Metal Eriyiklerin Ultrasonik Arıtımı
- Erimiş metal ve alaşımların Power ultrason yapılanma, gaz giderme, ve geliştirilmiş filtreleme gibi çeşitli yararlı etkiler göstermektedir.
- Ultrasonication sıvı ve yarı katı metallerde dendritik olmayan katılaşma teşvik eder.
- Sonication dendritik tahıl ve primer intermetalik partiküllerin mikro ayrıntılandırmayı önemli faydaları vardır.
- Bundan başka, ultra-ses, metal gözenekliliğini azaltmak veya mezo-gözenekli yapıların üretilmesi için kasıtlı kullanılabilir.
- Son olarak, güç ultrason döküm kalitesini artırır.
Metal Eriyiklerinin Ultrasonik Katılaştırılması
metal katılaşması sırasında olmayan dendritik yapıların oluşumu, mukavemet, süneklik, tokluk ve / veya sertlik gibi etkileri malzeme özelliklerine erir.
Ultrasonik tane çekirdeklenme değiştirilmiş: Akustik kavitasyon ve yoğun kesme kuvvetleri, çekirdeklenme bölgelerini ve eriyikteki çekirdek sayısını arttırır. Eriyiklerin ultrasonik tedavisi, heterojen bir çekirdeklenme ve dendritlerin parçalanması ile sonuçlanır, böylece nihai ürün önemli ölçüde daha yüksek bir tane arıtması gösterir.
Ultrasonik kavitasyon eriyik metalik olmayan yabancı maddelerin da ıslanmasını neden olur. Bu yabancı maddeler katılaşma başlangıç noktası çekirdeklenme, çevrilir. Bu çekirdeklenme puan önünde katılaşma cephesi olduğundan, dendritik yapıların büyüme oluşmaz.
Ultrasonik tedaviden sonra Ti alaşımının makroyapısı. Ultrasonication önemli ölçüde rafine edilmiş tahıl yapısı ile sonuçlanır.
Dr. Andreeva-Bäumler, Bayreuth Üniversitesi, ultrasonicator UIP1000hdT ile metallerin nano-yapılandırma üzerinde çalışıyor.
Alaşım Vicker sertliği üzerinde ultrasonik etkiler: Ultrasonikasyon metalde Vickers mikro sertliğini artırır
(çalışma ve grafik: ©Ruirun ve ark., 2017)
Dendrit parçalanma: Dendritlerin erimesi genellikle lokal sıcaklık artışı ve ayrışma nedeniyle kökte başlar. Sonikasyon, güçlü konveksiyon (bir sıvının kütle hareketi ile ısı transferi) ve eriyikte şok dalgaları üretir, böylece dendritler parçalanır. Konveksiyon, aşırı yerel sıcaklıkların yanı sıra bileşim varyasyonları nedeniyle dendrit parçalanmasını teşvik edebilir ve çözünen maddenin difüzyonunu teşvik edebilir. Kavitasyon şok dalgaları, eriyen köklerin kırılmasına yardımcı olur.
Metalik Alaşımların Ultrasonik Gaz Giderme
Gaz giderme Sıvı ve yarı-katı metaller ve alaşımlar üzerinde güç ultrasonik bir başka önemli etkisidir. Akustik kavitasyon düşük basınçlı / yüksek basınç döngülerde oluşturur. Düşük basınç çevrimleri sırasında, küçük bir vakum kabarcıkları sıvı ya da harç olarak ortaya çıkar. Bu vakum kabarcıkları, hidrojen ve buhar kabarcıkları için çekirdek görevi görürler. Daha büyük hidrojen kabarcıklarının oluşumuna nedeniyle, gaz kabarcıklarının yükselerek. Gaz çıkarılabilir ve eriyik gaz konsantrasyonu azalır, böylece akustik akışı ve akış, bir yüzeye geçen ve eriyik üzerinden bu kabarcıkların yüzen yardımcı olur.
Ultrasonik gaz böylece nihai metal / metal ürün içinde daha yüksek bir malzeme yoğunluğu elde metal gözenekliliğini azaltır.
alüminyum alaşımları ultrasonik gaz giderme malzemenin nihai çekme mukavemeti ve süneklik yükseltmek. Endüstriyel güç ultrason sistemleri etkinlik ve işlem süresi ile ilgili diğer ticari gaz giderme yöntemleri arasında en iyi olarak saymak. Ayrıca, kalıp doldurma işlemi, eriyiğin daha düşük viskoziteye bağlı olarak geliştirilir.
Çeşitli sonikasyon süreleri altında Ti44Al6Nb1Cr2V'nin basınç özellikleri. Sonication basınç dayanımını önemli ölçüde artırır.
(çalışma ve grafik: ©Ruirun ve ark., 2017)
Seramik sonotrode BS4D22L3C, erimiş alüminyum gibi yüksek sıcaklıktaki sıvıları sonikleştirmek için uygun özel bir sonotrodedir (örneğin karıştırma ve gazdan arındırma için).
Filtrasyon sırasında Sonocapillary Etkisi
Sıvı metallerdeki ultrasonik kılcal etki, eriyiklerin ultrasonik destekli filtrasyonu sırasında oksit kapanımlarını gidermek için itici etkidir. (Eskin ve ark. 2014: 120ff.)
