금속 용융물의 초음파 정제
- 용융 금속 및 합금의 힘 초음파는 구조화, 가스 제거 및 향상된 여과와 같은 다양한 유익한 효과를 나타냅니다.
- 초음파는 액체 및 반고체 금속에서 비 수지상 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.
금속 용융물의 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 강렬한 전단력은 용융물의 핵 형성 부위와 핵 수를 증가시킵니다. 용융물의 초음파 처리는 이질적인 핵 형성과 수상 돌기의 단편화를 초래하여 최종 제품이 훨씬 더 높은 입자 미세 조정을 보여줍니다.
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 후 Ti 합금의 거대 구조. 초음파는 상당히 정제 된 입자 구조를 초래합니다.
바이로이트 대학의 Andreeva-Bäumler 박사는 초음파를 사용하고 있습니다.1000hdT 금속의 나노 구조화에.
합금 비커 경도에 대한 초음파 효과: 초음파는 금속의 비커스 미세 경도를 향상시킵니다.
(연구 및 그래픽: ©Ruirun et al., 2017)
덴 드라이트 단편화 : 수상 돌기의 녹는 것은 일반적으로 국부적 인 온도 상승과 분리로 인해 뿌리에서 시작됩니다. 초음파 처리는 용융물에서 강한 대류 (유체의 질량 운동에 의한 열 전달)와 충격파를 생성하여 수상 돌기가 파편화됩니다. 대류는 극한의 국소 온도와 조성 변화로 인해 수상돌기 단편화를 촉진하고 용질의 확산을 촉진할 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 초음파 처리 시간 하에서 Ti44Al6Nb1Cr2V의 압축 특성. 초음파 처리는 압축 강도를 크게 향상시킵니다.
(연구 및 그래픽: ©Ruirun et al., 2017)
세라믹 sonotrode BS4D22L3C는 용융 알루미늄과 같은 고온 액체 (예 : 혼합 및 탈기)를 초음파 처리하는 데 적합한 특수 sonotrode입니다.
여과 중 소뇌 피질 효과
액체 금속의 초음파 모세관 효과는 용융물의 초음파 보조 여과 중에 산화물 함유물을 제거하는 구동 효과입니다. (Eskin 외. 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.
금속 합금의 초음파 강화
Ultrasonication은 나노 입자를 슬러리에 균일하게 분산시키는 데 매우 효과적임이 입증되었습니다. 따라서 초음파 분산기는 나노 보강 복합 재료를 생산하는 가장 일반적인 장비입니다.
나노 입자 (예 : Al2영형삼/ 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
야금에서 전력 초음파를 적용하려면 까다로운 환경에 설치할 수 있는 견고하고 신뢰할 수 있는 초음파 시스템이 필요합니다. Hielscher 초음파는 중장비 응용 분야 및 거친 환경에 설치하기위한 산업용 등급의 초음파 장비를 공급합니다. 우리의 모든 초음파 는 24/7 작동을 위해 제작되었습니다. Hielscher 고출력 초음파 시스템은 견고성, 신뢰성 및 정밀한 제어 가능성과 쌍을 이룹니다.
프로세스 요구 – 금속 용융물의 정제 – 강렬한 초음파 처리 능력이 필요합니다. Hielscher 초음파 산업용 초음파 프로세서는 매우 높은 진폭을 제공합니다. 최대 200μm의 진폭은 24/7 작동에서 쉽게 연속적으로 실행할 수 있습니다. 더 높은 진폭을 위해, 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 |
연락주세요! / 저희에게 물어보세요!
문학 / 참고 문헌
- 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.
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 치료는 주로 캐비테이션 효과를 기반으로합니다. 야금의 경우, 초음파 처리는 금속 및 합금의 주조를 개선하는 데 매우 유리한 기술입니다.
금속 용융물의 처리 외에도 초음파 처리는 티타늄 및 합금과 같은 단단한 금속 표면에 스폰지와 같은 나노 구조 및 나노 패턴을 만드는 데에도 사용됩니다. 이러한 초음파 나노 구조의 티타늄 및 합금 부품은 향상된 골형성 세포 증식을 가진 임플란트로서 큰 용량을 보여줍니다. 티타늄 임플란트의 초음파 나노 구조화에 대해 자세히 읽어보십시오!