RU188875U1 - Ультразвуковое волноводноизлучающее устройство для гомогенизации композиционного материала в расплаве - Google Patents
Ультразвуковое волноводноизлучающее устройство для гомогенизации композиционного материала в расплаве Download PDFInfo
- Publication number
- RU188875U1 RU188875U1 RU2018140480U RU2018140480U RU188875U1 RU 188875 U1 RU188875 U1 RU 188875U1 RU 2018140480 U RU2018140480 U RU 2018140480U RU 2018140480 U RU2018140480 U RU 2018140480U RU 188875 U1 RU188875 U1 RU 188875U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- disk
- diameter
- composite material
- melt
- homogenization
- Prior art date
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 22
- 239000000155 melt Substances 0.000 title claims abstract description 8
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 title claims description 10
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 abstract description 9
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 9
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 abstract description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 9
- 239000007788 liquid Substances 0.000 abstract description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 6
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 4
- 239000000725 suspension Substances 0.000 abstract description 4
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 abstract description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 16
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 12
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 10
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 7
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 6
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 6
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 4
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 3
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 3
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 3
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000012552 review Methods 0.000 description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000951 Aluminide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001257 Nb alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000011156 metal matrix composite Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D27/00—Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting
- B22D27/02—Use of electric or magnetic effects
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F31/00—Mixers with shaking, oscillating, or vibrating mechanisms
- B01F31/80—Mixing by means of high-frequency vibrations above one kHz, e.g. ultrasonic vibrations
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Electrolytic Production Of Metals (AREA)
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Abstract
Техническое решение относится к области металлургии, а именно к получению литого композиционного материала на основе алюминия с изотропными свойствами, и может быть также использовано при изготовлении любых композиционных материалов, включающих стадию гомогенизации суспензии твердой фазы в жидкой фазе.Полезная модель - ультразвуковое устройство для гомогенизации композиционного материала в расплаве характеризуется тем, что состоит из электроакустического преобразователя, функционирующего на частоте 23-25 кГц, соединенного резьбовой шпилькой с цилиндрическим волноводом, изготовленном с расширением в виде диска на рабочем, погружаемом в жидкость торце, при этом отношение диаметра диска к диаметру волновода должно ровняться 2, отношение высоты диска к его диаметру должно быть равно 0,1, а устройство конструктивно и акустически согласовывается с нагрузкой (расплавленным алюминием) и выводиться на оптимальный режим подстройкой частоты, подаваемого на устройство сигнала.
Description
Техническое решение относится к области металлургии, а именно к получению литого композиционного материала на основе алюминия с изотропными свойствами, и может быть также использовано при изготовлении любых композиционных материалов включающих стадию гомогенизации суспензии твердой фазы в жидкой фазе.
Поставленная проблема решается использованием для гомогенизации суспензии твердых частиц в жидкой фазе ультразвукового устройства, предназначенного для введения ультразвуковых колебаний в жидкую фазу, функционирующего на частоте 23-25 кГц и состоящего из электроакустического преобразователя, цилиндрического волновода с расширением в виде диска на рабочем, погружаемом в жидкость торце, при этом отношение диаметра диска к диаметру волновода равно 2, а отношение высоты диска к его диаметру равно 0,1.
Композиционные материалы с высокой износостойкостью, высокими антифрикционными, режущими и другими свойствами, как правило, могут быть получены из несплавляемых компонентов. Одним из способов получения таких материалов является равномерное распределение твердых частиц в расплавленной матрице с последующим литьем полученной суспезии в изложницы или формы. Очевидно, что качество таких материалов зависит от равномерности распределения одной фазы в другой, поэтому при получении композиционных материалов особое внимание уделяют процессу смешивания жидкой фазы с вводимыми в нее твердыми частицами (Игнатьев И. Э. Композиционные материалы на основе алюминия, получаемые с использованием низкочастотной обработки расплавов: дис. док. техн. наук. - Пермь, 2013; Prem Shankar Sahu, R. Banchhor Fabrication methods used to prepare Al metal matrix composites- A review International Research Journal of Engineering and Technology: 03, 10, p 123, 2016; Prusov E.Modern methods of metal matrix composite alloys production and new approaches to realization of reinforcing scheme. International scientific journal "Machines. Technologies. Materials." 8. 1. P. 11, 2014).
Специально для работы при высоких температурах разработаны и применяются различные конструкции терморезистентных излучателей ультразвука (R. 
