Принцип и введение ультразвукового распыления металлов

Технология ультразвукового распыления — эффективный и недорогой метод производства мелкозернистых металлических порошков.Порошки, полученные этим методом, имеют хорошую сферичность, контролируемый размер частиц и узкий гранулометрический состав, что делает его перспективной технологией в промышленности металлических порошков.Ультразвуковое распыление металлов является одним из применений технологии ультразвукового распыления, и его принципы аналогичны принципам ультразвукового распыления.

Ультразвуковое распыление металла включает в себя процесс преобразования расплавленного металла (жидкости) в мелкие капли тумана в газовой фазе.К поверхности расплавленного металла воздействуют высокочастотные ультразвуковые колебания, в результате чего капли отделяются и отрываются от поверхности за счет пиков ультразвуковых волн.По мере постепенного увеличения частоты ультразвука распыленные капли становятся мельче.При непрерывном воздействии ультразвуковых колебаний можно получить чрезвычайно мелкие капли.

Формы ультразвукового распыления металлов

Ультразвуковое распыление металла — это процесс использования высокочастотных ультразвуковых колебаний для создания мелких капель тумана из расплавленного металла в газовой фазе, которые затем после охлаждения затвердевают в металлический порошок.

Первая форма предполагает прямой или косвенный контакт между расплавленным металлом и головкой ультразвукового распыления.Высокочастотные электромагнитные волны, генерируемые генератором, преобразуются и усиливаются ультразвуковым преобразователем и амплитудным модулятором, в конечном итоге передавая высокочастотные вибрации потоку расплавленного металла.Расплавленный металл распыляется под воздействием высокочастотных колебаний ультразвука.

Вторая форма предполагает концентрацию энергии, генерируемой высокочастотными ультразвуковыми колебаниями, в небольшом пространстве и непосредственное использование ультразвука для распыления расплавленного металла.

Третья форма сочетает ультразвуковое распыление с традиционными методами распыления для создания новой гибридной технологии распыления.

Ультразвуковой механизм распыления

Существует два объяснения механизма ультразвуковой атомизации: теория волн поверхностного натяжения и теория микроударных волн.Компромиссная точка зрения предполагает, что обе теории играют роль в ультразвуковом распылении.

Теория волн поверхностного натяжения

Под действием волн поверхностного натяжения, когда амплитуда колеблющейся жидкости достигает определенного значения, капли вылетают из вершины волны и образуют туман.Волны поверхностного натяжения генерируют капли на пиках волн, а размер капель пропорционален длине волны волн поверхностного натяжения.Под воздействием волн поверхностного натяжения жидкий металл распыляется с поверхности ультразвуковой частотой и вибрирующей поверхностью капель.При ультразвуковом распылении газа поток расплавленного металла подвергается воздействию и фрагментации несколькими высокоскоростными газовыми импульсами.

Теория микроударных волн

Теория микроударных волн предполагает, что ультразвуковое распыление связано с кавитацией, которая означает образование большого количества пузырьков при воздействии высокочастотных ультразвуковых колебаний на расплавленный металл.Эти пузыри непрерывно растут и разрушаются.При смыкании пузырьков вибрация, действующая на жидкость, преобразуется в работу, совершаемую над пузырьками.Когда пузырьки схлопываются, часть их энергии преобразуется в тепловое и световое излучение, а оставшаяся энергия производит излучение микроударных волн.Эта теория предполагает, что кавитация, вызванная высокочастотными ультразвуковыми колебаниями под поверхностью жидкости, в конечном итоге приводит к образованию капель.

Введение в оборудование

Ультразвуковой генератор

Ультразвуковой генератор преобразует переменный ток 220 В в высокочастотные электрические колебания, чтобы обеспечить достаточное количество электроэнергии для всего оборудования распыления.

Ультразвуковой датчик

Наиболее распространенным типом является пьезоэлектрический керамический преобразователь сэндвич-типа.Его функция заключается в преобразовании сигналов электрических колебаний высокой частоты в механические колебания, преобразовании электрической энергии в колебания высокой частоты.

Амплитудный модулятор

Модулятор амплитуды ультразвука, также известный как концентратор ультразвука, усиливает смещение и скорость механической вибрации, концентрируя энергию ультразвука на меньшей площади.

Распылительная головка

Головка ультразвукового распыления — это компонент, который непосредственно контактирует с материалом и обычно изготовлен из сплава.Температура плавления распыляемого металла ограничена материалом распылительной головки, что делает этот метод более подходящим для подготовки металлов и сплавов со средней и низкой температурой плавления.Преобразователь и амплитудный модулятор передают высокочастотные вибрации распылительной головке, которая воздействует на расплавленный металл, превращая расплавленный металл в мелкие частицы или порошок.

Процесс распыления

Ультразвуковое распыление металла — это процесс использования высокоскоростных ультразвуковых колебаний для воздействия и распыления потоков расплавленного металла или сплава с получением в конечном итоге мелкодисперсного металлического порошка.Ультразвуковое распыление металла включает в себя генератор, преобразующий переменный ток в высокочастотные электромагнитные волны, которые затем преобразуются в высокочастотные вибрации ультразвуковым преобразователем.Усиленные вибрации наконец передаются на головку инструмента (головку распыления) с помощью амплитудного модулятора.Когда ультразвуковая распылительная головка воздействует на расплавленный металл, расплавленный металл растекается в жидкую пленку под действием высокочастотных вибраций.Когда амплитуда ультразвука достигает определенного уровня, расплавленный металл разбивается, а осколки капель вылетают с вибрирующей поверхности, образуя туман.

Процесс ультразвукового распыления металлов можно условно разделить на две стадии: фрагментацию и конденсацию.На первом этапе происходит разрушение нагретого и расплавленного металла или сплава, что приводит к образованию капель металла и влияет на размер конечного металлического порошка.Вторая стадия конденсации определяет образование конечных металлических частиц, непосредственно влияя на форму металлического порошка и главным образом включает теплопроводность.