Badania i zastosowanie stanu rozwoju pianki metalowej

Pianka metalowa to porowaty materiał metaliczny, który tworzy liczne pęcherzyki w metalowej osnowie, znany również jako porowata pianka metalowa. Ponieważ ma zarówno właściwości metalowe, jak i pewne specjalne właściwości fizyczne nie-metali, cieszy się szerokim zainteresowaniem w kraju i za granicą. W ostatnich latach dokonał się ogromny postęp w badaniach teoretycznych nad rozwojem, zastosowaniem i rozwojem spienionego metalu i jego właściwości strukturalnych.

1. Przegląd rozwoju metalu piankowego w kraju i za granicą

Odkąd firma SOSNIK w Stanach Zjednoczonych po raz pierwszy dodała rtęć do aluminium w celu produkcji spienionego aluminium w 1948 r., naukowcy wykonali wiele pracy nad przygotowaniem, badaniami wydajności i rozwojem zastosowań spienionego metalu. System metod jest ogólnie ustalony, który można podzielić na metodę odlewania, metodę osadzania metalu, metodę metalurgii proszków, metodę osadzania natryskowego itp. Wśród nich metoda odlewania jest najbardziej ekonomiczna i poczyniła ogromne postępy w praktycznym zastosowaniu w ostatnich latach lat. Na przykład American Roa Company oraz Stany Zjednoczone i Japonia z powodzeniem wyprodukowały stop ołowiu w postaci profili aluminiowych piankowych 7075 i ALMAG35 odpowiednio metodą spieniania bezpośredniego i metodą odlewania metodą traconego wosku.

Od pojawienia się pianki metalowej do lat 70. i 80. XX wieku badania koncentrowały się głównie na przygotowaniu pianki metalowej. Na przykład rozwiązanie problemu wzrostu lepkości przy wytwarzaniu pianki aluminiowej ma duży bodziec do wytwarzania pianki aluminiowej; ponadto propozycja i zastosowanie mechanizmu bąbelkowego to wielki przełom w przygotowaniu spienionego metalu. Teoria jest jak dodanie środka zarodkującego w procesie krzepnięcia metalu, co umożliwia bezpośrednie formowanie pianki metalowej.

Teraz produkcja spienionego aluminium może prowadzić ciągłą produkcję od spieniania do procesu formowania.

(A) Do ciągłej produkcji dużego aluminium; (B) Do ciągłej produkcji dużych płyt o określonej grubości; (c) Do odlewów, które można wykorzystać do wytworzenia określonego kształtu; (D) Do ciągłej produkcji odlewu o określonym kształcie. Metoda ta polega na otrzymywaniu stabilnej pianki stopionego metalu zgodnie z teorią rdzenia pęcherzykowego, a następnie wyciąganiu jej do formowania w celu uzyskania gotowego produktu o pożądanym kształcie.

Z drugiej strony, różne kraje zainwestowały dużo siły roboczej i zasobów materiałowych, aby poprawić właściwości metalu piankowego, a zawartość badań obejmuje głównie tworzenie stopów, obróbkę cieplną, wzmacnianie włóknami lub inne metody wzmacniania metalu piankowego. Wśród nich najbardziej typowa jest wysokowytrzymała porowata pianka Gasser, opracowana przez ukraińskiego metalurga Shapovalova. Materiał ten ma wysoki stopień integralności strukturalnej i ma znacznie wyższą wytrzymałość i sztywność niż konwencjonalne porowate materiały piankowe.

Ponadto w ostatnich latach prowadzono również systematyczne badania pianek metalowych w teorii. Przede wszystkim w badaniach nad parametrami strukturalnymi pianki metalowej coraz częściej odczuwa się specyfikę pianki metalowej w strukturze fizycznej, jest to nie tylko materiał konstrukcyjny, ale materiał wielofunkcyjny o wielu właściwościach fizycznych. Jego szczególne właściwości można poznać po jego budowie. Na przykład pomiar i badanie porowatości otwartej i zamkniętej porów spienionego metalu, statystyczny pomiar wielkości porów, pomiar pola powierzchni właściwej i wpływu tych parametrów na właściwości spienionego metalu. Po drugie, badane są właściwości spienionego metalu, takie jak charakterystyka odkształcenia, charakterystyka pochłaniania dźwięku i charakterystyka tłumienia tarcia wewnętrznego spienionego metalu. Badania te dostarczają teoretycznej podstawy dla badań stosowanych.

