Por que razão a desgaseificação por ultrassons com sonotrodos de sialon apresenta melhores resultados do que os rotores de grafite no alumínio fundido

A cavitação acústica remove o hidrogénio dissolvido e refina a estrutura granular simultaneamente — sem argónio, sem contaminação por grafite e com sonotrodos de cerâmica Sialon que resistem onde o titânio falha. Os sonotrodos de Sialon para desgaseificação por ultrassons são fundamentais para este processo avançado.

26 de julho de 2026 · 9 min de leitura

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Resumo

O hidrogénio dissolvido é a principal causa de porosidade nas peças fundidas de alumínio; a estrutura de grão grosso agrava todas as fraquezas mecânicas a jusante. A desgaseificação rotativa com rotores de grafite resolve o problema do hidrogénio, mas introduz contaminação, consome árgon, gera escória e deixa o refinamento do grão como um processo separado. A desgaseificação por ultrassons realiza ambas as tarefas simultaneamente — expelindo o hidrogénio através da cavitação acústica e refinando o grão com a mesma energia da onda de choque — sem gás transportador, sem contaminação e com tempos de tratamento 3 vezes mais rápidos do que os sistemas acionados por impulsor. O fator limitante sempre foi o sonotrodo: o titânio falha acima dos 700 °C, enquanto a grafite contamina a massa fundida. A cerâmica de sialon resolve ambos os problemas — é quimicamente inerte em relação ao alumínio, termicamente estável e concebida especificamente para a transmissão ultrassónica no metal fundido. O que torna o sistema excepcionalmente eficaz é a eliminação das ondas estacionárias — uma conquista crítica de conceção que permite uma distribuição consistente do campo acústico em toda a massa fundida, conforme explicado em ultrasonicdegassing.com.

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O problema que todas as fundições conhecem, mas que raramente quantificam

O alumínio líquido a 750 °C contém cerca de 0,65 cm³ de hidrogénio dissolvido por cada 100 g de metal. No momento em que se solidifica, a solubilidade de equilíbrio desce para 0,034 cm³/100 g – uma queda de 94%. O hidrogénio que já não consegue permanecer em solução tem de ir para algum lado. Se a peça fundida solidificar com rapidez suficiente, transforma-se em porosidade: o pesadelo dos componentes estruturais e à prova de pressão.

Um grama de hidrogénio dissolvido numa tonelada de alumínio líquido pode produzir uma porosidade de 2 a 3% na peça fundida acabada — um valor que decorre de princípios termodinâmicos simples, e não de um cenário de pior caso da indústria. No caso de peças estruturais para os setores aeroespacial e automóvel, isso por si só já é motivo de rejeição. Em qualquer peça em que a vida útil à fadiga ou a integridade à pressão sejam importantes, é na porosidade que a falha tem início.

O hidrogénio entra na massa fundida a partir do vapor de água presente na atmosfera, dos materiais de carga húmidos e das ferramentas molhadas. A 750 °C e 30 % de humidade relativa, a desgaseificação natural — bastando para isso manter a massa fundida em repouso — demora até uma hora a atingir o nível residual padrão industrial de 0,1–0,2 cm³/100 g. Ninguém numa fundição em produção faz isso.

A estrutura granular é a segunda variável. Os grãos colunares grossos num lingote fundido por corrente contínua (DC) implicam propriedades mecânicas não uniformes, uma resposta anisotrópica à deformação e uma maior suscetibilidade a fissuras a quente durante a solidificação. O refinamento dos grãos é tradicionalmente conseguido através da adição de ligas-mãe de titânio-boro (TiBAl) à massa fundida — um método eficaz, mas que implica um consumível adicional, uma cadeia logística adicional e um risco adicional de contaminação caso a dosagem não seja correta.

A questão que vale a pena colocar é por que razão o setor continua a tratar estes assuntos como dois problemas distintos que exigem dois processos distintos.

