및 고압 (500 atm) 반응을 국지적으로 촉매하는 고유 한 잠재력을 지니고 있으며 시스템은 상온 및 대기압 근처에서 거시적으로 유지됩니다. (참조 : Skorb, Andreeva, 2013)
초음파 치료법 (UST)은 주로 cavitational effects를 기반으로합니다. 야금의 경우 UST는 금속 및 합금의 주조를 향상시키는 데 매우 유리한 기술입니다.