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.
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.
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 |
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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!