, А. 
, В. 
High temperature ultrasonic transducers: review ULTRAGARSAS (ULTRASOUND), 63, No. 2, p. 7, 2008).
Известны способы (Jordan R. M, White J., Willis Т. С, EP0295008A1, 1987; RU 2175682, 2000) обеспечивающие равномерное распределение компонентов композита, реализуемые распылением расплавленного и нагретого до 1000°С алюминия, с последующим смешиванием металлического порошка с порошкообразным кремнием, после чего композиционную смесь дегазировали в вакууме и прессовали на гидравлическом прессе. Способ длителен, сложен в реализации и связан с повышенным расходом энергии.
Известен способ, реализуемый совместным измельчением и растиранием компонентов композита (Chi-Hoon Jeon, Yong-Ha Jeong, Jeong-Jin Seo et al, Material properties of graphene/aluminum metal matrix composites fabricated by friction stir processing. International Journal of Precision Engineering and Manufacturing, 2014, 15, 6, p.1235), не обеспечивающий, однако, равномерного распределения частиц смешиваемых веществ с различными физическими свойствами, и при этом требующий повышенного расхода энергии.
Известен способ инициирования химической реакции между вводимыми в расплав веществами, в результате которой образовываются твердые частицы, изначально равномерно распределенные в матричном расплаве (Qingyou Han, Zhiwei Liu, Patent №:9222158, 2015), однако, очевидно, что метод имеет ограниченное применение, поскольку лишь определенные сочетания веществ дают при химических реакциях между ними нерастворимые в расплаве частицы с требуемыми свойствами.
Известно устройство для получения литых композиционных материалов на основе алюминия (патент РФ №2186867, 2001), для реализации которого используют тигель, вращающийся на вертикальном валу, импеллер в виде плоского диска, дозатор дисперсного материала, а матричный сплав перегревают на 100-150°С выше температуры его плавления. Устройство не обепечивает, однако, высококачественной гомогенизации, так как не стимулирует образования в жидкой фазе микропотоков с высокими градиентами скоростей, разделяющих агрегаты твердых частиц, а также требует дополнительного расхода энергии на перегрев матричной фазы.
Известен также способ изготовления композиционных материалов с алюминидом (патент РФ №2408449, 2009). Согласно этому изобретению сначала, формируют заготовку с полостью, заполняют расплавом алюминия под давлением и герметизируют, после чего обрабатывают в газостате при давлении до 200 МПа и температуре, превышающей температуру плавления алюминия, но не превышающей температуру горячей пластической деформации заготовки, и далее подвергают горячей пластической деформации. Способ многостадиен, сложен в реализации и не обеспечивает высококачественной гомогенизации.
Известен способ изготовления композиционных материалов (патент KZ23508, 2009), для реализации которого одновременно загруженные расплавленную и дисперсную фазы помещают в вакуум, перемешивают пропеллером, а после перемешивания в системе создают атмосферу нейтрального газа. Способ многостадиен, сложен в реализации и не обеспечивает высококачественной гомогенизации.
Известен способ получения литого композиционного материала на основе алюминиевого сплава (патент РФ №2353475, 2009), заключающийся в смешивании в размольно-смесительном устройстве порошков матричного компонента и дискретных керамических частиц, брикетирование смеси под давлением с последующим введением брикетов в расплав, его перемешивание и разливку. Недостатком предложенного изобретения является большой размер частиц, что не позволяет проводить обработку давлением композиционного материала, необходимость применения специализированного оборудования и сложность равномерного распределения частиц в объеме заготовки.
Для получения материалов из несплавляемых в обычных условиях компонентов известно применение ультразвука (Абрамов О.В., Воздействие мощного ультразвука на жидкие и твердые металлы. Москва. 2000, который может быть успешно использован и для получения методом литья композитных сплавов из несплавляемых материалов, за счет генерации в жидкости макро- и микропотоков, приводящих к эффективной гомогенизации среды и разделения нередко возникающих агрегатов частиц, вводимых в жидкую фазу. Известен ряд устройств и методов введения вибраций, ударных волн и/или ультразвуковых колебаний в расплавленный металл в процессе его кристаллизации (Абрамов В.О., Абрамов О.В., Артемьев В.В., и др. Мощный ультразвук в металлургии и машиностроении. М.: Янус-К, 2006.).
