Përmirësimi tejzanor i shkrirjeve të metaleve
- Ultratingulli i fuqisë në metale dhe lidhje të shkrirë tregon efekte të ndryshme të dobishme si strukturimi, degazimi dhe filtrimi i përmirësuar.
- Ultratingulli promovon ngurtësimin jo-dendritik në metale të lëngshme dhe gjysmë të ngurta.
- Sonicizimi ka përfitime të rëndësishme në përsosjen mikrostrukturore të kokrrave dendritike dhe grimcave primare ndërmetalike.
- Për më tepër, ultratingulli i fuqisë mund të përdoret qëllimisht për të zvogëluar porozitetin e metalit ose për të prodhuar struktura mezo-poroze.
- E fundit, por jo më pak e rëndësishme, ultratingulli i fuqisë përmirëson cilësinë e akteve.
Ngurtësimi tejzanor i shkrirjeve të metaleve
Formimi i strukturave jo-dendritike gjatë ngurtësimit të shkrirjeve të metaleve ndikon në vetitë e materialit si forca, duktiliteti, qëndrueshmëria dhe/ose fortësia.
Bërthama e kokrrës e ndryshuar në mënyrë tejzanor: Kavitacioni akustik dhe forcat e tij prerëse intensive rrisin vendet e bërthamës dhe numrin e bërthamave në shkrirje. Trajtimi me ultratinguj i shkrirjeve rezulton në një bërthamë heterogjene dhe fragmentim të dendriteve, në mënyrë që produkti përfundimtar të tregojë një rafinim dukshëm më të lartë të kokrrave.
Kavitacioni tejzanor shkakton njomjen e njëtrajtshme të papastërtive jometalike në shkrirje. Ato papastërti kthehen në vende bërthamore, të cilat janë pikat fillestare të ngurtësimit. Për shkak se ato pika bërthamore janë përpara frontit të ngurtësimit, rritja e strukturave dendritike nuk ndodh.
Makrostruktura e lidhjes Ti pas trajtimit me ultratinguj. Ultrasonication rezulton në një strukturë të rafinuar në mënyrë të konsiderueshme kokërr.
Dr. Andreeva-Bäumler, Universiteti i Bayreuth-it, po punon me aparatin ultrasonik UIP1000hdT në nano-strukturimin e metaleve.
Efektet tejzanor në fortësinë e aliazhit Vicker: Ultratingulli përmirëson mikrofortësinë e Vickers në metal
(studim dhe grafik: ©Ruirun et al., 2017)
Fragmentimi i dendritit: Shkrirja e dendriteve zakonisht fillon në rrënjë për shkak të rritjes së temperaturës lokale dhe ndarjes. Sonication gjeneron konvekcion të fortë (transferim të nxehtësisë me lëvizje masive të një lëngu) dhe valë goditëse në shkrirje, në mënyrë që dendritet të fragmentohen. Konvekcioni mund të nxisë fragmentimin e dendriteve për shkak të temperaturave ekstreme lokale, si dhe ndryshimeve të përbërjes dhe nxit difuzionin e substancës së tretur. Valët goditëse të kavitacionit ndihmojnë në thyerjen e atyre rrënjëve që shkrihen.
Degazimi tejzanor i lidhjeve metalike
Degazimi është një tjetër efekt i rëndësishëm i ultrasonikëve të fuqisë në metalet dhe lidhjet e lëngëta dhe gjysmë të ngurta. Kavitacioni akustik krijon cikle alternative të presionit të ulët / presionit të lartë. Gjatë cikleve të presionit të ulët, flluska të vogla vakumi shfaqen në lëng ose llum. Këto flluska vakumi veprojnë si bërthama për formimin e flluskave të hidrogjenit dhe avullit. Për shkak të formimit të flluskave më të mëdha të hidrogjenit, flluskat e gazit ngrihen. Rrjedha akustike dhe rrjedhja ndihmojnë notimin e këtyre flluskave në sipërfaqe dhe jashtë shkrirjes, në mënyrë që gazi të mund të hiqet dhe përqendrimi i gazit në shkrirje të reduktohet.
