- 기존의 싱크로트론 방사선 X- 선 이미징 기술보다 100 배 이상 더 넓은 관찰 범위를 달성하는 X- 선 이미징 장치를 바카라 규칙했습니다
- 직경이 50mm 인 도가니에서 용융 알루미늄의 교반 응고 과정을 시각화합니다
- 응고와 관련된 합금 구조의 이질성 공정의 esoterication은 알루미늄에서 철의 분리 과정을 설계 할 수있게 해줍니다
바카라 규칙 된 X- 레이 이미징 장치 (왼쪽), 회로도 (중앙) 및 바카라 규칙 장비 (오른쪽)를 사용하여 촬영 한 X- 레이 이미지
Shiga Keiji, Lightweight Metal Process Group, Lightweight Metal Process Group 연구원, 경량 금속 공정 그룹, 다중 수질 연구 부서, 국립 고급 산업 과학 기술 연구소 (이하 바카라 규칙”라고 언급) 방사선 이미징 및 측정 연구 그룹, 연구 그룹, 연구 그룹, 연구 그룹은 X- 레이를 사용하여 유동하는 동안 용융 금속의 응고를 시각화하는 장치를 개발했습니다
알루미늄재활용 업그레이드이 경우, 용융 금속이 흐름 중에 고형화 중에 고도로 정제되기 때문에 유량 하에서 응고 공정을 시각화하는 것이 고품질 알루미늄으로 재활용 공정을 바카라 규칙하는 데 중요합니다 금속은 투명하지 않으며 광학 관찰 기술을 적용 할 수 없으므로 일반적으로 금속의 응고 과정을 시각화하는 데 사용됩니다무음 X- 레이 이미징기술이 사용되었습니다 그러나, 기존의 싱크로트론 X- 선 이미징 기술은 수십 mm의 관찰 범위를 갖는다2에 좁기 때문에 흐름에서 관찰하기가 어렵다는 것이었다 이 결과에서microfocus x-ray source| 바카라 규칙가 개발 한 평면 패널 X- 선 검출기 인 우리는 2 차원 관찰을 통해 기존 기술보다 100 배 이상 더 큰 금속의 응고를 관찰 할 수있는 X- 레이 이미징 장치를 개발했습니다 중공 구조자기 교반장치를 사용하여 용융 금속이 흐르는 동안 X- 레이를 용융 알루미늄으로 직접 조사 할 수 있으므로 흐름에서 X- 레이 이미징을 수행 할 수 있습니다
이 기술의 세부 사항은 2024 년 8 월 5 일에 찾을 수 있습니다합금 및 화합물 저널"
알루미늄재료 확장운송 장비의 무게를 줄이고 건물의 내구성을 향상시키기 위해 향후 20 년 동안 수요가 약 15 배 증가 할 것으로 예상됩니다 철 및 구리와 같은 주요 금속 중 알루미늄은 660 ° C의 융점이 낮으므로 용해로 쉽게 재활용 할 수 있습니다 그러나 재활용에 의해 제조됩니다2 차 알루미늄 합금많은 불순물입니다합금 요소높은 농도로 인해Intermetallic이로 인해 성형 및 가공성이 줄어들어 스트레칭 재료로 사용하기가 어렵습니다 따라서 대부분의 2 차 알루미늄 합금은 다음과 같습니다캐스팅 재료로 사용됩니다 알루미늄 자원의 재활용을 촉진하려면 합금 요소 농도가 낮은 재료를 확장하기 위해 높은 합금 요소 농도를 갖는 2 차 알루미늄 합금을 업그레이드하고 재활용해야합니다 다시 말해, 2 차 합금에서 알루미늄 이외의 불순물 요소를 제거하는 재생 공정 기술을 바카라 규칙해야합니다
바카라 규칙는 "알루미늄 자료 고급 자원 재활용 시스템 구성 프로젝트"의 융합 프로세스를 증가시켜 알루미늄의 불순물을 줄이기위한 기술 개발을 촉진하고 있습니다 또한 바카라 규칙의 퓨전 프로젝트 인 "Resource Recycling Technology Research Lab"은 자원 재활용 기반 사회를 실현하기 위해 알루미늄 업그레이드 및 재활용 기술의 발전을 발전시키기 위해 노력해 왔습니다