Como funciona a desgaseificação rotativa – e onde chega ao seu limite

A abordagem padrão: desgaseificação rotativa

A abordagem padrão consiste na utilização de um desgaseificador rotativo: um rotor de grafite que gira a alta velocidade no seio da massa fundida, injetando argónio (ou misturas de argónio e cloro) através do eixo do rotor e dispersando-o sob a forma de bolhas finas por todo o forno. O hidrogénio separa-se da massa fundida para as bolhas de argónio, de acordo com a Lei de Sievert, e as bolhas transportam-no até à superfície.

Funciona. Tem funcionado há décadas. Mas existem limitações estruturais que a experiência na fundição nos torna bem conhecidas.

Contaminação por grafite

O rotor sofre erosão. Partículas de grafite entram na massa fundida. Nas ligas de alumínio, isto pode dar origem à formação de fases de carboneto de alumínio (Al₄C₃), que são frágeis, sensíveis à humidade e difíceis de remover por filtração. A contaminação é insidiosa — suficientemente pequena para passar pelas verificações de qualidade a montante e só se manifesta como manchas superficiais ou anomalias mecânicas nas peças acabadas.

Desgaste e avaria do rotor

A grafite é frágil. A avaria do rotor — fissuras ou fraturas — não é rara, especialmente devido ao choque térmico causado pela adição de carga fria ou por práticas inadequadas de pré-aquecimento. A avaria do rotor implica uma paragem não programada e uma fundição que tem de ser inspecionada antes de poder prosseguir.

Argon Logistics

Cada kg de árgon utilizado tem de ser adquirido, entregue, armazenado e gerido. As misturas de árgon e cloro (ainda utilizadas em algumas operações para a desgaseificação de fundentes) aumentam a complexidade regulamentar. O cloro reage com o alumínio, formando cloreto de alumínio (AlCl₃), um fundente eficaz, mas um material que requer um manuseamento e eliminação cuidadosos.

Geração Dross

A ação de agitação vigorosa de um desgaseificador rotativo rompe a camada protetora de óxido de alumínio na superfície da massa fundida. O óxido é arrastado para dentro da massa fundida e o volume de escória na superfície aumenta substancialmente. Mais escória significa maior perda de metal e mais tempo de limpeza entre as fundições.

Acesso limitado à fase fundida

Um desgaseificador rotativo instalado num forno ou numa concha trata eficazmente o volume em torno do rotor, mas os grandes volumes de metal fundido apresentam zonas — cantos, áreas remotas — onde a circulação é limitada e a remoção de hidrogénio é incompleta. São necessários vários pontos de inserção ou movimentos complexos da lança para compensar esta situação.

A Verdadeira Questão

Nenhuma destas é uma razão para abandonar imediatamente a desgaseificação rotativa; trata-se dos custos operacionais que todas as fundições aprenderam a suportar. A questão é saber se esses custos têm, de facto, de ser suportados.

Cavitação acústica: a física por trás da desgaseificação por ultrassons

Ao introduzir um transdutor ultrassónico num líquido e, acima de um limiar crítico de potência, o líquido rompe-se — de forma breve, repetida e em milhões de pontos simultaneamente. Trata-se da cavitação acústica, e é isso que torna a desgaseificação ultrassónica fundamentalmente diferente de qualquer outro método que recorra à injeção de gás.

As cinco fases da desgaseificação por ultrassons no alumínio fundido

O processo no alumínio fundido segue cinco etapas:

1. Nucleação

Quando a pressão ultrassónica desce abaixo da pressão de vapor saturado da massa fundida, formam-se bolhas de cavitação a partir de heterogeneidades existentes — inclusões de alumina, microbolhas, limites de grão. Estes são os núcleos de cavitação.

2. Difusão retificada

Durante a fase de baixa pressão de cada ciclo acústico, a bolha expande-se e a sua pressão parcial interna de hidrogénio desce abaixo da concentração local no metal fundido. O hidrogénio atómico do metal circundante difunde-se para o interior da bolha. A assimetria da oscilação significa que entra mais hidrogénio durante a expansão do que o que sai durante a compressão — o que resulta numa acumulação líquida.

