การปรับแต่งอัลตราโซนิกของโลหะหลอม
- อัลตราซาวนด์พลังงานในโลหะหลอมเหลวและโลหะผสมแสดงผลที่เป็นประโยชน์หลายประการ เช่น การจัดโครงสร้าง การขจัดแก๊ส และการกรองที่ดีขึ้น
- อัลตราโซนิกส่งเสริมการแข็งตัวที่ไม่ใช่เดนไดรติกในโลหะเหลวและกึ่งแข็ง
- Sonication มีประโยชน์อย่างมากในการปรับแต่งโครงสร้างจุลภาคของเมล็ดเดนไดรติกและอนุภาคระหว่างโลหะปฐมภูมิ
- นอกจากนี้ อัลตราซาวนด์กําลังยังสามารถใช้อย่างมีจุดประสงค์เพื่อลดความพรุนของโลหะหรือเพื่อสร้างโครงสร้างที่มีรูพรุน
- สุดท้าย แต่ไม่ท้ายสุดอัลตราซาวนด์กําลังช่วยปรับปรุงคุณภาพของการหล่อ
การแข็งตัวของโลหะหลอมด้วยอัลตราโซนิก
การก่อตัวของโครงสร้างที่ไม่ใช่เดนไดรติกในระหว่างการแข็งตัวของโลหะหลอมมีผลต่อคุณสมบัติของวัสดุเช่นความแข็งแรงความเหนียวความเหนียวและ/หรือความแข็ง
นิวเคลียสของเมล็ดพืชที่เปลี่ยนแปลงด้วยอัลตราโซนิก: โพรงอากาศอะคูสติกและแรงเฉือนที่รุนแรงจะเพิ่มตําแหน่งนิวเคลียสและจํานวนนิวเคลียสในการหลอมเหลว การบําบัดด้วยอัลตราโซนิกของการหลอมเหลวส่งผลให้เกิดนิวเคลียสที่แตกต่างกันและการกระจายตัวของเดนไดรต์เพื่อให้ผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายแสดงการปรับแต่งเมล็ดพืชที่สูงขึ้นอย่างมีนัยสําคัญ
โพรงอากาศอัลตราโซนิกทําให้เกิดการเปียกของสิ่งสกปรกที่ไม่ใช่โลหะในการหลอมละลาย สิ่งสกปรกเหล่านั้นกลายเป็นจุดนิวเคลียสซึ่งเป็นจุดเริ่มต้นของการแข็งตัว เนื่องจากจุดนิวเคลียสเหล่านั้นอยู่ข้างหน้าด้านหน้าการแข็งตัวการเจริญเติบโตของโครงสร้างเดนไดรติกจึงไม่เกิดขึ้น
โครงสร้างมหภาคของโลหะผสม Ti หลังการบําบัดด้วยอัลตราโซนิก อัลตราโซนิกส่งผลให้โครงสร้างเกรนที่ผ่านการกลั่นอย่างมีนัยสําคัญ
ดร. Andreeva-Bäumler มหาวิทยาลัย Bayreuth กําลังทํางานร่วมกับเครื่องอัลตราโซนิก UIP1000hdT เกี่ยวกับโครงสร้างนาโนของโลหะ
ผลกระทบอัลตราโซนิกต่อความแข็งของโลหะผสม Vicker: Ultrasonication ช่วยเพิ่มความแข็งของไมโคร Vickers ในโลหะ
(การศึกษาและกราฟิก: ©Ruirun et al., 2017)