Wielkie osiągnięcia osiągnięto w zastosowaniu i badaniach spienionego metalu, przygotowano małe i duże elementy, które weszły w fazę próbnej produkcji i aplikacji. Na przykład pianka aluminiowa produkowana przez japońską firmę Sumitomo Electric Co., Ltd. jest wykorzystywana do produkcji niektórych części samochodów odpornych na ciepło-i ścieranie-oraz części głośników; na kolei pianka aluminiowa jest używana do wykonywania dźwiękoszczelnych ścian w pomieszczeniach klimatyzacji -klimatyzacji. Ponadto spienione aluminium jest również używane jako materiał odporny na wstrząsy-przyrządy precyzyjne.

Krajowe badania nad metalem piankowym rozpoczęły się dopiero w latach 80. XX wieku. Po ponad 10 latach poszukiwań i badań niektóre jednostki badawcze, takie jak Southeast University, Guizhou Academy of Sciences, Dalian University of Technology, Southwest Aluminium Processing Factory początkowo opanowały metodę produkcji spienionego metalu. Wśród nich najbardziej zaawansowane są Southeast University i Guizhou Academy of Sciences. W szczególności Akademia Nauk w Guizhou z powodzeniem wyprodukowała na dużą skalę-profile z pianki aluminiowej, stosując metodę bezpośredniego spieniania przy użyciu tanich środków spieniających. Po testach przeprowadzonych przez Instytut Akustyki Chińskiej Akademii Nauk i innych jednostek, efekty pochłaniania dźwięku, ekranowania, amortyzacji i odporności na uderzenia, ciężar właściwy i inne wskaźniki wydajności osiągnęły wskaźniki podobnych produktów zagranicznych. Obecnie Southeast University jest bardzo aktywny w badaniach nad przygotowaniem i właściwościami spienionego metalu. Skupiają się głównie na przygotowaniu spienionego aluminium metodą przesączania i przeprowadzili eksperymenty symulacyjne metody przesączania i przygotowali spienione aluminium metodą przesączania. Polimerowe materiały kompozytowe Politechnika Hebei z powodzeniem przygotowała wysoko-topliwą piankę żelazną poprzez dodanie środków-formujących pory i osiągnęła zadowalające wyniki.

Jeśli chodzi o przygotowanie spienionego metalu, istnieje wiele krajowych badań dotyczących metody spieniania, metody metalurgicznej i metody perkolacji, które w zasadzie dorównały poziomowi zagranicznych krajów rozwiniętych, ale badania nad metodą ciągłej produkcji wciąż są puste, a musi zostać rozwinięty, aby dostosować się do warunków domowych. Metoda produkcji ciągłej.

Pod względem wydajności teoretycznej badania krajowe są stosunkowo wczesne, a dziedzina badań jest zasadniczo na międzynarodowym, wiodącym poziomie, takim jak pomiar parametrów strukturalnych metalu piankowego, wydajność redukcji hałasu, wydajność pochłaniania dźwięku pod wodą, wydajność tłumienia itp. A przeprowadzono wiele badań i osiągnięto znaczące wyniki. Ilość porów w piance metalowej jest ogromna, a rozmiary są różne. Niezwykle trudno jest ręcznie zmierzyć te parametry strukturalne. W literaturze informacje graficzne dotyczące spienionego metalu są wprowadzane do komputera, a dane są przetwarzane w celu pomiaru średniej średnicy i rozkładu wielkości porów w porach. Rozwiązuje problem pomiaru parametrów strukturalnych spienionego metalu. Pianka metalowa jest rodzajem lekkiego i silnie tłumiącego materiału z nasionami o wysokiej absorpcji energii. Jego charakterystyką tłumienia jest nieliniowe tarcie wewnętrzne, które jest ściśle związane z amplitudą odkształcenia, ale nie ma istotnego związku z częstotliwością odkształcenia. Badania w tym zakresie zostały zgłoszone za granicą dopiero w 1998 roku.

Pod względem aplikacyjnym niewiele jest badań krajowych. Chociaż badania nad wydajnością teoretyczną zaproponowały wiele możliwości zastosowań, są one oddzielone od rozwoju aplikacji i nie ma doniesień na temat zastosowania spienionego metalu.

2. Stan przygotowania spienionego żelaza

Chociaż pianka metalowa ma prawie 50-letnią historię, badania i rozwój pianki metalowej opierają się głównie na metalach lekkich, zwłaszcza badania nad spienionym aluminium są najbardziej rozległe. Wynika to z niskiej temperatury topnienia aluminium i jego stopów, dobrych właściwości odlewniczych i łatwej obsługi stopionego metalu. Ponadto materiały, które można wykorzystać do produkcji spienionego metalu, obejmują metale o niskiej temperaturze topnienia, takie jak cu, Zn i ich stopy, ale materiały te są znacznie mniej obszerne niż badania i rozwój spienionego aluminium.