3. Recombinação

No interior da bolha, o hidrogénio atómico (H) recombina-se, formando hidrogénio molecular (H₂), que não consegue redissolver-se na matriz de alumínio ao mesmo ritmo. A bolha acumula agora uma quantidade crescente de H₂.

4. Coalescência

As forças de Bjerknes (pressão de radiação acústica) e os efeitos de Bernoulli fazem com que as bolhas vizinhas se atraiam e se fundam, formando estruturas maiores e com maior flutuabilidade.

5. Flutuação e libertação

O fluxo acústico — o fluxo em massa induzido pelo campo ultrassónico — transporta as bolhas coalescidas para cima através do material fundido. À superfície, estas rebentam e o hidrogénio escapa.

O parâmetro crítico: limiar de cavitação

O parâmetro crítico é o limiar de cavitação. Na água, a cavitação ocorre facilmente. No alumínio líquido a 700 °C, o limiar é substancialmente mais elevado — o metal fundido é mais denso, mais viscoso e apresenta uma tensão superficial superior à da água. Os geradores destinados ao tratamento do alumínio fundido têm de fornecer intensidade acústica suficiente para ultrapassar este limiar em todo o volume de tratamento, e não apenas na ponta do sonotrodo. Trata-se de um problema de engenharia nada trivial e é a razão pela qual os primeiros sistemas de desgaseificação por ultrassons, nas décadas de 1960 e 1970 — incluindo o sistema soviético UZD-200 (10 kW, 19,5 kHz, capacidade de 250 kg) — demonstraram o princípio, mas tiveram dificuldades em escalá-lo de forma económica.

Afinamento da textura como benefício gratuito

O mesmo campo de cavitação que expulsa o hidrogénio tem outro efeito: refina a estrutura granular. Quando uma bolha colapsa, liberta uma onda de choque superior a 400 MPa e um pico de temperatura localizado acima dos 1000 K. Estas ondas de choque fragmentam os dendritos existentes, destroem as frentes de grãos colunares e criam milhares de novos locais de nucleação para o crescimento de grãos equiaxiais. O resultado é uma estrutura de grãos mais fina e uniforme – sem qualquer adição de TiBAl.

Num estudo documentado sobre uma liga de Al–Mg–Sc, o tratamento ultrassónico a uma temperatura de fundição reduzida (700 °C em comparação com 800 °C) reduziu o tamanho médio dos grãos de 487 ± 20 µm para 103 ± 2 µm – uma redução de 78%. Mesmo sem a redução da temperatura, o tratamento progressivo revelou uma redução do tamanho dos grãos de aproximadamente 5,5% por cada 20 segundos de tratamento, com uma redução adicional após os 20 segundos. Não se trata de uma melhoria marginal; é o tipo de alteração microestrutural que, anteriormente, exigia a adição de ligas-mestre e um controlo cuidadoso do processo para ser alcançada.

O problema do sonotrodo – e por que razão a cerâmica Sialon o resolve

O sonotrodo: o estrangulamento persistente

Tudo o que foi descrito acima depende de um componente fundamental: o sonotrodo. Esta sonda transfere a energia acústica do transdutor para a massa fundida. No entanto, há décadas que o sonotrodo continua a ser o ponto de estrangulamento.

Sonotrodos de titânio

Os sonotrodos de titânio são a escolha padrão no processamento ultrassónico de líquidos para aplicações relacionadas com água, polímeros e alimentos. No alumínio fundido a temperaturas superiores a 700 °C, porém, o titânio começa a dissolver-se rapidamente. Consequentemente, a contaminação por Ti resultante não é apenas um problema metalúrgico. Nas ligas de alumínio, o excesso de titânio interfere precisamente nos mecanismos de refinamento de grão que se pretende promover. Consequentemente, um sonotrodo de titânio num forno de alumínio de grande volume tem uma vida útil medida em horas, e não em meses.