การกระจายตัวของเดนไดรต์: การหลอมเหลวของเดนไดรต์มักจะเริ่มต้นที่รากเนื่องจากอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นและการแยกตัวในท้องถิ่น Sonication สร้างการพาความร้อนที่แข็งแกร่ง (การถ่ายเทความร้อนโดยการเคลื่อนที่ของมวลของของเหลว) และคลื่นกระแทกในการหลอมเหลวเพื่อให้เดนไดรต์แตกแยก การพาความร้อนสามารถส่งเสริมการกระจายตัวของเดนไดรต์เนื่องจากอุณหภูมิในท้องถิ่นที่สูงเกินไปตลอดจนการเปลี่ยนแปลงขององค์ประกอบและส่งเสริมการแพร่กระจายของสารละลาย คลื่นกระแทกโพรงอากาศช่วยในการแตกหักของรากที่ละลายเหล่านั้น
อัลตราโซนิก Degassing ของโลหะผสมโลหะ
การขจัดแก๊สเป็นอีกหนึ่งผลกระทบที่สําคัญของอัลตราโซนิกพลังงานต่อโลหะและโลหะผสมที่เป็นของเหลวและกึ่งของแข็ง โพรงอากาศอะคูสติกสร้างวงจรแรงดันต่ํา / แรงดันสูงสลับกัน ในระหว่างรอบความดันต่ํา ฟองสูญญากาศขนาดเล็กจะเกิดขึ้นในของเหลวหรือสารละลาย ฟองอากาศสูญญากาศเหล่านี้ทําหน้าที่เป็นนิวเคลียสสําหรับการก่อตัวของฟองอากาศไฮโดรเจนและไอ เนื่องจากการก่อตัวของฟองอากาศไฮโดรเจนขนาดใหญ่ฟองก๊าซจึงเพิ่มขึ้น การไหลของอะคูสติกและการสตรีมช่วยในการลอยของฟองอากาศเหล่านี้ขึ้นสู่พื้นผิวและออกจากการหลอมเหลวเพื่อให้สามารถกําจัดก๊าซออกและความเข้มข้นของก๊าซในการหลอมเหลวจะลดลง
การขจัดแก๊สอัลตราโซนิกช่วยลดความพรุนของโลหะทําให้มีความหนาแน่นของวัสดุที่สูงขึ้นในผลิตภัณฑ์โลหะ / โลหะผสมขั้นสุดท้าย
การแยกก๊าซอัลตราโซนิกของโลหะผสมอลูมิเนียมช่วยเพิ่มความต้านทานแรงดึงและความเหนียวสูงสุดของวัสดุ ระบบอัลตราซาวนด์พลังงานอุตสาหกรรมนับว่าดีที่สุดในบรรดาวิธีการขจัดแก๊สเชิงพาณิชย์อื่น ๆ เกี่ยวกับประสิทธิภาพและเวลาในการประมวลผล ยิ่งไปกว่านั้นกระบวนการบรรจุแม่พิมพ์ยังดีขึ้นเนื่องจากความหนืดของหลอมเหลวลดลง
คุณสมบัติการบีบอัดของ Ti44Al6Nb1Cr2V ภายใต้เวลาการ sonication ต่างๆ Sonication ช่วยเพิ่มกําลังรับแรงอัดได้อย่างมีนัยสําคัญ
(การศึกษาและกราฟิก: ©Ruirun et al., 2017)
Ceramic sonotrode BS4D22L3C เป็น sonotrode พิเศษที่เหมาะสําหรับการ sonicate ของเหลวที่มีอุณหภูมิสูงเช่นอลูมิเนียมหลอมเหลว (เช่นสําหรับการผสมและขจัดแก๊ส)
ผล Sonocapillary ระหว่างการกรอง
ผลของเส้นเลือดฝอยอัลตราโซนิกในโลหะเหลวเป็นผลขับเคลื่อนในการขจัดสิ่งเจือปนออกไซด์ในระหว่างการกรองสารละลายด้วยอัลตราโซนิก (Eskin et al. 2014: 120ff.)