Degazimi tejzanor redukton porozitetin e metalit duke arritur në këtë mënyrë një densitet më të lartë materiali në produktin përfundimtar të metalit/aliazhit.
Degazifikimi tejzanor i lidhjeve të aluminit rrit forcën maksimale në tërheqje dhe duktilitetin e materialit. Sistemet e ultrazërit të fuqisë industriale llogariten si më të mirat në mesin e metodave të tjera komerciale të degazimit në lidhje me efektivitetin dhe kohën e përpunimit. Për më tepër, procesi i mbushjes së mykut është përmirësuar për shkak të viskozitetit më të ulët të shkrirjes.
Vetitë kompresive të Ti44Al6Nb1Cr2V nën kohë të ndryshme sonikimi. Sonication përmirëson ndjeshëm forcën në shtypje.
(studim dhe grafik: ©Ruirun et al., 2017)
Sonotrode qeramike BS4D22L3C është një sonotrode speciale e përshtatshme për sonikimin e lëngjeve me temperaturë të lartë si alumini i shkrirë (p.sh. për përzierjen dhe degazimin).
Efekti sonokapilar gjatë filtrimit
Efekti kapilar tejzanor në metalet e lëngëta është efekti shtytës për të hequr përfshirjet e oksideve gjatë filtrimit të shkrirjeve me ndihmën e ultrazërit. (Eskin et al. 2014: 120 eff.)
Filtrimi përdoret për të hequr papastërtitë jometalike nga shkrirja. Gjatë filtrimit, shkrirja kalon rrjeta të ndryshme (p.sh. fibra xhami) për të ndarë përfshirjet e padëshiruara. Sa më e vogël të jetë madhësia e rrjetës, aq më i mirë është rezultati i filtrimit.
Në kushte të zakonshme, shkrirja nuk mund të kalojë një filtër me dy shtresa me një madhësi pore shumë të ngushtë prej 0,4-0,4 mm. Megjithatë, nën filtrimin e asistuar me ultratinguj, shkrirja mundësohet të kalojë poret e rrjetës për shkak të efektit sonokapilar. Në këtë rast, kapilarët e filtrit mbajnë edhe papastërti jometalike prej 1-10μm. Për shkak të pastërtisë së shtuar të aliazhit, shmanget formimi i poreve të hidrogjenit në okside, në mënyrë që forca e lodhjes së lidhjes të rritet.
Eskin et al. (2014: 120ff.) ka treguar se filtrimi tejzanor bën të mundur pastrimin e lidhjeve të aluminit AA2024, AA7055 dhe AA7075 duke përdorur filtra me fibra xhami me shumë shtresa (deri në 9 shtresa) me 0.6×0Poret rrjetë .6mm. Kur procesi i filtrimit me ultratinguj kombinohet me shtimin e inokulantëve, arrihet një rafinim i njëkohshëm i kokrrave.
Përforcimi tejzanor i lidhjeve të metaleve
Ultratingulli është vërtetuar të jetë shumë efektiv në shpërndarjen e grimcave nano në mënyrë uniforme në slurries. Prandaj, dispersuesit tejzanor janë pajisja më e zakonshme për të prodhuar kompozita të përforcuara nano.
Nano grimcat (p.sh. Al2O3/SiC, CNTs) përdoren si material përforcues. Grimcat nano shtohen në aliazhin e shkrirë dhe shpërndahen me ultratinguj. Kavitacioni akustik dhe rrjedhja përmirëson deaglomerimin dhe lagshmërinë e grimcave, duke rezultuar në një forcë të përmirësuar tërheqëse, forcë rendimenti dhe zgjatje.