Nióbio e metais refratários

O nióbio e os metais refratários foram testados. Têm uma vida útil mais longa, mas são caros, difíceis de usinar para obter geometrias complexas de sonotrodos e continuam sujeitos a erosão na zona de cavitação.

Grafite

A grafite é quimicamente relativamente estável no alumínio, mas não possui propriedades acústicas úteis para a transmissão ultrassónica — o seu módulo de Young é demasiado baixo para transmitir a energia acústica necessária sem uma dissipação excessiva.

As cerâmicas de sialon – oxinitreto de silício e alumínio, o material que a Sialon Ceramics ApS passou 40 anos a desenvolver – reúnem as propriedades exigidas pela aplicação do sonotrodo:

Inércia química. O Sialon não entra em contacto com o alumínio fundido nem se dissolve nele. A interface entre a ponta do sonotrodo de Sialon e o material fundido mantém-se quimicamente estável ao longo de ciclos de tratamento prolongados. Não se verifica qualquer absorção de titânio, contaminação por carbono nem formação de fases secundárias.

Resistência ao choque térmico. Um sonotrodo é inserido numa massa fundida a 700–800 °C, retirado e novamente inserido. A maioria das cerâmicas racha sob este ciclo térmico. A estrutura combinada de Si₃N₄–Al₂O₃ do Sialon confere-lhe uma resistência ao choque térmico significativamente superior à da alumina ou da zircónia — a mesma propriedade que torna os tubos aquecedores e os tubos de proteção de termopares em Sialon duráveis em ambientes de fundição, onde a falha de componentes devido ao ciclo térmico é o modo de falha habitual para as cerâmicas convencionais.

Módulo de Young para a transmissão acústica. O acoplamento eficiente da energia acústica à massa fundida requer um material para o sonotrodo com um módulo de Young adequado à gama de frequências (normalmente 15–25 kHz para o processamento industrial do alumínio). As cerâmicas de sialon possuem o módulo de elasticidade necessário para transmitir amplitudes ultrassónicas sem absorver energia no próprio corpo do sonotrodo — a energia é direcionada para a massa fundida, onde é necessária.

Flexibilidade geométrica. O design do sonotrodo é determinante para a distribuição do campo acústico. O Sialon pode ser fabricado com tolerâncias de ±0,02 mm, permitindo um controlo preciso da geometria do sonotrodo e do perfil do campo acústico resultante na massa fundida. A Sialon Ceramics também fabrica componentes com até 3 000 mm de comprimento na sua gama de carboneto de silício, o que reflete a capacidade de fabrico necessária para conjuntos de sonotrodos de grande formato.

O que os números realmente revelam

Os argumentos a favor do desempenho da desgaseificação por ultrassons estão bem documentados na literatura científica revista por pares e são corroborados por investigação independente realizada em instituições como a Universidade de Brunel (BCAST) e o Laboratório Nacional de Oak Ridge. Os principais resultados obtidos num lote de liga de Al–Si–Mg:

| Parâmetro | Antes do tratamento | Após o tratamento ultrassónico | Variação | | — | — | — | — | | Teor de hidrogénio | 0,35 cm³/100 g | 0,17 cm³/100 g | -52% | | Densidade | 2,660 g/cm³ | 2,706 g/cm³ | +1,7% | | Índice de porosidade | 4 (escala) | 1-2 (escala) | Redução >50% | | Resistência à tração máxima | 200 MPa | 245 MPa | +22,5% | | Alongamento | 3,8% | 5,1% | +34% |

A melhoria do alongamento é particularmente significativa. O alongamento é sensível ao teor da película de óxido (índice de bifilm), bem como à porosidade. O facto de o alongamento melhorar em 34% — mais do que o que pode ser explicado apenas pela redução do hidrogénio — reflete o papel das ondas de choque de cavitação na fragmentação e redistribuição das inclusões de óxido do bifilm, que de outra forma seriam invisíveis à filtração convencional.