การกรองใช้เพื่อขจัดสิ่งสกปรกที่ไม่ใช่โลหะออกจากการหลอมเหลว ในระหว่างการกรอง การหลอมเหลวจะผ่านตาข่ายต่างๆ (เช่น ใยแก้ว) เพื่อแยกสิ่งเจือปนที่ไม่ต้องการ ยิ่งขนาดตาข่ายเล็กเท่าใดผลการกรองก็จะยิ่งดีขึ้นเท่านั้น
ภายใต้สภาวะทั่วไป การหลอมเหลวไม่สามารถผ่านตัวกรองสองชั้นที่มีขนาดรูพรุนแคบมากที่ 0,4-0,4 มม. อย่างไรก็ตามภายใต้การกรองด้วยคลื่นเสียงช่วยการหลอมละลายจะสามารถผ่านรูขุมขนตาข่ายได้เนื่องจากเอฟเฟกต์โซโนคาวิลาร์ลี ในกรณีนี้ เส้นเลือดฝอยตัวกรองจะคงไว้แม้กระทั่งสิ่งสกปรกที่ไม่ใช่โลหะ 1–10μm เนื่องจากความบริสุทธิ์ที่เพิ่มขึ้นของโลหะผสมจึงหลีกเลี่ยงการก่อตัวของรูพรุนไฮโดรเจนที่ออกไซด์เพื่อให้ความต้านทานความล้าของโลหะผสมเพิ่มขึ้น
Eskin et al. (2014: 120ff.) ได้แสดงให้เห็นว่าการกรองอัลตราโซนิกทําให้สามารถทําให้อลูมิเนียมอัลลอยด์ AA2024, AA7055 และ AA7075 บริสุทธิ์ได้โดยใช้ตัวกรองใยแก้วหลายชั้น (สูงสุด 9 ชั้น) ที่มี 0.6×0รูขุมขนตาข่าย .6 มม. เมื่อกระบวนการกรองอัลตราโซนิกรวมกับการเติมสารฉีดวัคซีนจะสามารถปรับแต่งเมล็ดพืชได้พร้อมกัน
การเสริมแรงอัลตราโซนิกของโลหะผสม
อัลตราโซนิกได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีประสิทธิภาพสูงในการกระจายอนุภาคนาโนอย่างสม่ําเสมอในสารละลาย ดังนั้นเครื่องกระจายอัลตราโซนิกจึงเป็นอุปกรณ์ที่ใช้กันทั่วไปในการผลิตคอมโพสิตเสริมแรงนาโน
อนุภาคนาโน (เช่น Al2O3/SiC, CNTs) ใช้เป็นวัสดุเสริมแรง อนุภาคนาโนจะถูกเติมลงในโลหะผสมหลอมเหลวและกระจายตัวด้วยอัลตราโซนิก โพรงอากาศและการไหลแบบอะคูสติกช่วยเพิ่มการแยกตัวเป็นก้อนและความสามารถในการเปียกของอนุภาคส่งผลให้มีความต้านทานแรงดึงความแข็งแรงของผลผลิตและการยืดตัวที่ดีขึ้น
อุปกรณ์อัลตราโซนิกสําหรับการใช้งานหนัก
การประยุกต์ใช้อัลตราซาวนด์พลังงานในโลหะวิทยาต้องใช้ระบบอัลตราโซนิกที่แข็งแกร่งและเชื่อถือได้ซึ่งสามารถติดตั้งได้ในสภาพแวดล้อมที่ต้องการ Hielscher Ultrasonics จัดหาอุปกรณ์อัลตราโซนิกเกรดอุตสาหกรรมสําหรับการติดตั้งในการใช้งานหนักและสภาพแวดล้อมที่สมบุกสมบัน เครื่องอัลตราโซนิกทั้งหมดของเราสร้างขึ้นสําหรับการทํางานตลอด 24 ชั่วโมงทุกวัน ระบบอัลตราโซนิกกําลังสูงของ Hielscher จับคู่กับความทนทานความน่าเชื่อถือและการควบคุมที่แม่นยํา
กระบวนการที่มีความต้องการสูง – เช่นการกลั่นโลหะหลอม – ต้องการความสามารถในการ sonication ที่เข้มข้น โปรเซสเซอร์อัลตราโซนิกอุตสาหกรรม Hielscher Ultrasonics ให้แอมพลิจูดที่สูงมาก แอมพลิจูดสูงถึง 200μm สามารถทํางานต่อเนื่องได้อย่างง่ายดายในการทํางานตลอด 24 ชั่วโมงทุกวัน สําหรับแอมพลิจูดที่สูงขึ้นมี sonotrodes อัลตราโซนิกแบบกําหนดเอง
สําหรับการ sonication ของของเหลวและอุณหภูมิหลอมเหลวที่สูงมาก Hielscher มี sonotrodes และอุปกรณ์เสริมที่กําหนดเองเพื่อให้แน่ใจว่าได้ผลลัพธ์การประมวลผลที่ดีที่สุด
ตารางด้านล่างให้ข้อบ่งชี้ถึงความสามารถในการประมวลผลโดยประมาณของเครื่องอัลตราโซนิกของเรา:
| ปริมาณแบทช์ | อัตราการไหล | อุปกรณ์ที่แนะนํา |
|---|---|---|
| 10 ถึง 2000 มล. | 20 ถึง 400 มล. / นาที | UP200 ฮิต, UP400ST |
| 0.1 ถึง 20L | 0.2 ถึง 4L / นาที | UIP2000hdt |
| 10 ถึง 100L | 2 ถึง 10L / นาที | ยูไอพี 4000 |
| ไม่ | 10 ถึง 100L / นาที | UIP16000 |
| ไม่ | ขนาด ใหญ่ | คลัสเตอร์ของ UIP16000 |
ติดต่อเรา! / ถามเรา!
