صفحه اصلی فعالیت های پژوهشی فناوری انجماد سریع روش های انجماد سریع

روش های انجماد سریع | آزمایشگاه متالورژی جهاد شریف

روش های انجماد سریع

سرعت سرد شدن مذاب با ضخامت ماده ی درحال انجماد ارتباط داشته و در شرایط انتقال حرارت ایده آل، برای مذاب های فلزی با ضخامت Z (برحسب mm) که در حال انجماد بر روی یک مبرد فلزی می باشند، رابطه زیر برقرار است:

T ̇= 104 Z2

با توجه به رابطه‌ی فوق، سرعت سرد شدن (بر حسب oC/s) با مجذور ضخامت مذاب در حال انجماد رابطه‌ی معکوس دارد. بنابراین به منظور انجماد سریع مذاب، ضروری است که یکی از ابعاد مذاب بسیار کوچک باشد تا از نسبت سطح به حجم بالایی برخوردار شده و انتقال حرارت از آن به خوبی صورت پذیرد. همچنین به منظور افزایش سرعت سرد شدن مذاب، لازم است که بیشترین سطح تماس بین مذاب و عامل خنك كننده برقرار گردد. این امر میتواند با تغییر هندسه‌ی مذاب حین فرآوری (برای مثال ایجاد لایه ای نازك از مذاب بر روی یك زیرلایه) یا تغییر شكل فیزیكی مذاب به صورت قطرات کوچک (برای مثال توسط فرایند اتمیزه كردن) صورت پذیرد.

شکل زیر حالت های ممكن انجام فرایند و روش های اصلی بكار گرفته شده برای تحقق انجماد سریع را نشان می‌دهد. مطابق شكل، جریان مذاب را میتوان به یكی از اشکال قطره‌ای، میله ای و یا نواری درآورد و عامل خنك كننده می تواند گاز، مایع یا جامد باشد. در فرایندهای انجماد سریع، شكل، اندازه و طبیعت محصولات تولیدی اساساً به شرایط و وضعیت جریان مذاب، درست قبل از انجماد بستگی دارد. برای مثال قطراتی كه به صورت منفرد منجمد می‌شوند پودری شکل بوده و جریان پیوسته‌ی مذاب به صورت سیم منجمد می شود.

تلفیقی از حالت های مذاب و عامل خنك كننده در فرایندهای انجماد سریع: 1-اتمیزه كردن گازی ، 2- اتمیزه كردن آبی ، 3- روش تفنگی، 5و4- سیم ریزی حین سقوط آزاد 6- مذاب ریسی با دیسك مبرد و 7- فرایند كشش مذاب.

روش های انجماد سریع توسط افراد مختلف از جنبه های گوناگون طبقه بندی شده اند. برای مثال Savage و Froes این روش ها را به دو دسته‌ی اصلی روش های اتمیزه و روش های غیر اتمیزه تقسیم بندی كرده اند. همچنین Jones در سال 1982 میلادی این روش ها را به سه دسته ی کلی به شرح زیر تقسیم بندی نموده است:
-روش های افشانشی كه مبتنی بر تقسیم مذاب به قطرات ریز قبل از انجماد هستند:
اتمیزه كردن گازی
اتمیزه كردن آبی
اتمیزه كردن گازی فراصوتی
اتمیزه كردن گریز از مركز
اتمیزه کردن با استفاده از الكترود چرخان
اتمیزه كردن چرخشی- لیزری
اتمیزه كردن با استفاده از دیسک چرخان و پرتو الكترونی
اتمیزه كردن با استفاده از محفظه استوانه ای چرخان
اتمیزه كردن با استفاده از محفظه مشبك گردان
اتمیزه كردن با حل كردن گاز در مذاب
اتمیزه كردن الكتروهیدرودینامیك
اتمیزه كردن به روش فرسایش جرقه ای
اتمیزه كردن به کمک غلتك های دوقلو
اتمیزه كردن با الكترود لرزان
روش تفنگی Duwez
سقوط آزاد قطرات در لوله
فرایند تولید پولك ALCOA
افشانش و نورد
افشانش و فورج
رسوب دهی افشانشی گریز از مركز
رسوب دهی افشانشی به کمک پلاسما
-روش های تبریدی كه مبتنی بر ایجاد جریانی پیوسته از مذاب، قبل و حین انجماد می باشند:
روش قالب تبریدی
روش پیستون و سندان
روش غلتك های دو قلو
فرایند سیم ریزی حین سقوط آزاد
فرایند مذاب ریسی با دیسك مبرد
فرایند مذاب ریسی گریز از مركز
فرایند ریخته ریسی نوارهای عریض
فرایند سیم ریسی در آب چرخان
تولید سیم به روش Taylor
فرایند لایه برداری از مذاب
روش كشش مذاب
روش سرریز مذاب
-روش های سطحی كه بر پایه ذوب سطحی ماده ای با ضخامت زیاد و متعاقباً انجماد سریع آن لایه، استوار هستند:
روش سطحی لیزری
روش سطحی پرتوی الکترونی
*جهت کسب اطلاعات بیشتر رجوع شود به کتاب “فناوری انجماد سریع و کاربرد آن در تولید مواد آمورف و نانوبلوری