Em aplicações de fundição contínua por corrente contínua (DC) a caudais industriais de 70–100 kg/min, o tratamento ultrassónico permitiu uma redução de 1,5–2 vezes na concentração de hidrogénio na massa fundida em fluxo – um resultado que se mantém com um único sonotrodo posicionado corretamente na geometria da calha. O tempo de tratamento necessário para atingir o resíduo padrão industrial de 0,1–0,2 cm³/100 g varia entre 5 e 10 minutos no modo de lote — comparável a um desgaseificador rotativo, mas sem consumo de árgon e com refinamento simultâneo do grão.

Rotativo vs. ultrassónico: uma comparação honesta

Mecanismo de remoção do hidrogénio

Os sistemas rotativos baseiam-se na difusão de bolhas de árgon. Em contrapartida, os sistemas ultrassónicos utilizam a cavitação acústica.

Gás portador

A desgaseificação rotativa requer um gás portador. As opções incluem árgon, azoto ou misturas de árgon e cloro. Em comparação, a desgaseificação ultrassónica não requer gás portador.

Risco de contaminação

Os rotores de grafite podem introduzir carbono. Consequentemente, isto pode dar origem à formação de carboneto de alumínio (Al₄C₃). Por outro lado, os sonotrodos de sialon são inertes. Por conseguinte, não introduzem qualquer contaminação.

Geração Dross

A agitação rotativa perturba a superfície da massa fundida. Consequentemente, isto produz grandes volumes de escória. Por outro lado, o tratamento por ultrassons gera cerca de cinco vezes menos escória.

Velocidade de tratamento

A desgaseificação rotativa define a velocidade de referência. Em comparação, o tratamento ultrassónico é cerca de três vezes mais rápido.

Afinamento do grão

Os sistemas rotativos não refinam a estrutura dos grãos. Em vez disso, é necessário um processo ou aditivo separado. Em contrapartida, os sistemas ultrassónicos refinam os grãos em simultâneo. Além disso, não é necessário qualquer aditivo.

Peças móveis

Os equipamentos rotativos possuem peças móveis: rotor, eixo e vedantes. No entanto, os sistemas ultrassónicos não possuem peças móveis na massa fundida.

Qualidade da fusão (Bifilm)

A desgaseificação rotativa proporciona uma melhoria limitada nos níveis de bifilm. Por outro lado, a cavitação ultrassónica rompe os bifilms e, consequentemente, melhora a qualidade da massa fundida.

Custo operacional

Os custos do sistema rotativo incluem o fornecimento de árgon e a substituição frequente do rotor. Em contrapartida, os custos do sistema ultrassónico limitam-se principalmente à manutenção do sonotrodo.

Escalabilidade

Os sistemas rotativos já deram provas da sua eficácia com grandes volumes de material fundido. Da mesma forma, os sistemas ultrassónicos adaptam-se bem a configurações com vários sonotrodos.

A desgaseificação rotativa não está obsoleta. No caso de volumes de fusão muito elevados, com infraestruturas de argónio já estabelecidas, a justificação financeira para a substituição demora algum tempo a concretizar-se. No entanto, para novas instalações, para fundições que estão a avaliar as suas despesas com argónio e para qualquer operação em que a contaminação por grafite tenha sido um problema recorrente de qualidade, a análise económica aponta a favor dos sistemas ultrassónicos — especialmente quando o refinamento do grão é considerado como uma etapa do processo que, de outra forma, exigiria a utilização de uma liga-mestre de TiBAl.

«A desgaseificação por ultrassons produz mais de 5 vezes menos escória do que a desgaseificação rotativa com argônio, ao mesmo tempo que alcança uma cinética de redução de hidrogénio 3 vezes mais rápida do que a remoção de gás por impulsor.» – BCAST da Universidade de Brunel, visão geral do desenvolvimento da desgaseificação por ultrassons

Integração na fundição

O equipamento de desgaseificação por ultrassons não é um sistema monolítico. A configuração depende do processo:

Lote (tratamento em forno ou panela de fusão).