วรรณกรรม/อ้างอิง
- 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.
ข้อเท็จจริงที่ควรค่าแก่การรู้
อัลตราซาวนด์ไฟฟ้าและโพรงอากาศ
เมื่อคลื่นอัลตราโซนิกที่มีความเข้มข้นสูงถูกจับคู่เป็นของเหลวหรือสารละลายปรากฏการณ์ของ โพรงอากาศ เกิด ขึ้น
อัลตราซาวนด์พลังงานสูงความถี่ต่ําทําให้เกิดฟองอากาศในของเหลวและสารละลายในลักษณะที่ควบคุมได้ คลื่นอัลตราซาวนด์ที่รุนแรงจะสร้างวงจรความดันต่ํา/แรงดันสูงสลับกันในของเหลว การเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วของความดันเหล่านี้ทําให้เกิดช่องว่างที่เรียกว่าฟองอากาศ ฟองอากาศที่เหนี่ยวนําด้วยอัลตราโซนิกถือได้ว่าเป็นเครื่องปฏิกรณ์ขนาดเล็กทางเคมีที่ให้อุณหภูมิและความดันสูงในระดับจุลทรรศน์ ซึ่งเกิดการก่อตัวของสิ่งมีชีวิตที่ใช้งานอยู่ เช่น อนุมูลอิสระจากโมเลกุลที่ละลายน้ํา ในบริบทของเคมีวัสดุโพรงอากาศอัลตราโซนิกมีศักยภาพเฉพาะตัวในการเร่งปฏิกิริยาอุณหภูมิสูง (สูงถึง 5000 K) และความดันสูง (500atm) ในขณะที่ระบบยังคงอยู่ด้วยกล้องจุลทรรศน์ใกล้กับอุณหภูมิห้องและความดันแวดล้อม (อ้างอิง Skorb, Andreeva 2013)
การรักษาด้วยอัลตราโซนิกส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับผลกระทบของโพรงอากาศ สําหรับโลหะวิทยาการ sonication เป็นเทคนิคที่ได้เปรียบอย่างมากในการปรับปรุงการหล่อโลหะและโลหะผสม
นอกจากการรักษาโลหะหลอมแล้วการโซนิเคชั่นยังใช้เพื่อสร้างโครงสร้างนาโนคล้ายฟองน้ําและลวดลายนาโนบนพื้นผิวโลหะที่เป็นของแข็งเช่นไททาเนียมและโลหะผสม ชิ้นส่วนไทเทเนียมและโลหะผสมที่มีโครงสร้างนาโนอัลตราโซนิกเหล่านี้แสดงความสามารถที่ยอดเยี่ยมในฐานะรากฟันเทียมที่มีการเพิ่มจํานวนของเซลล์ osteogenic อ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับโครงสร้างนาโนอัลตราโซนิกของรากฟันเทียมไทเทเนียม!