powderИзвестия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытияPowder Metallurgy аnd Functional Coatings (Izvestiya Vuzov. Poroshkovaya Metallurgiya i Funktsional'nye Pokrytiya)1997-308X2412-8767НИТУ "МИСИС"10.17073/1997-308X-2016-3-43-50powder-229Research ArticleТугоплавкие, керамические и композиционные материалыRefractory, Ceramic, and Composite MaterialsВЛИЯНИЕ УЛЬТРАЗВУКА НА ПРОЦЕСС ПРОНИКНОВЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО РАСПЛАВА В СУБМИКРОННЫЕ ЧАСТИЦЫ И ИХ АГЛОМЕРАТЫULTRASOUND EFFECT ON MOLTEN METAL PROPAGATION INTO SUBMICRON PARTICLES AND THEIR AGGLOMERATESКудряшоваО. Б.KudryashovaO. B.

Доктор физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории физики преобразования энергии высокоэнергетических материалов ИПХЭТ СО РАН.

659322, г. Бийск, ул. Социалистическая, 1. E-mail: olgakudr@inbox.ru

Dr. Sci. (Phys.-Math.), Senior Researcher, Department of physics high-energy conversion materials IPCET SB RAS.

659322, Russia, Biysk, Socialisticheskaya str., 1 . E-mail: olgakudr@inbox.ru

olgakudr@inbox.ruЭскинД. Г.EskinD. G.

Кандидат технических наук, профессор кафедры математической физики НИТГУ,  профессор Брунельского университета (Великобритания).

634050, г. Томск, пр-т Ленина, 36. E-mail: Dmitry.Eskin@brunel.ac.uk

Cand. Sci., Prof.,  Department of mathematical physics, Prof.,  Brunel University (Brunel Centre for Advanced Solidification Technology).

634050, Russia, Tomsk, Lenin str., 36., Brunel University; Kingston Lane, Uxbridge, UB8 3PH. UK. E-mail: Dmitry.Eskin@brunel.ac.uk.

Dmitry.Eskin@brunel.ac.ukХрусталёвА. П.KhrustalyovA. P.

Аспирант кафедры прочности и проектирования НИТГУ

Post-Graduate Student

ВорожцовС. А.VorozhtsovS. A.

Кандиат технических наук, зав. лабораторией нанотехнологий металлургии НИТГУ

Cand. Sci. (Tech.), Head of the Metallurgy nanotechnology laboratory

vorn1985@gmail.comИнститут проблем химико-энергетических технологий СО РАН, БийскРоссияInstitute for Problems of Chemical and Energetic Technologies of the Siberian Branch of the RAS , BiyskRussian FederationНациональный исследовательский Томский государственный университет, Томск; Brunel University, UxbridgeВеликобританияTomsk State University; Brunel UniversityUnited KingdomНациональный исследовательский Томский государственный университет, ТомскРоссияTomsk State UniversityRussian Federation201605102016034350Copyright © Кудряшова О.Б., Эскин Д.Г., Хрусталёв А.П., Ворожцов С.А., 20162016Кудряшова О.Б., Эскин Д.Г., Хрусталёв А.П., Ворожцов С.А.Kudryashova O.B., Eskin D.G., Khrustalyov A.P., Vorozhtsov S.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://powder.misis.ru/jour/article/view/229

На основе теории акустической кавитации и капиллярных явлений рассматриваются процессы деагломерирования и смачиваемости субмикронных частиц в расплаве металла при  ультразвуковом воздействии.  Получены основные зависимости, связывающие время воздействия с физико-химическими свойствами частиц и расплава, а так же с характеристиками акустического излучения. Проведено сравнение экспериментальных и расчетных значений времени ультразвуковой обработки расплава алюминия, содержащего субмикронные частицы оксида алюминия, и установлено удовлетворительное согласие полученных результатов.

Based on the theory of acoustic cavitation and  capillary phenomena, the article considers the processes of deagglomeration and wetting of submicron particles in a metal melt under ultrasound exposure. Basic dependences were found that  link the exposure time to the physical and  chemical properties of particles and  melt, and  to acoustic radiation characteristics. Experimental and calculated time values of ultrasonic treatment of aluminum melt containing submicron particles of aluminum oxide were compared, and  the obtained results were found satisfactorily fit.