Filtrasyon eriyikten metalik olmayan safsızlıkları uzaklaştırmak için kullanılır. Filtreleme sırasında, eriyik istenmeyen içeriklerin ayırmak için çeşitli kafes (örneğin, cam elyafı) geçer. ağ boyutu daha küçük, daha iyi filtreleme sonucudur.
genel koşulları altında, erimiş kitle 0,4-0,4mm çok dar bir gözenek büyüklüğüne sahip bir iki tabakalı bir filtre geçemez. Ancak, ultrasonik destekli filtrasyon altında eriyik nedeniyle sonocapillary etkisine örgü gözenekleri geçmek etkindir. Bu durumda, filtre kapilerler 1-10 um, hatta metal olmayan yabancı maddeleri muhafaza eder. alaşımın yorgunluğu direnci artar ve bunun sonucunda alaşımın gelişmiş saflık, oksitler hidrojen gözeneklerin oluşumu önlenmektedir.
Eskin ve diğ. (2014:. 120ff) ultrasonik filtrasyon, AA7055 ve AA7075 çok katmanlı cam elyafı filtreler kullanılarak mümkün alaşımlar AA2024 saflaştırmak için yapar göstermiştir 0.6 ile (en fazla 9 katmanları ile)×0.6mm gözenekleri örgü. Ultrasonik filtrasyon işlemi aşıların yanı sıra ile kombine edildiğinde, bir eş zamanlı tanecik ıslahı elde edilir.
Metal Alaşımlarının Ultrasonik Takviyesi
Ultrasonikasyon eşit şerbet oluşturmak üzere nano-partiküller dağıtıcı üzerinde son derece etkili olduğu kanıtlanmıştır. Bu nedenle, ultrasonik dağıtıcılar nano-takviyeli kompozit malzemelerin üretilmesi için en yaygın ekipmanlardır.
Nano partiküller (örneğin, AI2O3/ SiC CNT) takviye malzemesi olarak kullanılır. Nano parçacıklar erimiş alaşımın ilave edildi ve ultrasonik dağılmıştır. Akustik kavitasyon ve akış mukavemeti ve uzama, verim geliştirilmiş bir gerilme mukavemeti elde parçacıkların dağılmasının ve ıslanabilirliği arttırır.
Ağır Hizmet Uygulamaları için Ultrasonik Ekipmanları
Metalurjide güç ultrasonunun uygulanması, zorlu ortamlarda kurulabilen sağlam, güvenilir ultrasonik sistemler gerektirir. Hielscher Ultrasonics, ağır hizmet uygulamalarında ve zorlu ortamlarda kurulumlar için endüstriyel sınıf ultrasonik ekipman sağlar. Tüm ultrasonicators 24/7 çalışma için inşa edilmiştir. Hielscher yüksek güçlü ultrasonik sistemler sağlamlık, güvenilirlik ve hassas kontrol edilebilirlik ile eşleştirilmiştir.
zorlu süreçler – Bu tür metal eriyiklerin rafine etme gibi – yoğun sonikasyon yeteneği gerektirir. Hielscher Ultrasonics endüstriyel ultrasonik işlemciler çok yüksek genlikler sunar. 200μm'ye kadar genlikler 7/24 çalışmada kolayca sürekli olarak çalıştırılabilir. Daha yüksek genlikler için, özelleştirilmiş ultrasonik sonotrodlar mevcuttur.
sıcaklıklar çok yüksek sıvı sonication için ve erimeye, Hielscher optimum işleme sonuçları sağlamak için çeşitli sonotrodun ve özelleştirilmiş Accessoires sunmaktadır.
Aşağıdaki tablo size bizim ultrasonicators yaklaşık işleme kapasitesinin bir göstergesidir:
| Numune Hacmi | Akış Oranı | Önerilen Cihaz |
|---|---|---|
| 10 - 2000mL | 20 - 400mL/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. | daha büyük | grubu UIP16000 |
Bizimle iletişime geçin! / Bize sor!
Edebiyat referansları
- 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.
Bilinmesi Gereken Gerçekler
Güç Ultrason ve Kavitasyon
yüksek yoğun ultrasonik dalgalar sıvı ya da bulamaçlar, olgusuna içine bağlanmış zaman kavitasyon oluşur.
Yüksek güç, düşük frekanslı ultrason sıvılar ve bulamaçlar içinde kavitasyon kabarcıkları kontrollü bir şekilde oluşmasına neden olur. Yoğun ultrason dalgaları sıvı içinde alternatif düşük basınç / yüksek basınç döngüleri oluşturur. Basınçtaki bu hızlı değişiklikler, kavitasyon kabarcığı olarak adlandırılan boşluklar oluşturur. Ultrasonik indüklenmiş kavitasyon kabarcıkları, mikroskobik ölçekte yüksek sıcaklık ve basınç sağlayan kimyasal mikroreaktörler olarak düşünülebilir, burada çözünmüş moleküllerden serbest radikaller gibi aktif türlerin oluşumu meydana gelir. Malzeme kimyası bağlamında, ultrasonik kavitasyon, yüksek sıcaklık (5000 K'ye kadar) ve yüksek basınçlı (500atm) reaksiyonları lokal olarak katalize etme potansiyeline sahiptir, sistem ise oda sıcaklığına ve çevre basıncına yakın makroskobik olarak kalmaktadır. (bkz. Skorb, Andreeva 2013)
Ultrasonik tedaviler esas olarak kavitasyonel etkilere dayanmaktadır. Metalurji için, sonikasyon metallerin ve alaşımların dökümünü geliştirmek için oldukça avantajlı bir tekniktir.
Metal eriyiklerinin işlenmesinin yanı sıra, sonikasyon ayrıca titanyum ve alaşımlar gibi katı metal yüzeylerde sünger benzeri nanoyapılar ve nano desenler oluşturmak için de kullanılır. Bu ultrasonik nanoyapılı titanyum ve alaşımlı parçalar, gelişmiş osteojenik hücre proliferasyonu ile implantlar olarak büyük kapasite gösterir. Titanyum implantların ultrasonik nano yapılanması hakkında daha fazla bilgi edinin!