Os operadores inserem o sonotrodo no volume de material fundido com um braço de posicionamento. Submetem o material fundido ao tratamento durante 5 a 10 minutos e, em seguida, retiram a sonda. Esta abordagem requer o menor investimento de capital e funciona com a infraestrutura existente do forno. Os operadores podem deslocar o sonotrodo através de posições programadas para maximizar a cobertura acústica de grandes volumes de material fundido. As instalações modernas recorrem cada vez mais ao posicionamento robótico para esta tarefa.

Em linha (tratamento na canalização ou no poço de recolha).

Os operadores posicionam o sonotrodo num fluxo de metal fundido em movimento — quer no canal entre o forno e a máquina de fundição por corrente contínua, quer diretamente no reservatório de fundição. O sistema trata o metal de forma contínua a caudais de até 100 kg/min em instalações industriais documentadas. As linhas de fundição contínua verticais da Wagstaff e da Bruno Presezzi utilizam esta configuração. Proporciona a maior melhoria de qualidade por tonelada e não tem qualquer impacto no tempo de ciclo.

Híbrido (gás + ultrassónico).

Alguns modelos de sonotrodos incluem um canal central para injeção de gás. Isto permite combinar a injeção de árgon com o campo ultrassónico. Esta combinação permite que as fábricas mantenham a sua infraestrutura de desgaseificação existente, ao mesmo tempo que introduzem um refinamento de grão induzido por cavitação e uma menor produção de escória. As unidades que já têm capital investido em sistemas de abastecimento de gás consideram esta uma via de transição lógica.

Os requisitos do gerador são simples. A Aktive Arc Sarl — a empresa suíça de engenharia ultrassónica responsável pela série de geradores NIMA — concebe sistemas ultrassónicos industriais para o tratamento de alumínio fundido que funcionam normalmente a cerca de 19,7 kHz com acompanhamento automático da frequência, em faixas de potência que vão dos 100 W aos 4 000 W (potências superiores personalizadas a pedido). A sua abordagem de conceção «sem ondas estacionárias» permite o tratamento de grandes volumes de metal fundido sem a heterogeneidade do campo que afetava as instalações iniciais. Em conjunto com a =”https://www.sialon.com”>Sialon Ceramics ApS, a Aktive Arc gere o portal tecnológico conjunto em ultrasonicdegassing.com – onde ambas as empresas apresentam configurações de sistemas integrados que combinam geradores NIMA com sonotrodos cerâmicos da Sialon como uma solução completa de desgaseificação.

Experimente o sistema integrado

A desgaseificação eficaz por ultrassons do alumínio fundido requer a combinação de dois fatores: um gerador capaz de fornecer intensidade acústica suficiente acima do limiar de cavitação no metal líquido e um sonotrodo que resista ao metal fundido sem o contaminar. É essa a combinação que a Sialon Ceramics ApS e a Aktive Arc Sarl desenvolveram em conjunto.

A Sialon Ceramics ApS fabrica os sonotrodos cerâmicos – componentes de oxinitreto de silício e alumínio com um módulo de Young de 345 GPa, comportamento não molhante no alumínio fundido e resistência ao choque térmico ao longo de milhares de ciclos de inserção. Com 40 anos de experiência no desenvolvimento de cerâmicas avançadas para o processamento de metais a temperaturas extremas, os sonotrodos da Sialon são fabricados com tolerâncias de ±0,02 mm e estão classificados para funcionamento contínuo a 1 400 °C em contacto direto com o metal fundido.

A Aktive Arc Sarl (Neuchâtel, Suíça) fornece os sistemas geradores de ultrassons NIMA – concebidos especificamente para o tratamento de metal fundido, com regulação automática da frequência, controlo programável e configurações de potência adaptadas aos volumes de fundição em lote ou contínua. Fundada em 2001 e liderada por Mario Plasencia, a Aktive Arc traz 25 anos de experiência em engenharia de ultrassons de alta potência para a vertente dos geradores.