ультразвуковая обработкарасплав металлананочастицыпропиткакавитацияultrasonic treatmentmetal meltnanoparticlesimpregnationcavitationМинистерство образования и науки Российской ФедерацииReferencesКрушенко Г.Г. Средства и технологии увеличения содержания нанопорошков в алюминиевых модифицирующих прутках // Нанотехника: 2011. No. 3. С. 55—61.Krushenko G.G. Sredstva i tekhnologii uvelicheniya soderzhaniya nano-poroshkov v alyuminievyh modificiruyushchih prutka [Tools and technologies to increase the content of nanopowders into modifying aluminum rods]. Nanotekhnika. 2011. No. 3. P. 55—61.Yang Y., Li X. Ultrasonic cavitation based nanomanufacturing of bulk aluminum matrix nanocomposites // J. Manufact. Sci. Eng. 2007. Vol. 129. P. 497—501.Yang Y., Li X. Ultrasonic cavitation based nanomanufacturing of bulk aluminum matrix nanocomposites. J. Manufact. Sci. Eng. 2007. Vol. 129. P. 497—501.Коновалов Е.Г., Германович И.Н. Ультразвуковой капиллярный эффект // Док л. АН БССР. 1962. Т. 6. No. 8. С. 492—493.Konovalov E.G., Germanovich I.N. Ul’trazvukovoj kapillyarnyj ehffekt [The ultrasonic capillary effect]. Doklady akademii nauk BSSR. 1962. T. 6. No. 8. P. 492—493.Розин Ю.П., Тихонова В.С, Костючек М.Н. Об аномально больших постоянных давлениях в непосредственной близости от излучателя // Укр. физ. журн. 1975. No. 2. С. 214—220.Rozin Yu.P., Tihonova V.S, Kostyuchek M.N. Ob anomal’no bol’shih postoyannyh davleniyah v neposredstvennoj blizosti ot izluchatelya [On anomalously high constant pressure in immediate vicinity of the radiant]. Ukr. fiz. zhurn. 1975. No. 2. P. 214—220.Прохоренко П.П., Дежкунов Н.В., Коновалов Г.Е. Ультразвуковой капиллярный эффект. Минск: Наука и техника, 1981.Prohorenko P.P., Dezhkunov N.V., Konovalov G.E. Ul’trazvukovoj kapillyarnyj ehffekt [The ultrasonic capillary effect]. Minsk: Nauka i tekhnika, 1981.Игнатьев И.Э., Пастухов Э.А., Игнатьева Е.В. Принципиальное различие методов низкочастотного и ультразвукового воздействия на расплавы // Изв. вузов. Цвет. металлургия. 2014. No. 5. С. 7—11.Ignat’ev I.E., Pastuhov E.A., Ignat’eva E.V. Principial’noe razlichie metodov nizkochastotnogo i ul’trazvukovogo vozdejstviya na rasplavy [The fundamental difference methods low-frequency and ultrasonic affecting on the melt]. Izv. vuzov. Tcvet. metallurgiya. 2014. No. 5. P. 7—11.Vorozhtsov S.A., Eskin D.G., Tamayo J., Vorozhtsov A.B., Promakhov V.V., Averin A.A., Khrustalyov A.P. The Application of external fields to the manufacturing of novel dense composite master alloys and aluminum-based nanocomposites // Metal. Mater. Trans. A. 2015. Vol. 46A. No. 4. P. 2870—2875.Vorozhtsov S.A., Eskin D.G., Tamayo J., Vorozhtsov A.B., Promakhov V.V., Averin A.A., Khrustalyov A.P. The application of external fields to the manufacturing of novel dense composite master alloys and aluminum-based nanocomposites. Metal. Mater. Trans. A. 2015. Vol. 46A. No. 4. P. 2870—2875.Eskin G.I., Eskin D.G. Ultrasonic treatment of light alloy melts // Boca Raton: CRC Press, 2014.Eskin G.I., Eskin D.G. Ultrasonic treatment of light alloy melts. Boca Raton: CRC Press, 2014.Ролдугин В.И. Физикохимия поверхности. Долгопрудный: ИД «Интеллект», 2011.Roldugin V.I. Fizikohimiya poverhnosti [Physical chemistry of surfaces]. Dolgoprudnyj: ID «Intellekt», 2011.Сиротюк М.Г. Мощные ультразвуковые поля / Под ред. Л.