Известна, например, установка для получения литых композиционных материалов (патент BY 3516, 2007) в которой устройство диспергирования и устройство мехнического перемешивания совмещены и выполнены в виде куполообразного диска, который установлен на торце вертикального вала, выполненного в виде концентратора, а привод вала выполнен в виде ультразвукового преобразователя. Устройство сложно по конструкции и в эксплуатации.
Предлагаемое ультразвуковое устройство для гомогенизации композиционного материала в расплаве (Рис. 1) характеризуется тем, что состоит из электроакустического преобразователя (1), функционирующего на частоте 23-25 кГц, соединенного резьбовой шпилькой (4) с цилиндрическим волноводом (2), изготовленным с расширением в виде диска (3) на рабочем, погружаемом в жидкость торце, при этом отношение диаметра диска к диаметру волновода равно 2, а отношение высоты диска к его диаметру равно 0,1, а устройство конструктивно и акустически согласовывается с нагрузкой (расплавленным алюминием) и выводиться на оптимальный режим подстройкой частоты, подаваемого на устройство сигнала.
Например, устройство, выполненное из ниобиевого сплава Н65ВМЦ, с размерами:
- диаметр волновода, d=30 мм;
- диаметр диска, D=60 мм;
- высота диска, h=6 мм;
- высота волновода, Н=147 мм,
- эффективно функционирует в диапазоне частот 23-25 кГц.
Устройство функционирует следующим образом:
- волновод (2), устройства, изготовленный с расширением в виде диска (3) на рабочем, погружаемом в жидкость торце, погружают в гомогенизируемую среду;
- возбуждают известными способами, с помощью электроакустического преобразователя (1), соединенного резьбовой шпилькой (4) с волноводом (2), (Абрамов В.О., Абрамов О.В., Артемьев В.В., и др. Мощный ультразвук в металлургии и машиностроении. М.: Янус-К, 2006.), продольные колебания в цилиндрическом волноводе (2), которые в диске (3), на торце цилиндрического волновода, трансформируются в изгибные колебания большой (≤ 5 мкм) амплитуды, интенсивно перемешивающие расплав.
В результате функционирования устройства, в расплаве возникают интенсивные акустические макро- и микротечения с высокими градиентами скоростей, гомогенизирующие среду и разбивающие агрегаты твердых частиц, вводимых в жидкую фазу. При этом достигается высокая степень гомогенизации двухфазной системы, что является основной предпосылкой существенного повышения качества получаемого композиционного материала.
Как следует из вышеприведенного, совокупность отличительных признаков заявленного устройства обеспечивает интенсивное перемешивающее воздействие на жидкие среды.
В результате проведенного анализа уровня техники, источник, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного устройства, не обнаружен.
Для заявленного технического решения в том виде, как оно охарактеризовано в изложенной формуле устройства, нет препятствий для его реализации с получением вышеуказанного результата.
Предлагаемое устройство создает необходимое разнообразие, обеспечивая возможность оптимального выбора устройств для интенсификации ряда процессов, в том числе и интенсивного перемешмвания жидкой и твердой фазы.
Claims (1)
- Ультразвуковое устройство для гомогенизации расплава композиционного материала, содержащее электроакустический преобразователь с рабочей частотой 23-25 кГц, соединенный резьбовой шпилькой с цилиндрическим волноводом, изготовленным с расширением в виде диска на рабочем торце, отличающееся тем, что соотношение диаметра диска на рабочем торце к диаметру волновода составляет 2, а соотношение высоты диска к его диаметру составляет 0,1.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018140480U RU188875U1 (ru) | 2018-11-16 | 2018-11-16 | Ультразвуковое волноводноизлучающее устройство для гомогенизации композиционного материала в расплаве |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018140480U RU188875U1 (ru) | 2018-11-16 | 2018-11-16 | Ультразвуковое волноводноизлучающее устройство для гомогенизации композиционного материала в расплаве |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU188875U1 true RU188875U1 (ru) | 2019-04-25 |
Family
ID=66315058
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018140480U RU188875U1 (ru) | 2018-11-16 | 2018-11-16 | Ультразвуковое волноводноизлучающее устройство для гомогенизации композиционного материала в расплаве |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU188875U1 (ru) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1401072A (en) * | 1972-06-14 | 1975-07-16 | Cottel E C | Apparatus and system for the sonic agitation of liquids |
| SU1755173A2 (ru) * | 1990-03-28 | 1992-08-15 | Московский институт электронной техники | Ультразвуковой преобразователь дл контрол расплавов металлов и полупроводников |
| SU1457274A1 (ru) * | 1986-10-20 | 1994-02-28 | Институт металлургии Уральского центра АН СССР | Устройство для обработки расплава низкочастотными колебаниями |
| RU95271U1 (ru) * | 2010-01-29 | 2010-06-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Ультразвуковые ванны и диспергаторы" (ООО "УЗВД") | Ультразвуковой проточный диспергатор |
-
2018
- 2018-11-16 RU RU2018140480U patent/RU188875U1/ru active IP Right Revival
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1401072A (en) * | 1972-06-14 | 1975-07-16 | Cottel E C | Apparatus and system for the sonic agitation of liquids |
| SU1457274A1 (ru) * | 1986-10-20 | 1994-02-28 | Институт металлургии Уральского центра АН СССР | Устройство для обработки расплава низкочастотными колебаниями |
| SU1755173A2 (ru) * | 1990-03-28 | 1992-08-15 | Московский институт электронной техники | Ультразвуковой преобразователь дл контрол расплавов металлов и полупроводников |
| RU95271U1 (ru) * | 2010-01-29 | 2010-06-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Ультразвуковые ванны и диспергаторы" (ООО "УЗВД") | Ультразвуковой проточный диспергатор |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| АБРАМОВ О.В. и др. Анализ эффективности передачи ультразвуковых колебаний в нагрузку. Акустический журнал, 2009, т. 55, N6, с.832-835. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Gao et al. | Improvement of particles distribution of in-situ 5 vol% TiB2 particulates reinforced Al-4.5 Cu alloy matrix composites with ultrasonic vibration treatment | |
| Abramov et al. | Solidification of aluminium alloys under ultrasonic irradiation using water-cooled resonator | |
| Han | Ultrasonic processing of materials | |
| Gao et al. | Effects of ultrasonic vibration treatment on particles distribution of TiB2 particles reinforced aluminum composites | |
| Liu et al. | Ultrasonic cavitation-assisted molten metal processing of cast A356-nanocomposites | |
| CN105568036B (zh) | 一种高硅铝复合材料的制备方法 | |
| CN110625083B (zh) | 一种制备铝合金半固态浆料的装置及方法 | |
| Poovazhagan et al. | Preparation of SiC nano-particulates reinforced aluminum matrix nanocomposites by high intensity ultrasonic cavitation process | |
| JPH10306333A (ja) | 金属基複合材料の製造方法 | |
| Haghayeghi et al. | The effect of ultrasonic vibrations prior to high pressure die-casting of AA7075 | |
| Puga et al. | Ultrasonic grain refinement of die cast copper alloys | |
| Shi et al. | Effects of ultrasonic treatment on microstructure and mechanical properties of 6016 aluminium alloy | |
| CN111041288A (zh) | 一种高强韧、抗疲劳原位铝基复合材料及其制备方法 | |
| Eskin | Ultrasonic degassing of liquids | |
| CN109518040B (zh) | 利用超声处理连续制备Al-Ti-B晶粒细化剂的方法 | |
| RU188875U1 (ru) | Ультразвуковое волноводноизлучающее устройство для гомогенизации композиционного материала в расплаве | |
| Khalifa et al. | Microstructure characteristics and tensile property of ultrasonic treated-thixocast A356 alloy | |
| Kannan et al. | Advanced liquid state processing techniques for ex-situ discontinuous particle reinforced nanocomposites: A review | |
| Meek et al. | Ultrasonic processing of materials | |
| JP2004114152A (ja) | 固液共存状態金属材料の製造方法 | |
| RU2719820C1 (ru) | Устройство для ультразвуковой обработки расплава легких сплавов | |
| Soundararajan et al. | Investigation on A356-20wt% SiC composites through mechanical stirring and ultra-sonic-assisted cavitation | |
| Lü et al. | Ultrasonic vibration and rheocasting for refinement of Mg–Zn–Y alloy reinforced with LPSO structure | |
| JP2004322201A (ja) | 固液共存状態金属成形用ビレットの製造装置 | |
| Christy Roshini et al. | Ultrasonic-assisted synthesis of graphite-reinforced Al matrix nanocomposites |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20190606 |
|
| NF9K | Utility model reinstated |
Effective date: 20210324 |