Em conjunto, ambas as empresas apresentam configurações de sistemas integrados no site ultrasonicdegassing.com. Se a sua fundição estiver a avaliar a desgaseificação por ultrassons — ou se a contaminação por grafite, o consumo de árgon ou os custos da liga-mãe de TiBAl já constituírem preocupações reais —, esse é o ponto de partida para as especificações do sistema adaptadas ao seu volume de fusão e à configuração do processo.

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Perguntas frequentes

De que forma a desgaseificação por ultrassons remove o hidrogénio do alumínio fundido?

As ondas ultrassónicas geram cavitação acústica – milhões de bolhas microscópicas que se formam, oscilam e colapsam na massa fundida. Durante a fase de baixa pressão de cada ciclo de oscilação, o hidrogénio atómico dissolvido difunde-se para dentro das bolhas e recombina-se, formando H₂ molecular. As bolhas fundem-se e flutuam até à superfície, libertando o gás hidrogénio. Este processo pode reduzir o teor de hidrogénio de 0,35 cm³/100 g para 0,17 cm³/100 g (uma redução de 52 %) num único tratamento aplicado a um lote de liga de Al–Si–Mg.

O que é o índice de Bifilm e de que forma o tratamento por ultrassons o afeta?

O índice Bifilm mede o comprimento total das películas de óxido (bifilms) numa secção transversal polida de uma peça fundida. É um indicador direto da qualidade da massa fundida. Além disso, permite prever falhas mecânicas. As bifilms formam-se quando a camada de óxido de alumínio na superfície da massa fundida se dobra sobre si própria. Isto acontece durante o vazamento turbulento. As películas dobradas ficam retidas no metal. A cavitação ultrassónica rompe estas películas de óxido. O processo utiliza ondas de choque que excedem os 400 MPa. Isto reduz o índice Bifilm. Reduz também o número de pontos de início de fissuras. As peças fundidas acabadas apresentam, assim, valores de alongamento significativamente mais elevados.

Por que razão se devem utilizar sonotrodos de cerâmica de sialão em vez de titânio ou grafite?

Os sonotrodos de titânio sofrem erosão rápida no alumínio fundido a temperaturas superiores a 700 °C, contaminando a massa fundida com partículas de titânio. A grafite dissolve-se e introduz carbono, o que pode formar fases de carboneto nas ligas de alumínio. As cerâmicas de sialon são quimicamente inertes ao alumínio fundido, termicamente estáveis até 1 100 °C, com resistência ao choque ao longo de milhares de ciclos térmicos, e possuem um módulo de Young adequado para uma transmissão ultrassónica eficiente. O resultado é um sonotrodo com uma durabilidade significativamente superior e sem qualquer contaminação do material fundido – tornando-o a única classe de materiais que é simultaneamente segura do ponto de vista metalúrgico e viável do ponto de vista mecânico à escala industrial.

É possível integrar a desgaseificação por ultrassons numa linha de fundição contínua por corrente contínua?

Sim. Os engenheiros demonstraram configurações em linha na fundição vertical por refrigeração direta (DC) a caudais de 70–100 kg/min. Estas configurações reduzem a concentração de hidrogénio na massa fundida em fluxo em 1,5–2 vezes. Os operadores podem posicionar o sonotrodo na calha ou no reservatório.

O tratamento em lote também é viável para fornos e conchas de fundição. A principal consideração de conceção é a potência acústica aplicada – a intensidade ultrassónica deve exceder o limiar de cavitação do metal líquido, que é mais elevado do que o da água.

A desgaseificação por ultrassons requer argão ou outros gases de transporte?

Não – essa é uma das suas principais vantagens em relação à desgaseificação rotativa. Os sistemas rotativos necessitam de árgon (ou azoto, ou misturas de cloro e árgon) para retirar o hidrogénio da massa fundida. A cavitação ultrassónica é inteiramente mecânica: o campo acústico cria os pontos de nucleação e expulsa o hidrogénio sem qualquer gás transportador. Isto elimina a aquisição, o armazenamento e a infraestrutura de distribuição de gás, bem como as emissões ambientais associadas. Elimina também a perturbação da camada protetora de óxido de alumínio causada pela injeção de árgon.