Az ultrahangos fémporlasztás elve és bevezetése

Az ultrahangos porlasztási technológia hatékony és alacsony költségű módszer finom fémporok előállítására. Az ezzel a módszerrel előállított porok jó gömbölyűséggel, szabályozható szemcsemérettel és szűk méreteloszlással rendelkeznek, így ígéretes technológia a fémporiparban. Az ultrahangos fémporlasztás az ultrahangos porlasztási technológia egyik alkalmazása, és elvei hasonlóak az ultrahangos porlasztáséhoz.

Az ultrahangos fémporlasztás során az olvadt fémet (folyadékot) finom ködcseppekké alakítják gázfázisban. Az olvadt fém felületére nagyfrekvenciás ultrahang rezgések lépnek fel, amelyek hatására a cseppecskék az ultrahanghullámok csúcsai miatt elválnak és leszakadnak a felületről. Az ultrahang frekvenciájának fokozatos növekedésével a porlasztott cseppek finomabbá válnak. Az ultrahangos rezgések folyamatos hatásával rendkívül finom cseppek nyerhetők.

Az ultrahangos fémporlasztás formái

Az ultrahangos fémporlasztás az a folyamat, amikor nagyfrekvenciás ultrahang rezgéseket használnak finom ködcseppek létrehozására az olvadt fémből gázfázisban, amelyek aztán lehűlés után fémporrá szilárdulnak.

Az első forma közvetlen vagy közvetett érintkezést tartalmaz az olvadt fém és az ultrahangos porlasztófej között. A generátor által generált nagyfrekvenciás elektromágneses hullámokat az ultrahangos jelátalakító és amplitúdómodulátor átalakítja és felerősíti, végül a nagyfrekvenciás rezgéseket az olvadt fém áramlásába továbbítja. Az olvadt fém az ultrahang magas frekvenciájú rezgései hatására porlasztódik.

A második forma azt jelenti, hogy a nagyfrekvenciás ultrahang rezgések által generált energiát egy kis helyen koncentrálják, és az ultrahangot közvetlenül az olvadt fém porlasztására használják.

A harmadik forma kombinálja az ultrahangos porlasztást a hagyományos porlasztási technikákkal, hogy új hibrid porlasztási technológiát hozzon létre.

Ultrahangos porlasztási mechanizmus

Az ultrahangos porlasztás mechanizmusának két magyarázata van: a felületi feszültség hullámelmélete és a mikrosokkhullám elmélet. Egy kompromisszumos álláspont azt sugallja, hogy mindkét elmélet szerepet játszik az ultrahangos porlasztásban.

Felületi feszültség hullámelmélet

A felületi feszültség hullámai hatására, amikor a rezgő folyadék amplitúdója elér egy bizonyos értéket, cseppek repülnek ki a hullámcsúcsból, és ködöt képeznek. A felületi feszültség hullámai a hullámcsúcsokon cseppeket hoznak létre, és a cseppek mérete arányos a felületi feszültség hullámhosszával. A felületi feszültség hullámok hatására a folyékony fém az ultrahangfrekvenciával és a cseppek rezgő felületével porlasztja le a felületet. Az ultrahangos gázporlasztás során az olvadt fém áramlását többszörös nagy sebességű gázimpulzusok befolyásolják és széttörik.

Mikrosokkhullám elmélet

A mikrosokkhullám-elmélet azt sugallja, hogy az ultrahang-porlasztás összefüggésben áll a kavitációval, ami arra utal, hogy nagyszámú buborék keletkezik, amikor nagyfrekvenciás ultrahang rezgések hatnak az olvadt fémre. Ezek a buborékok folyamatosan nőnek és összeomlanak. A buborékok záródása során a folyadékra ható rezgés átalakul a buborékokon végzett munkává. Amikor a buborékok összeomlanak, energiájuk egy része hő- és fénysugárzássá alakul, a fennmaradó energia pedig mikrosokkhullám-sugárzást hoz létre. Ez az elmélet azt sugallja, hogy a folyadék felszíne alatti nagyfrekvenciás ultrahang rezgések által okozott kavitáció végül cseppek képződéséhez vezet.

Berendezések bemutatása

Ultrahang generátor

Az ultrahanggenerátor a 220 V AC feszültséget nagyfrekvenciás elektromos rezgésekké alakítja, hogy elegendő elektromos energiát biztosítson a teljes porlasztóberendezés számára.

Ultrahang transzducer

A leggyakoribb típus a szendvics típusú piezoelektromos kerámia átalakító. Feladata a nagyfrekvenciás elektromos oszcillációs jelek mechanikai rezgésekké alakítása, az elektromos energiát nagyfrekvenciás rezgésekké alakítva.

Amplitúdó modulátor

Az ultrahang amplitúdó modulátor, más néven ultrahang koncentrátor, felerősíti a mechanikai rezgés elmozdulását és sebességét, így az ultrahang energiáját kisebb területen koncentrálja.

Porlasztófej

Az ultrahangos porlasztófej az az alkatrész, amely közvetlenül érintkezik az anyaggal, és általában ötvözetből készül. A porlasztott fém olvadáspontját a porlasztófej anyaga korlátozza, így ez a módszer alkalmasabb közepes és alacsony olvadáspontú fémek és ötvözetek előállítására. A jelátalakító és az amplitúdómodulátor nagyfrekvenciás rezgéseket továbbít a porlasztófejnek, amely az olvadt fémre hat, finom szemcsékké vagy porrá alakítva az olvadt fémet.

Porlasztási folyamat

Az ultrahangos fémporlasztás az a folyamat, amikor nagy sebességű ultrahangos rezgéseket használnak az olvadt fém vagy ötvözet áramlásának ütköztetésére és porlasztására, végül finom fémpor előállítására. A fém ultrahangos porlasztása során a generátor a váltakozó áramot nagyfrekvenciás elektromágneses hullámokká alakítja, amelyeket azután az ultrahang átalakító nagyfrekvenciás rezgésekké alakít át. A felerősített rezgések végül az amplitúdómodulátor segítségével a szerszámfejre (porlasztófejre) kerülnek. Amikor az ultrahang porlasztófej az olvadt fémre hat, az olvadt fém a nagyfrekvenciás rezgések hatására folyékony filmréteggé terjed. Amikor az ultrahang amplitúdója elér egy bizonyos szintet, az olvadt fém összetörik, és a töredezett cseppek a rezgő felületről kirepülnek, és köd keletkezik.

Az ultrahangos fémporlasztási folyamat nagyjából két szakaszra osztható: fragmentációra és kondenzációra. Az első szakasz a felhevített és megolvasztott fém vagy ötvözet lebontását foglalja magában, ami fémcseppek képződését eredményezi, és befolyásolja a végső fémpor méretét. A kondenzáció második szakasza határozza meg a végső fémrészecskék képződését, közvetlenül befolyásolva a fémpor alakját, és főként a hővezetést foglalja magában.