Ултразвучно пречишћавање металних талина

• Снажни ултразвук у растопљеним металима и легурама показује различите корисне ефекте као што су структурирање, дегазација и побољшана филтрација.
• Ултразвучна обрада промовише недендритско очвршћавање у течним и получврстим металима.
• Соникација има значајне предности у микроструктурном рафинирању дендритских зрнаца и примарних интерметалних честица.
• Штавише, моћни ултразвук се може наменски користити за смањење порозности метала или за производњу мезопорозних структура.
• На крају, али не и најмање важно, ултразвук снаге побољшава квалитет одливака.

Ултразвучно очвршћавање металних талина

Формирање не-дендритских структура током очвршћавања металних талина утиче на својства материјала као што су чврстоћа, дуктилност, жилавост и/или тврдоћа.
Ултразвучно измењена нуклеација зрна: Акустична кавитација и њене интензивне силе смицања повећавају места нуклеације и број језгара у топљењу. Ултразвучна обрада талина доводи до хетерогене нуклеације и фрагментације дендрита, тако да финални производ показује значајно већу рафинацију зрна.
Ултразвучна кавитација изазива равномерно влажење неметалних нечистоћа у топљењу. Те нечистоће се претварају у места нуклеације, која су полазне тачке очвршћавања. Пошто су те тачке нуклеације испред фронта очвршћавања, не долази до раста дендритских структура.

Макроструктура легуре Ти након ултразвучног третмана. Ултрасоницатион резултира значајно рафинираном структуром зрна.

Ултразвучни ефекти на Викерову тврдоћу легуре: Ултразвучна обрада побољшава Викерсову микротврдоћу у металу
(студија и графика: ©Руирун ет ал., 2017)

 
Фрагментација дендрита: Топљење дендрита обично почиње у корену услед локалног пораста температуре и сегрегације. Соникација генерише снажну конвекцију (пренос топлоте кретањем масе течности) и ударне таласе у топљењу, тако да се дендрити фрагментирају. Конвекција може да подстакне фрагментацију дендрита услед екстремних локалних температура, као и варијација састава и промовише дифузију растворене супстанце. Ударни таласи кавитације помажу у ломљењу тих корена који се топи.

Ултразвучно дегазирање металних легура

Дегазација је још један важан ефекат снажног ултразвука на течне и получврсте метале и легуре. Акустична кавитација ствара наизменичне циклусе ниског притиска / високог притиска. Током циклуса ниског притиска, у течности или каши настају ситни вакуумски мехурићи. Ови вакуумски мехурићи делују као језгра за формирање мехурића водоника и паре. Због стварања већих мехурића водоника, мехурићи гаса се дижу. Акустични ток и струјање помажу да се ови мехурићи испливају на површину и из растопа, тако да се гас може уклонити и концентрација гаса у топљењу је смањена.
Ултразвучно дегазирање смањује порозност метала, чиме се постиже већа густина материјала у финалном производу метала/легуре.
Ултразвучна дегасификација алуминијумских легура подиже крајњу затезну чврстоћу и дуктилност материјала. Индустријски ултразвучни системи се сматрају најбољим међу осталим комерцијалним методама дегазације у погледу ефикасности и времена обраде. Штавише, процес пуњења калупа је побољшан због нижег вискозитета растопа.
 

Компресијска својства Ти44Ал6Нб1Цр2В под различитим временима соникације. Соникација значајно побољшава чврстоћу на притисак.
(студија и графика: ©Руирун ет ал., 2017)

Сонокапиларни ефекат током филтрирања

Ултразвучни капиларни ефекат у течним металима је покретачки ефекат за уклањање инклузија оксида током ултразвучне филтрације растопљене масе. (Ескин ет ал. 2014: 120 и даље)
Филтрација се користи за уклањање неметалних нечистоћа из растопа. Током филтрације, растопина пролази кроз различите мреже (нпр. стаклена влакна) да би одвојила нежељене инклузије. Што је мања величина мреже, бољи је резултат филтрације.
У уобичајеним условима, талина не може да прође двослојни филтер са веома уском величином пора од 0,4-0,4мм. Међутим, под ултразвучно потпомогнутом филтрацијом, топи је омогућено да прође кроз мрежасте поре због сонокапиларног ефекта. У овом случају, капиларе филтера задржавају чак и неметалне нечистоће од 1–10 μм. Због повећане чистоће легуре избегава се стварање водоничних пора на оксидима, тако да се повећава заморна чврстоћа легуре.
Ескин и др. (2014: 120 и даље) је показао да ултразвучна филтрација омогућава пречишћавање легура алуминијума АА2024, АА7055 и АА7075 помоћу вишеслојних филтера од стаклених влакана (са до 9 слојева) са 0,6×0.6мм мрежасте поре. Када се процес ултразвучне филтрације комбинује са додатком инокуланата, постиже се истовремено пречишћавање зрна.

Ултразвучно ојачање металних легура

Доказано је да је ултразвук веома ефикасан у равномерном дисперговању нано честица у муљ. Због тога су ултразвучни дисперзатори најчешћа опрема за производњу нано-ојачаних композита.
Нано честице (нпр. Ал₂О₃/СиЦ, ЦНТс) се користе као ојачавајући материјал. Нано честице се додају у истопљену легуру и ултразвучно распршују. Акустична кавитација и струјање побољшавају деагломерацију и влажење честица, што доводи до побољшане затезне чврстоће, чврстоће течења и издужења.

Ултразвучна опрема за тешке услове рада

Примена снажног ултразвука у металургији захтева робусне, поуздане ултразвучне системе, који се могу инсталирати у захтевним окружењима. Хиелсцхер Ултрасоницс снабдева индустријску ултразвучну опрему за инсталације у тешким условима и тешким окружењима. Сви наши ултрасоникатори су направљени за рад 24/7. Хиелсцхер ултразвучни системи велике снаге су упарени са робусношћу, поузданошћу и прецизном контролом.
Захтевни процеси – као што је пречишћавање металних талина – захтевају способност интензивне соникације. Хиелсцхер Ултрасоницс индустријски ултразвучни процесори испоручују веома високе амплитуде. Амплитуде до 200 µм могу се лако радити у континуитету у раду 24/7. За још веће амплитуде, доступне су прилагођене ултразвучне сонотроде.
За ултразвучну обраду веома високих температура течности и топљења, Хиелсцхер нуди различите сонотроде и прилагођене додатке како би се осигурали оптимални резултати обраде.
Табела у наставку даје вам индикацију приближних капацитета обраде наших ултразвучних апарата: