Ультразвуковое распыление металлов и сплавов
Известно, что жидкость на границе с газовой фазой под действием мощных акустических колебаний может диспергировать в виде весьма малых капель. В связи с большим интересом, проявляемым в последнее время в порошковой и гранульной металлургии к структуре, плотности и однородности гранулометрического состава, ультразвуковые методы распыления и гранулирования жидких металлов и сплавов начинают привлекать внимание исследователей.Распыление (гранулирование) расплава можно вести с подводом ультразвуковой энергии через жидкий металл и через газовую фазу. В первом случае выгоднее распылять, металл в тонком слое, однако при этом падает производительность распыления. Во втором случае диспергируют струю расплава с помощью трубчатых пневмоакустических преобразователей ультразвука.
При распылении в тонком слое (рисунок 3.6) чаще всего применяют изгибно колеблющиеся излучатели с амплитудой колебаний выше порога возникновения в жидкости кавитации. Считают, что процесс образования капель можно связать с одним из перечисленных ниже механизмов.
1. Разрушение резонансных парогазовых пузырьков, пульсирующих вблизи поверхности жидкости.
2. Воздействие ударных волн, образующихся в результате захлопывания кавитационных полостей у поверхности раздела жидкость — газ.
3. Отрыв капелек жидкости от гребней стоячих капиллярных волн конечной амплитуды на поверхности слоя жидкости.
По-видимому, оценить количественно вклад каждого из предложенных механизмов довольно трудно, и все они происходят одновременно. Тем не менее некоторые исследователи (О. К. Экнадиосянц [29] и др.) считают, что в основе диспергирования расплава лежат кавитационно-волновые явления, вследствие которых на поверхности расплава образуются капиллярные волны, а в толще расплава возникают и развиваются активные кавитационные процессы.
Интенсивность распыления в значительной мере зависит от толщины слоя расплава, она максимальна при h<<λ/2. Например, для расплава алюминия, воды и масла 0,4 ≤ h ≤ 3,2 мм.
1 — расплав; 2 — излучатель изгибных колебаний; 3 — волновод; 4 — преобразователь
Рисунок 3.6 – Принципиальная схема ультразвукового распыления металлических расплавов в тонком слое
К физико-химическим методам относят: восстановление оксидов металлов газами или твердыми восстановителями, электролитическое осаждение из водных растворов или расплавленных сред, термическую диссоциацию карбонилов, конденсацию металлических паров и др.
Наиболее распространенным методом измельчения материалов валяется метод восстановления соответствующих оксидов как металлов, так и различных соединений. Полученные порошки содержат в своем составе примеси, представляющие собой в основном недовосстановленные оксиды, и обладают также несовершенном структурой.
В последнее время широкое практическое применение находит метод изготовления порошков металлов и сплавов распылением соответствующих расплавов.
Ультразвуковой метол диспергирования позволяет получать высокодисперсные порошки, однородные по составу без посторонних примесей, требуемой формы и др. Для изготовления изделий высокой плотности используют полученные в ультразвуковом поле тонкодисперсные активные порошки, размер частиц которых составляет 0,1 – 2,0 мкм.