현재까지 전자기 교반으로 명백해졌습니다응고 분리를 사용하여, 우리는 용기 벽에 금속 간 화합물로서 알루미늄 스크랩에 존재하는 철분을 국소 적으로 형성함으로써 알루미늄의 철 농도를 감소시키는 정제 방법을 바카라 규칙했다 철 농도를 줄임으로써 알루미늄 정제 공정을 바카라 규칙할 때, 응고 분리 공정의 이해에 기초하여 공정 조건을 설계하는 것이 중요하다 반면, 현재 공정 바카라 규칙은 응고 후 조직 관찰로부터 추론 된 응고 분리 공정에 기초하여 공정 조건을 최적화하는 것을 목표로한다 그러나이 방법은 추론을 기반으로하므로 최적의 프로세스 조건을 결정하기가 어렵습니다 일반적으로 광학 관찰은 응고 공정을 시각화하는 방법이지만 금속은 불투명하기 때문에 광학 장치를 사용하여 합금 내부의 응고 과정을 관찰 할 수 없습니다 싱크로트론 방사선을 사용한 X- 선 이미징 기술은 합금의 응고 관찰에 유용하지만, 싱크로트론 방사선의 특성과 장치의 구조로 인해, 관찰 범위는 수십 mm2아래로 제한됩니다 응고 분리를 사용한 알루미늄의 정제 과정은 응고의 초기 및 후기 단계에서 조성 변화에서 비롯됩니다매크로 분리의 거동과 관련이 있기 때문에, 싱크로트론 방사선 X- 선 이미징의 관측 범위 내에서 알루미늄 정제 공정을 시각화하기가 어렵다 따라서, 더 큰 시야를 갖는 용융 알루미늄의 응고 과정을 관찰하는 방법을 바카라 규칙할 필요가 있었다 이 기사에서는 높은 정확도로 알루미늄 업그레이드 재활용 공정을 제어하기위한 프로세스를 설계하는 것을 목표로하며, 수십 개의 CM에 대한 전자기 교반하에 불순물을 포함하는 결정 단계의 성장 거동을 소개 할 것입니다2우리는 더 넓은 시야에서 시각화하는 X- 레이 이미징 장치를 바카라 규칙했습니다
이 연구 바카라 규칙은 일본 과학 촉진 협회 (Science of Science)의 일본 과학 홍보 연구에 의해 뒷받침됩니다
침묵의 X- 레이 이미징은 X- 선이 작은 스프레드로 인해 넓은 면적 관찰에 적합하지 않습니다 또한, 두께가 약 수백 μm 인 얇은 샘플이 사용되기 때문에 용융 샘플의 유량 상태를 생성하기가 어렵습니다 따라서, 우리는 X- 선 소스, 전자기 교반기 및 X- 선 검출기를 기존의 X- 레이 이미징을 사용하기 어려운 수직 방향에 배치하여 넓은 면적 및 고해상도로 흐르는 용융 금속의 X- 선 송신기 이미지를 캡처하는 방법을 고안했습니다
그림 1 바카라 규칙 된 장치의 X- 레이 이미징 섹션의 개략도
그림 2 전송 된 X- 선 이미지의 이미지 품질 (왼쪽) 및 (오른쪽) 개선
전체 장치는 X- 레이 소스, 평평한 패널 X- 선 검출기, 제어 PC, 전자기 교반기,인버터도가니로 구성됩니다 X- 선 이미징 섹션의 개략도가도 1에 나와있다 도가니 입력 위에 배치 된 X- 레이 소스에서 방출 된 X- 레이는 도가니에서 용융 금속 샘플을 전달하고 도가니 아래에있는 X- 레이 검출기로 들어갑니다 도가니는 샘플을 용해시키기 위해 미리 전기 용광로에 넣은 다음 X- 선으로 조사 직전에 전자기 교반기에 넣습니다 전자기 교반기는입니다3 상 AC 모터의 원리 접촉없이 도가니 외부에서 용융 금속으로의 흐름을주기 위해 적용됩니다 또한, 전자기 교반기는 중공 구조를 가지기 때문에 X- 선 소스와 도가니 샘플 표면 사이에 장애물이 없으므로 흐르는 용융 금속이 X- 선을 감쇠시키지 않고 조사 될 수 있습니다 인버터를 사용하여 자기 교반기에 적용된 전류의 주파수 및 회전 방향을 제어함으로써, 용융 금속의 흐름 조건을 제어 할 수도있다 이미징 범위는 X- 선 검출기의 픽셀 수와 픽셀 크기의 비율, X- 선 소스와 X- 선 소스와 초점-이미지 수용체 거리 (FID) 사이의 초점-이미지 수용체 거리 (FID) 사이의 초점-객체 거리 (FOD)의 비율에 따라 달라집니다 X- 레이 검출기는 바카라 규칙에 의해 개발 된 3840 x 3072 픽셀의 해상도와 83 µm (2019 년 4 월 22 일에 바카라 규칙 언론 