Principiul și introducerea atomizării metalelor cu ultrasunete

Tehnologia de atomizare cu ultrasunete este o metodă eficientă și ieftină pentru producerea de pulberi metalice fine. Pulberile produse prin această metodă au o sfericitate bună, o dimensiune controlabilă a particulelor și o distribuție îngustă a dimensiunilor, ceea ce o face o tehnologie promițătoare în industria pulberilor metalice. Atomizarea metalelor cu ultrasunete este una dintre aplicațiile tehnologiei de atomizare cu ultrasunete, iar principiile sale sunt similare cu cele ale atomizării cu ultrasunete.

Atomizarea metalelor cu ultrasunete implică procesul de transformare a metalului topit (lichid) în picături fine de ceață într-o fază gazoasă. Vibrațiile cu ultrasunete de înaltă frecvență sunt aplicate pe suprafața metalului topit, determinând separarea și spargerea picăturilor de pe suprafață din cauza vârfurilor undelor ultrasonice. Pe măsură ce frecvența ultrasunetelor crește treptat, picăturile atomizate devin mai fine. Cu acțiunea continuă a vibrațiilor ultrasonice se pot obține picături extrem de fine.

Forme de atomizare cu ultrasunete a metalelor

Atomizarea metalelor cu ultrasunete este procesul de utilizare a vibrațiilor cu ultrasunete de înaltă frecvență pentru a genera picături fine de ceață din metalul topit într-o fază gazoasă, care apoi se solidifică în pulbere de metal după răcire.

Prima formă implică contact direct sau indirect între metalul topit și capul de atomizare cu ultrasunete. Undele electromagnetice de înaltă frecvență generate de generator sunt convertite și amplificate de traductorul ultrasonic și modulatorul de amplitudine, transferând în cele din urmă vibrațiile de înaltă frecvență în fluxul de metal topit. Metalul topit este atomizat sub vibrațiile de înaltă frecvență ale ultrasunetelor.

A doua formă presupune concentrarea energiei generate de vibrațiile ultrasunete de înaltă frecvență într-un spațiu mic și utilizarea directă a ultrasunetelor pentru a atomiza metalul topit.

A treia formă combină atomizarea cu ultrasunete cu tehnicile tradiționale de atomizare pentru a crea o nouă tehnologie de atomizare hibridă.

Mecanism de atomizare cu ultrasunete

Există două explicații pentru mecanismul atomizării cu ultrasunete: teoria undelor de tensiune superficială și teoria undelor de microșoc. Un punct de vedere de compromis sugerează că ambele teorii joacă un rol în atomizarea ultrasonică.

Teoria undelor de tensiune de suprafață

Sub acțiunea undelor de tensiune de suprafață, când amplitudinea lichidului vibrant atinge o anumită valoare, picăturile zboară din vârful undei și formează o ceață. Undele de tensiune de suprafață generează picături la vârfurile undei, iar dimensiunea picăturilor este proporțională cu lungimea de undă a undelor de tensiune de suprafață. Sub influența undelor de tensiune superficială, metalul lichid este atomizat de la suprafață de frecvența ultrasonică și de suprafața vibrantă a picăturilor. În atomizarea cu ultrasunete a gazului, fluxul de metal topit este afectat și fragmentat de multiple impulsuri de gaz de mare viteză.

Teoria undelor de microșoc

Teoria undelor de microșoc sugerează că atomizarea cu ultrasunete este legată de cavitație, care se referă la generarea unui număr mare de bule atunci când vibrațiile ultrasunetelor de înaltă frecvență acționează asupra metalului topit. Aceste bule cresc și se prăbușesc continuu. În timpul închiderii bulelor, vibrația care acționează asupra lichidului se transformă în muncă efectuată asupra bulelor. Când bulele se prăbușesc, o parte din energia lor este convertită în radiații de căldură și lumină, iar energia rămasă produce radiații cu unde de microșoc. Această teorie sugerează că cavitația cauzată de vibrațiile ultrasunetelor de înaltă frecvență sub suprafața lichidului duce în cele din urmă la formarea de picături.

Introducere echipamente

Generator cu ultrasunete

Generatorul de ultrasunete convertește 220V AC în oscilații electrice de înaltă frecvență pentru a furniza suficientă energie electrică pentru întregul echipament de atomizare.

Traductor cu ultrasunete

Cel mai comun tip este un traductor ceramic piezoelectric de tip sandwich. Funcția sa este de a converti semnalele de oscilație electrică de înaltă frecvență în vibrații mecanice, transformând energia electrică în vibrații de înaltă frecvență.

Modulator de amplitudine

Modulatorul de amplitudine a ultrasunetelor, cunoscut și sub numele de concentrator de ultrasunete, amplifică deplasarea și viteza vibrației mecanice, concentrând energia ultrasunetelor într-o zonă mai mică.

Cap de atomizare

Capul de atomizare cu ultrasunete este componenta care intră direct în contact cu materialul și este în general realizat dintr-un aliaj. Punctul de topire al metalului atomizat este limitat de materialul capului de atomizare, făcând această metodă mai potrivită pentru prepararea metalelor și aliajelor cu punct de topire mediu până la scăzut. Traductorul și modulatorul de amplitudine transmit vibrații de înaltă frecvență către capul de atomizare, care acționează asupra metalului topit, transformând metalul topit în particule fine sau pulbere.

Procesul de atomizare

Atomizarea metalelor cu ultrasunete este procesul de utilizare a vibrațiilor ultrasonice de mare viteză pentru a impacta și atomiza fluxurile de metal topit sau de aliaj, producând în cele din urmă pulbere metalică fină. Atomizarea cu ultrasunete a metalului presupune ca generatorul să transforme AC în unde electromagnetice de înaltă frecvență, care sunt apoi convertite în vibrații de înaltă frecvență de către traductorul cu ultrasunete. Vibrațiile amplificate sunt transmise în final către capul sculei (capul de atomizare) folosind modulatorul de amplitudine. Când capul de atomizare cu ultrasunete acționează asupra metalului topit, metalul topit se răspândește într-o peliculă lichidă sub vibrațiile de înaltă frecvență. Când amplitudinea ultrasonică atinge un anumit nivel, metalul topit este spulberat, iar picăturile fragmentate zboară de pe suprafața vibrantă, formând o ceață.

Procesul de atomizare a metalului cu ultrasunete poate fi împărțit aproximativ în două etape: fragmentare și condensare. Prima etapă implică descompunerea metalului sau aliajului încălzit și topit, rezultând producerea de picături de metal și afectând dimensiunea pulberii metalice finale. A doua etapă de condensare determină formarea particulelor de metal finale, influențând direct forma pulberii metalice și implică în principal conducția căldurii.