Principe et introduction de l'atomisation ultrasonique des métaux

La technologie d’atomisation par ultrasons est une méthode efficace et peu coûteuse pour produire de fines poudres métalliques. Les poudres produites à l’aide de cette méthode ont une bonne sphéricité, une taille de particule contrôlable et une distribution granulométrique étroite, ce qui en fait une technologie prometteuse dans l’industrie des poudres métalliques. L'atomisation ultrasonique des métaux est l'une des applications de la technologie d'atomisation ultrasonique et ses principes sont similaires à ceux de l'atomisation ultrasonique.

L'atomisation ultrasonique des métaux implique le processus de conversion du métal fondu (liquide) en fines gouttelettes de brouillard en phase gazeuse. Des vibrations ultrasonores à haute fréquence sont appliquées à la surface du métal en fusion, provoquant la séparation et la rupture des gouttelettes de la surface en raison des pics des ondes ultrasonores. À mesure que la fréquence des ultrasons augmente progressivement, les gouttelettes atomisées deviennent plus fines. Grâce à l'action continue des vibrations ultrasoniques, des gouttelettes extrêmement fines peuvent être obtenues.

Formes d’atomisation ultrasonique des métaux

L'atomisation ultrasonique des métaux est le processus consistant à utiliser des vibrations ultrasonores à haute fréquence pour générer de fines gouttelettes de brouillard de métal fondu en phase gazeuse, qui se solidifient ensuite en poudre métallique après refroidissement.

La première forme implique un contact direct ou indirect entre le métal en fusion et la tête d'atomisation ultrasonique. Les ondes électromagnétiques haute fréquence générées par le générateur sont converties et amplifiées par le transducteur ultrasonique et le modulateur d'amplitude, transférant finalement les vibrations haute fréquence au flux de métal en fusion. Le métal en fusion est atomisé sous les vibrations haute fréquence des ultrasons.

La deuxième forme consiste à concentrer l’énergie générée par les vibrations ultrasonores à haute fréquence dans un petit espace et à utiliser directement les ultrasons pour atomiser le métal en fusion.

La troisième forme combine l'atomisation par ultrasons avec les techniques d'atomisation traditionnelles pour créer une nouvelle technologie d'atomisation hybride.

Mécanisme d'atomisation ultrasonique

Il existe deux explications au mécanisme d’atomisation ultrasonique : la théorie des ondes de tension superficielle et la théorie des ondes de microchoc. Un point de vue de compromis suggère que les deux théories jouent un rôle dans l’atomisation ultrasonique.

Théorie des ondes de tension superficielle

Sous l'action des ondes de tension superficielle, lorsque l'amplitude du liquide vibrant atteint une certaine valeur, des gouttelettes s'envolent du pic de l'onde et forment un brouillard. Les ondes de tension superficielle génèrent des gouttelettes au niveau des pics d'ondes, et la taille des gouttelettes est proportionnelle à la longueur d'onde des ondes de tension superficielle. Sous l'influence des ondes de tension superficielle, le métal liquide est atomisé depuis la surface par la fréquence ultrasonore et la surface vibrante des gouttelettes. Lors de l'atomisation de gaz par ultrasons, le flux de métal fondu est impacté et fragmenté par de multiples impulsions de gaz à grande vitesse.

Théorie des ondes de microchoc

La théorie des ondes de microchoc suggère que l’atomisation par ultrasons est liée à la cavitation, qui fait référence à la génération d’un grand nombre de bulles lorsque les vibrations ultrasonores à haute fréquence agissent sur le métal en fusion. Ces bulles grandissent et s’effondrent continuellement. Lors de la fermeture des bulles, la vibration agissant sur le liquide se transforme en travail effectué sur les bulles. Lorsque les bulles s’effondrent, une partie de leur énergie est convertie en rayonnement thermique et lumineux, et l’énergie restante produit un rayonnement d’ondes de microchoc. Cette théorie suggère que la cavitation provoquée par les vibrations ultrasonores à haute fréquence sous la surface du liquide conduit finalement à la formation de gouttelettes.

Présentation de l'équipement

Générateur d'ultrasons

Le générateur d'ultrasons convertit le 220 V CA en oscillations électriques haute fréquence pour fournir suffisamment d'énergie électrique pour l'ensemble de l'équipement d'atomisation.

Transducteur à ultrasons

Le type le plus courant est un transducteur céramique piézoélectrique de type sandwich. Sa fonction est de convertir les signaux d'oscillation électrique à haute fréquence en vibrations mécaniques, convertissant ainsi l'énergie électrique en vibrations à haute fréquence.

Modulateur d'amplitude

Le modulateur d'amplitude des ultrasons, également connu sous le nom de concentrateur d'ultrasons, amplifie le déplacement et la vitesse de la vibration mécanique, concentrant l'énergie des ultrasons dans une zone plus petite.

Tête d'atomisation

La tête d'atomisation à ultrasons est le composant qui entre directement en contact avec le matériau et est généralement constituée d'un alliage. Le point de fusion du métal atomisé est limité par le matériau de la tête d'atomisation, ce qui rend cette méthode plus adaptée à la préparation de métaux et d'alliages à point de fusion moyen à bas. Le transducteur et le modulateur d'amplitude transmettent des vibrations haute fréquence à la tête d'atomisation, qui agit sur le métal en fusion, transformant le métal en fusion en fines particules ou en poudre.

Processus d'atomisation

L'atomisation de métal par ultrasons est le processus consistant à utiliser des vibrations ultrasoniques à grande vitesse pour impacter et atomiser des flux de métal ou d'alliage en fusion, produisant finalement une poudre métallique fine. L'atomisation ultrasonique du métal implique que le générateur convertisse le courant alternatif en ondes électromagnétiques haute fréquence, qui sont ensuite converties en vibrations haute fréquence par le transducteur ultrasonique. Les vibrations amplifiées sont finalement transmises à la tête d'outil (tête d'atomisation) à l'aide du modulateur d'amplitude. Lorsque la tête d'atomisation à ultrasons agit sur le métal fondu, le métal fondu se propage dans un film liquide sous les vibrations à haute fréquence. Lorsque l'amplitude ultrasonique atteint un certain niveau, le métal en fusion se brise et les gouttelettes fragmentées s'envolent de la surface vibrante, formant un brouillard.

Le processus d’atomisation des métaux par ultrasons peut être grossièrement divisé en deux étapes : la fragmentation et la condensation. La première étape consiste à décomposer le métal ou l’alliage chauffé et fondu, entraînant la production de gouttelettes métalliques et affectant la taille de la poudre métallique finale. La deuxième étape de condensation détermine la formation des particules métalliques finales, influençant directement la forme de la poudre métallique, et implique principalement la conduction thermique.