애니메이션) X- 레이 소스, 도가니 및 X- 선 검출기는 각각 140mm 및 800mm의 FOD 및 FID를 갖도록 배치 하였다 이러한 조건에서 X- 선 이미징 장치가 구성되면 관찰 분야는 557 x 445 mm2|, 직경이 50mm 인 도가니에서 전체 용융 금속의 X- 레이 이미지를 섭취 할 수 있습니다 바카라 규칙 초기에, 소음은 전달 된 X- 선 이미지의 수평 방향으로 나타나서 결정과 용융 금속 사이의 경계가 가려졌다 그러나 도가니 재료 교환 및 전자기 차폐를 추가하는 것과 같은 장비를 개선함으로써 노이즈의 양이 줄었습니다공간 해상도개선이 이루어졌습니다 그림 2는 바카라 규칙 장비의 개선 전후에 전송 된 X- 선 이미지의 비교를 보여줍니다
그림 3 X- 선 이미징 실험 (왼쪽) 및 1/4 단면의 광학 현미경 사진에 사용 된 샘플 모양의 개략도
그림 4 바카라 규칙 된 X- 선 이미징 장치를 사용하여 촬영 한 전송 된 X- 선 이미지
그림 3 은이 바카라 규칙 장치에서 전자기 교반 후 AL-10SI-2FE-2MN (AL, 10% SI, 2% FE, 2% MN)의 단면 구조의 광학 현미경 사진을 보여줍니다 사진 범위는 X- 선 조사 방향에 수직 인 평면에서 샘플 높이의 절반의 1/4 단면에 해당합니다 단용 샘플의 외부 주변에 저조도 조직 (그림의 어두운 회색 영역)이 나타났습니다 낮은 브라이트 구조의 조성의 분석은 그것이 철분을 함유하는 금속 간 화합물임을 나타냈다 한편, 저조도 조직 이외의 지역의 철 농도는 원래 20%에서 05%에서 감소했습니다 전자기 교반 및 업그레이드 된 재활용을 적용함으로써 철 농도가 감소 될 수 있음이 밝혀졌습니다 이 결과는 합금의 응고 동안 전자기 교반을 적용함으로써, 철과 같은 불순물을 함유하는 결정질 상이 샘플의 주변에 국소 적으로 형성되어 상당한 매크로 로스 분리를 초래한다는 것을 보여준다
AL-10SI-2FE-2MN 합금의 전자기 교반과 관련된 응고 공정은 X- 레이 이미징에 의해 관찰되었으며, 투과 된 X- 선 이미지는 그림 4에 도시되었다 704 ℃에서, 균일하게 용융 된 알루미늄에 상응하는 영역의 밝기는 일정하였고, 금속 간 화합물이 존재하지 않았다 683 ° C에서, 낮은 브라이트 영역이 도가니 벽 근처에 나타나 금속 간 화합물을 형성했습니다 온도가 떨어지면 밝기가 낮은 영역이 증가하고 금속 간 화합물이 주변에서 중심으로 자랐습니다 냉각 동안 용융 금속의 연속 X- 선 이미지는 전자기 교반을 갖는 Al-10SI-2FE-2MN 합금으로부터 철의 거대 항해가 주변에 형성된 철분 간 화합물의 조심으로 인해 발생 함을 밝혀냈다 이 발견을 활용함으로써, 전자기 교반과 관련된 고정화 분리를 의도적으로 제어하여 더 높은 효율을 갖는 스크랩 합금으로부터 철-함유 불순물 위상을 분리하는 프로세스를 설계 할 수있게되었다 우리는 이것이 알루미늄 업그레이드의 업그레이드를 개선하고 앞으로 재활용하는 데 도움이 될 것이라고 생각합니다
이제, 우리는 X- 선 이미징 장비를 개선하여 공간 해상도를 더욱 향상시키고 이미징 속도를 높이고 금속 재활용 공정 바카라 규칙뿐만 아니라 제조 공정 및 금속 재료 바카라 규칙에도 사용될 것입니다
게시 된 잡지 :합금 및 화합물 저널
종이 제목 : 전자기 교반으로 Al-SI 합금의 고정화 동안 α-al (FEMN) SI 곡물 진화의 현장 X- 선 이미징
저자 : Keiji Shiga, Takeshi Fujiwara, Yuichiro Murakami 및 Naoki Omura
doi :https : //doiorg/101016/jjallcom2024175866
* 지역 알루미늄 흐름 모델 2017 (1) (Internatioal Aluminum Institute)