अल्ट्रासोनिक धातु सूक्ष्मीकरण

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इस पोस्ट को अंतिम बार cy1125915 द्वारा 2015-9-29 11:17 पर संपादित किया गया। एल्यूमीनियम मिश्र धातु के ढालों की संरचना को बेहतर बनाने हेतु, धातु के तरल भाग पर अल्ट्रासोनिक कंपनों का उपयोग करना एक बहुत ही प्रभावी तरीका है। अल्ट्रासोनिक तरंगों में विशिष्ट ध्वनिक गुण होते हैं। धातुओं या मिश्रधातुओं के ठोस होने की प्रक्रिया में, यदि अल्ट्रासोनिक कंपन लगाया जाए, तो ढली हुई सामग्री की संरचना मोटे स्तंभाकार क्रिस्टलों से बदलकर समान आकार के सूक्ष्म क्रिस्टलों में बदल जाती है। साथ ही, ढली हुई सामग्री में मौजूद स्थूल एवं सूक्ष्म स्तर पर होने वाले असमानताएँ भी कम हो जाती हैं। ढलाई किए गए धातु-खंडों की संरचना को सूक्ष्म बनाने में अल्ट्रासोनिक तरंगों की भूमिका के बारे में वर्तमान में कई सिद्धांत हैं। सबसे आम सिद्धांत यह है कि रिक्त स्थानों के कारण तरल धातु में न्यूक्लियसों का निर्माण होता है; अर्थात् न्यूक्लियसों के निर्माण ही इस प्रक्रिया का कारण है। ； दूसरा सिद्धांत है “क्रिस्टल टूटने” संबंधी सिद्धांत। अल्ट्रासोनिक उपचार, एल्यूमीनियम मिश्रधातु के द्रव को शुद्ध करने हेतु एक नई विधि है। इस विधि में अल्ट्रासोनिक तरंगों का उपयोग करके द्रव में छिद्र बनाए जाते हैं; ऐसे छिद्रों के कारण एल्यूमीनियम द्रव में घुले हुए गैसें एक साथ इकट्ठी हो जाती हैं। अल्ट्रासोनिक तरंगों के कारण बुलबुलों में क्रिस्टलीय संरचनाएँ बनती हैं, एवं बुलबुले एक निश्चित आकार तक विकसित हो जाते हैं। इस प्रकार गैसें द्रव से अलग हो जाती हैं। इस्पात धातुकर्म में अल्ट्रासोनिक तरंगों के उपयोग संबंधी वर्तमान अनुसंधानों के आधार पर यह निष्कर्ष निकाला गया है कि इस्पात धातुकर्म में अल्ट्रासोनिक तरंगों के व्यापक उपयोग की संभावनाएँ हैं। इनका उपयोग इस्पात के तरल रूप में मौजूद गैसों एवं अशुद्धियों को हटाने हेतु किया जा सकता है; साथ ही ये ढले हुए इस्पात की सतही गुणवत्ता एवं आंतरिक संरचना को भी सुधारने में मदद करती हैं। इनका उपयोग मिश्रधातुओं एवं ऐसी नई सामग्रियों के विकास हेतु भी किया जा सकता है, जिनमें विशेष गुणों की आवश्यकता होती है 　　लेकिन धातुकर्म उद्योग में, डिटेक्शन के अलावा इसका उपयोग बहुत कम ही होता है। आज, नए सामग्रियों के विकास के कारण, उच्च क्षमता वाले अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर विकसित किए जा सके हैं। इससे पारंपरिक ट्रांसड्यूसरों की कम शक्ति एवं कम ऊर्जा दक्षता जैसी समस्याओं का समाधान हुआ है। इसके कारण अल्ट्रासोनिक तकनीक का उपयोग धातुकर्म उद्योग में, खासकर धातुओं के शुद्धीकरण हेतु, संभव हो गया है। चूँकि हमारा इस्पात उद्योग उत्पादन बढ़ाने के बजाय गुणवत्ता में सुधार एवं ऊर्जा बचत पर ध्यान दे रहा है, इसलिए अल्ट्रासोनिक तकनीक के लिए अच्छे अनुसंधान एवं व्यावहारिक अवसर उपलब्ध हैं। अल्ट्रासोनिक तरंगें – इस्पात के तरल में मौजूद सूक्ष्म अशुद्धियों को ऊपर आने में बहुत कठिनाई होती है; ऐसी अशुद्धियाँ तभी ही ऊपर आ पाती हैं, जब वे एक साथ इकट्ठा हो जाती हैं। अल्ट्रासोनिक तरंगों के उपयोग से तरल में मौजूद अशुद्धियों के व्यवहार का अध्ययन किया गया, एवं यह निष्कर्ष निकाला गया कि अल्ट्रासोनिक तरंगें इन अशुद्धियों को एक साथ इकट्ठा करने में सहायक होती हैं। कंपन द्वारा अशुद्धियों का निष्कासन – कंपन की आवृत्ति बढ़ने पर, घोल में मौजूद छोटे कणों के संघनन की प्रक्रिया तेज हो जाती है; इससे छोटे कणों को संघनन स्थल तक पहुँचने में लगने वाला समय कम हो जाता है। इस तरह, आवृत्ति एवं अल्ट्रासोनिक तरंगों के उपयोग से पिघले हुए