Nowe spojrzenie na mechanizm atomizacji ultradźwiękowej do produkcji proszków metali w produkcji addytywnej

Nowe spojrzenie na mechanizm atomizacji ultradźwiękowej do produkcji proszków metali w produkcji addytywnej

Opis i stowarzyszenie AMAZEMET

Atomizacja ultradźwiękowa wyłania się jako technologia transformacyjna do produkcji proszków metali dostosowanych do produkcji addytywnej, gdzie precyzyjna kontrola wielkości cząstek i morfologii jest najważniejsza. W niniejszym badaniu zbadano dynamikę atomizacji ultradźwiękowej za pomocą przetwornika ultradźwiękowego połączonego z płytką z włókna węglowego, atomizując wodę, glicerol i stopione czyste aluminium przy różnych amplitudach drgań. Wykorzystując szybkie optyczne i ultraszybkie synchrotronowe obrazowanie rentgenowskie, skomplikowana dynamika kawitacji, fal kapilarnych i tworzenia się kropelek została uchwycona in situ, ujawniając kluczową rolę zdarzeń kawitacyjnych w przebijaniu granic cieczy w celu wytworzenia zatomizowanej mgły.

Autorzy

Abhinav Priyadarshi ^a, Shazamin Bin Shahrani ^a, Tomasz Choma ^{b c}, Łukasz Zrodowski ^{b c}, Ling Qin ^d, Chu Lun Alex Leung ^{e f}, Samuel J. Clark ^g, Kamel Fezzaa ^gJiawei Mi ^h, Peter D. Lee ^{e f}, Dmitry Eskin ⁱ, Iakovos Tzanakis ^{a j}

a Faculty of Technology, Design and Environment, Oxford Brookes University, Oxford, UK b Faculty of Materials Science and Engineering, Warsaw University of Technology, Woloska 141 St., Warsaw 02-507, Poland c Amazemet Sp. z o.o. [Ltd]. Al., d Center of Innovation for Flow Through Porous Media, Department of Petroleum Engineering, University of Wyoming, Laramie, WY, USA e Department of Mechanical Engineering, University College London, London, UK f Research Complex at Harwell, Harwell Campus, Oxfordshire, UK g Advanced Photon Source, Argonne National Laboratory, Argonne, IL 60439, USA h School of Engineering, University of Hull, Hull, East Yorkshire, UK i Brunel Centre for Advance Solidification Technology (BCAST), Brunel University London, Uxbridge, UK j Department of Materials, University of Oxford, Oxford, UK

Streszczenie

Atomizacja ultradźwiękowa jest jedną z obiecujących technologii wytwarzania proszków metali do produkcji addytywnej, w której precyzyjna kontrola wielkości i morfologii cząstek jest niezbędna. W tym badaniu połączyliśmy przetwornik ultradźwiękowy z płytą z włókna węglowego i zatomizowaliśmy krople cieczy i filmy przy różnych amplitudach drgań. Woda, gliceryna i czysty stop aluminium zostały wykorzystane do zbadania mechanizmu atomizacji i wynikających z niego właściwości kropli/proszku. Szybkie optyczne i ultraszybkie synchrotronowe obrazowanie rentgenowskie wykorzystano do badania in situ dynamiki atomizacji ultradźwiękowej, w tym pulsacji i grupowania wnęk wewnątrz warstwy cieczy / filmów, rozwoju fal kapilarnych i tworzenia się kropelek cieczy. Po raz pierwszy zaobserwowaliśmy i uchwyciliśmy występowanie kawitacji podczas atomizacji kropli spoczynkowych, filmów i kropel uderzeniowych. Inercyjne zdarzenia kawitacyjne zakłócały fale kapilarne na granicy międzyfazowej, przebijając i przerywając granicę w celu wytworzenia zatomizowanej mgły. Obserwacja in situ ujawniła skomplikowaną dynamikę atomizacji ultradźwiękowej i podkreśliła kluczową rolę zjawisk kawitacyjnych w całym procesie atomizacji. Przeprowadziliśmy również eksperymenty nad ultradźwiękową atomizacją ciekłego aluminium, wytwarzając cząstki o idealnie kulistym kształcie. Rozmiar cząstek miał tendencję do zmniejszania się wraz ze zmniejszeniem amplitudy drgań. Nasza praca wykazała ważne strategie przetwarzania, w jaki sposób dostosować rozmiar cząstek, zapewniając jednocześnie spójny kształt i morfologię cząstek, co jest kluczową zdolnością przetwarzania do wytwarzania wysokiej jakości proszków do zastosowań w produkcji addytywnej.