Д. Розенберга. М.: ЕЕ Медиа, 2007.Sirotyuk M.G. Moshchnye ul’trazvukovye polya [Powerful ultrasonic fields]. Ed. L.D. Rozenberg. Moscow: EE Media, 2007.Tzanakis I., Xu W.W., Lebon G.S.B., Eskin D.G., Pericleous K., Lee P.D. In situ synchrotron radiography and spectrum analysis of transient cavitation bubbles in molten aluminium alloy // Phys. Proc. 2015. No. 70. P. 841—845.Tzanakis I., Xu W.W., Lebon G.S.B., Eskin D.G., Pericleous K., Lee P.D. In situ synchrotron radiography and spectrum analysis of transient cavitation bubbles in molten aluminium alloy. Phys. Proc. 2015. No. 70. P. 841—845.Китайгородский Ю.И., Дрожалова В.И. Расчет высоты и скорости подъема жидкости по капиллярам при воздействии ультразвуковых колебаний // Применение ультразвука в металлургии. М.: Металлургия, 1977. С. 12—16.Kitajgorodskij Yu.I., Drozhalova V.I. Raschet vysoty i skorosti podema zhidkosti po kapillyaram pri vozdejstvii ul’trazvukovyh kolebanij. In: Primenenie ul’trazvuka v metallurgii [Calculation of height and f luid rise velocity in capillaries when exposed to ultrasonic vibrations. In: Application of ultrasound in metallurgy]. Moscow: Metallurgiya, 1977. P. 12—16.Бронин Ф.А. Расчет некоторых параметров динамики кавитационной полости в звуковом поле // Тр. МИСиС. 1970. С. 53—57.Bronin F.A. Raschet nekotorykh parametrov dinamiki kavitatsionnoi polosti v zvukovom pole [Estimation of some characteristics of dynamics of cavitation cavities in the sound field]. Trudy MISIS. 1970. P. 53—57.Vorozhtsov S., Zhukov, I., Vorozhtsov A., Zhukov A., Eskin D., Kvetinskaya A. Synthesis of microand nanoparticles of metal oxides and their application for reinforcement of albased alloys // Mater. Sci. Eng. 2015. Vol. 2015. P. 1—6. http://dx.doi.org/10.1155/2015/718207.Vorozhtsov S., Zhukov, I., Vorozhtsov A., Zhukov A., Eskin D., Kvetinskaya A. Synthesis of microand nanoparticles of metal oxides and their application for reinforcement of al-based alloys. Mater. Sci. Eng. 2015. Vol. 2015. P. 1—6. http://dx.doi.org/10.1155/2015/718207.Tzanakis I., Xu W.W., Eskin D.G., Lee P.D., Kotsovinos N. In situ observation and analysis of ultrasonic capillary effect in molten aluminium // Ultrasonic Sonochemistry. 2015. No. 27. P. 72—80.Tzanakis I., Xu W.W., Eskin D.G., Lee P.D., Kotsovinos N. In situ observation and analysis of ultrasonic capillary effect in molten aluminium. Ultrasonic Sonochemistry. 2015. No. 27. P. 72—80.Тимошкин А.В. Комплексное рафинирование и модифицирование силуминов методом высокоскоростной струйной обработки расплава: Дис. … канд. техн. наук. М.: МАТИ—РГТУ, 2003.Timoshkin A.V. Kompleksnoe rafinirovanie i modifitsirovanie siluminov metodom vysokoskorostnoi struinoi obrabotki rasplava [Integrated the refining and modification silumins method of high-speed inject melt treatment]: Diss. Ph.D. Moscow: MATI—RSTU, 2003.Эскин Г.И. К условиям введения несмачиваемой тугоплавкой фазы в расплав алюминия с помощью ультразвука // Технол. легких сплавов. 1974. No. 11. C. 21—25.Eskin G.I. K usloviyam vvedeniya nesmachivaemoi tugoplavkoi fazy v rasplav alyuminiya s pomoshch’yu ul’trazvuka [To introducing conditions nonwettable infusible phase aluminum melt by ultrasound]. Tekhnologiya legkikh splavov. 1974. No. 11. P. 21—25.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.