धातु में मौजूद अशुद्धियों को दूर करना संभव हो जाता है। अल्ट्रासोनिक वेंटिलेशन: जब लचीले कंपनों को पिघले हुए धातु में पहुँचाया जाता है, तो वहाँ कैविटेशन की प्रक्रिया शुरू हो जाती है। ऐसा इसलिए होता है, क्योंकि तरल अवस्था में निरंतरता टूट जाती है, जिससे वहाँ छिद्र बन जाते हैं। इसके परिणामस्वरूप, तरल धातु में घुले हुए गैसें उन छिद्रों में एकत्र हो जाती हैं। ध्वनि तरंगों के लोचदार कंपनों, विशेष रूप से अल्ट्रासोनिक तरंगों के कारण ही बुलबुलों का निर्माण होता है। इन कंपनों के कारण बुलबुले लगातार बड़े होते जाते हैं, जब तक कि वे इतने बड़े न हो जाएँ कि उन्हें पिघले हुए धातु से आसानी से बाहर निकाला जा सके। अल्ट्रासोनिक तरंगों का ढलाई किए गए धातु टुकड़ों की गुणवत्ता पर प्रभाव – अल्ट्रासोनिक तरंगें क्रिस्टलाइजर पर कार्य करके ढलाई किए गए धातु टुकड़ों की सतह की गुणवत्ता में सुधार कर सकती हैं। छोटे, बड़े आकार के धातु टुकड़ों, एवं प्लेटों के निर्माण हेतु भी अल्ट्रासोनिक तरंगों का उपयोग किया जा सकता है। अल्ट्रासोनिक कंपन का उपयोग करते समय नकारात्मक स्लाइडिंग की आवश्य छोटे एवं बड़े आकार के ब्लॉकों को ढालते समय, क्रिस्टलाइजर पर अल्ट्रासोनिक कंपन लगाने से ब्लॉकों की सतह बहुत ही चिकनी हो जाती है। जब ब्लॉकों को ढालने के दौरान अल्ट्रासोनिक कंपन लगाया जाता है, तो सुरक्षात्मक राख की मात्रा बढ़ जाती है, एवं कंपन के कारण उत्पन्न होने वाली खाइयों की गहराई भी बढ़ जाती कणों का सूक्ष्मीकरण: इस्पात के टुकड़ों के ठोस होने की प्रक्रिया में सरल यांत्रिक कंपन लगाकर कणों को सूक्ष्म बनाने संबंधी प्रारंभिक परिणाम प्राप्त होने के बाद, कंपन-आधारित ठोसीकरण संबंधी अनुसंधानों पर व्यापक ध्यान दिया जाने लगा। शुरुआती चरणों में, कास्टिंग प्रक्रिया हेतु कम आवृत्ति एवं कम ऊर्जा-घनत्व वाले सरल यांत्रिक कंपनों का ही उपयोग किया जाता था; जैसे कि कैम आदि का उपयोग करके कास्टिंग मोल्ड को ऊपर-नीचे कंपाया जाता था। जब अल्ट्रासोनिक कंपन विधि का उपयोग करके ढलाई उत्पाद बनाए जाते हैं, तो अल्ट्रासोनिक तरंगें अपनी गति के दौरान धनात्मक एवं ऋणात्मक ध्वनि-दबाव उत्पन्न करती हैं; इससे जेट बनते हैं। साथ ही, गैर-रैखिक प्रभावों के कारण ध्वनि-प्रवाह एवं सूक्ष्म-ध्वनि-प्रवाह भी उत्पन्न होते हैं। ठोस एवं तरल पदार्थों की सतह पर अल्ट्रासोनिक कंपनों के कारण उच्च गति वाले सूक्ष्म-जेट भी बनते हैं। ये सभी कारक, क्रिस्टलों को नष्ट करने, घनीकरण प्रक्रिया को तेज करने, एवं मिश्रण/विसरण प्रक्रियाओं को बढ़ाने में सहायक होते हैं। इससे स्पष्ट है कि जहाँ भी तरल पदार्थ पहुँच सकता है, एवं जहाँ ध्वनि-क्षेत्र मौजूद होता है, वहाँ इसका प्रभाव होता है। इस प्रक्रिया में होने वाले कैविटेशन प्रभाव का उपयोग करके, ऊतकों को शुद्ध किया जा सकता है, क्रिस्टलों को छोटा किया जा सकता है, एवं ऊतकों को समान बनाया जा सकता है। कंपन के कारण होने वाले यांत्रिक प्रभावों से क्रिस्टलों को नुकसान पहुँचने के अलावा, अल्ट्रासोनिक कंपन का एक और महत्वपूर्ण प्रभाव यह है कि यह धातु-तरल की प्रभावी अतिशीतलन डिग्री को बढ़ा देता है; इससे क्रिस्टल-न्यूक्लियसों का आकार छोटा हो जाता है, जिससे क्रिस्टलों का निर्माण तेज हो जाता है एवं क्रिस्टल-कण छोटे हो जाते हैं। एल्यूमिनियम-सिलिकॉन मिश्रधातुओं के कंटीन्यूअस कास्टिंग प्रक्रिया में अल्ट्रासोनिक उपचार करने से ढलाई किए गए धातु खंडों में क्रिस्टलों का आकार छोटा हो जाता है। इससे इन मिश्रधातुओं की लचीलापन एवं विस्तारशीलता में सुधार होता है, जिससे इनका उपयोग निर्माण सामग्री एवं ऑटोमोबाइल इंजनों के पिस्टनों में बेहतर तरीके से किया जा स