Pajisje tejzanor për aplikime të rënda
Aplikimi i ultrazërit të fuqisë në metalurgji kërkon sisteme ultrasonike të fuqishme dhe të besueshme, të cilat mund të instalohen në mjedise kërkuese. Hielscher Ultrasonics furnizon pajisje tejzanor të shkallës industriale për instalime në aplikime të rënda dhe mjedise të ashpra. Të gjithë ultrasonikët tanë janë ndërtuar për funksionim 24/7. Sistemet tejzanor të fuqisë së lartë Hielscher shoqërohen me qëndrueshmëri, besueshmëri dhe kontrollueshmëri të saktë.
Proceset kërkuese – të tilla si rafinimi i shkrirjeve të metaleve – kërkojnë aftësinë e sonikimit intensiv. Procesorët industrialë ultrasonikë Hielscher Ultrasonics ofrojnë amplituda shumë të larta. Amplituda deri në 200µm mund të ekzekutohen lehtësisht vazhdimisht në funksionim 24/7. Për amplituda edhe më të larta, ofrohen sonotrode tejzanor të personalizuara.
Për sonikimin e temperaturave shumë të larta të lëngjeve dhe shkrirjes, Hielscher ofron sonotrode të ndryshme dhe aksesorë të personalizuar për të siguruar rezultate optimale të përpunimit.
Tabela e mëposhtme ju jep një tregues të kapacitetit të përafërt të përpunimit të ultrasonikëve tanë:
| Vëllimi i grupit | Shkalla e rrjedhjes | Pajisjet e rekomanduara |
|---|---|---|
| 10 deri në 2000 ml | 20 deri në 400 ml/min | UP200Ht, UP400 St |
| 0.1 deri në 20L | 0.2 deri në 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 deri në 100 litra | 2 deri në 10 l/min | UIP4000 |
| na | 10 deri në 100 l/min | UIP16000 |
| na | më të mëdha | grumbull i UIP16000 |
Na kontaktoni! / Na pyesni!
Literatura/Referencat
- 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.
Fakte që ia vlen të dihen
Ultratinguj me fuqi dhe kavitacion
Kur valët tejzanor me intensitet të lartë bashkohen në lëngje ose slurries, fenomeni i kavitacion ndodh.
Ekografia me fuqi të lartë dhe me frekuencë të ulët shkakton formimin e flluskave të kavitacionit në lëngje dhe slurra në mënyrë të kontrolluar. Valët intensive të ultrazërit gjenerojnë cikle alternative të presionit të ulët / presionit të lartë në lëng. Këto ndryshime të shpejta të presionit krijojnë zbrazëti, të ashtuquajturat flluska të kavitacionit. Flluskat e kavitacionit të induktuara në mënyrë tejzanor mund të konsiderohen si mikroreaktorë kimikë që ofrojnë temperatura dhe presione të larta në shkallë mikroskopike, ku ndodh formimi i specieve aktive si radikalet e lira nga molekulat e tretura. Në kontekstin e kimisë së materialit, kavitacioni tejzanor ka potencialin unik të katalizimit lokal të reaksioneve të temperaturës së lartë (deri në 5000 K) dhe presionit të lartë (500 atm), ndërsa sistemi mbetet makroskopikisht afër temperaturës së dhomës dhe presionit të ambientit. (krh. Skorb, Andreeva 2013)
Trajtimet me ultratinguj bazohen kryesisht në efektet kavitacionale. Për metalurgjinë, sonikimi është një teknikë shumë e dobishme për të përmirësuar derdhjen e metaleve dhe lidhjeve.
Përveç trajtimit të shkrirjeve të metaleve, sonikimi përdoret gjithashtu për të krijuar nanostruktura dhe nano-modele të ngjashme me sfungjerin në sipërfaqe të ngurta metalike si titani dhe lidhjet. Këto pjesë të titanit dhe aliazheve me nanostrukturë ultrasonike tregojnë kapacitet të madh si implante me shtim të zgjeruar të qelizave osteogjene. Lexoni më shumë rreth nano-strukturimit tejzanor të implanteve titani!