Do badań pianki metalowej o wysokiej temperaturze topnienia stosuje się głównie stopy na bazie Ni-, Ti- i D-, a metodą produkcji jest głównie spiekanie w metalurgii proszków. Doniesienia w tym zakresie pojawiły się dopiero w ostatnich latach, takie jak zastosowanie stopów na bazie Ni- do produkcji cienkich porowatych elektrod.

Raporty badawcze dotyczące spienionego żelaza są jeszcze rzadsze, znaleziono tylko kilka powiązanych raportów dotyczących żelaza-zawierającego tajwański złoty spieniony metal, jeden to Cu-Fe. Produkcja spienionego metalu sn, w którym zawartość Fe (ułamek masowy) wynosi od 60 do 80 procent, a cu od 10 do 30 procent, który uzyskuje się przez spiekanie w metalurgii proszków, a jego porowatość wynosi od 10 do 35 procent [3U]; Kolejna Fe-Cr-AI. RE Taijin, Fe stanowi 70 procent ~ 80 procent, również wytwarzany metodą spiekania, Fe występuje w postaci włókien”; istnieje również proszek Fe i inny proszek metalowy przylegający do lepkiej struktury siatki z żywicy, a następnie spiekany w celu uzyskania cienką blachę piankową metalową, która jest wykorzystywana jako elektroda.Ponadto istnieją doniesienia o wytwarzaniu pianki żelaznej metodą przesiąkania oraz doniesienia o wytwarzaniu pianki żelaznej metodą kuli wklęsłej, ale nie zostały one spopularyzowane .

Jednym słowem, przygotowanie i aplikacja wysokotopliwej piany żelaznej jest dopiero w powijakach, a metoda jest stosunkowo złożona i prosta. Dlatego konieczne jest zbadanie i opracowanie metod przygotowania piany żelaznej -wysokotopliwej i innych metali o wysokiej-temperaturze-topnienia i ich stopów, aby móc je jak najszybciej wykorzystać Ten funkcjonalny materiał o wielu specjalnych właściwościach przyczynia się do rozwoju ludzkości.

3. Charakterystyka i zastosowania pianki metalowej

Ponieważ w piance metalowej jest wiele otworów, rozmiar, liczba, jednorodność, łączność i zamknięcie otworów będą miały wpływ na jego działanie.

3.1 Parametry i właściwości strukturalne

1) Wielkość porów: Wielkość porów ogólnie odnosi się do średniej średnicy porów, która jest podstawowym parametrem spienionego metalu. Rozmiar porów metalu piankowego jest na ogół większy, 0,10mm lub więcej (zazwyczaj otwór metalu metalurgii proszków jest nie większy niż 0,3 mm).

2) Porowatość całkowita, porowatość efektywna: Porowatość całkowita odnosi się do stosunku objętości zajmowanej przez pory do objętości całkowitej (którą można uzyskać metodą ważenia). Ponieważ nie wszystkie pory są ze sobą połączone, stosunek połączonych porów do całkowitej objętości nazywany jest porowatością efektywną. Dopiero gdy wszystkie pory są połączone, całkowita porowatość L jest równa efektywnej porowatości L. Porowatość pianki metalowej jest stosunkowo wysoka, a jej porowatość wynosi od 40 do 90 procent.

3) Porowatość przelotowa: stosunek średniej średnicy kanału porów do średniej średnicy porów na dowolnym przekroju jest porowatością przelotową.

4) Ciężar właściwy i powierzchnia właściwa: ciężar właściwy spienionego metalu jest lekki. Generalnie tylko 1/10-3/5 tej samej objętości metalu. Jego powierzchnia właściwa jest większa i wynosi 10-40 cm²/cm³

3.2 Charakterystyka wydajności

3.2.1 Lekka waga i mały ciężar właściwy

Ze względu na istnienie wielu dużych i małych otworów w metalowej osnowie, materiał ten jest oczywiście lekki. Ciężar właściwy jest niewielki. Ciężar właściwy spienionego aluminium waha się od {{0}}.2 do 0,5 g/cm, a jego średnia wartość wynosi tylko 1/10 ciężaru aluminium.

3.2.2 Właściwości mechaniczne

Wytrzymałość na rozciąganie spienionego metalu jest stosunkowo niska. Wytrzymałość właściwa jest również stosunkowo niska, ale wytrzymałość na ściskanie i wytrzymałość na zginanie są wysokie. Wytrzymałość na rozciąganie spienionego aluminium wynosi tylko około 1/100 wytrzymałości aluminium, a wytrzymałość właściwa wynosi około 1/10 wytrzymałości aluminium. Spienione aluminium ma niską podzielność. Na przykład pianka aluminiowa nie ma plastyczności metalowego aluminium, a pod ciśnieniem prawie nie występuje odkształcenie plastyczne. Moduł sprężystości spienionego aluminium mierzony w próbie zginania wynosi około 1/50-1/100 modułu stopu aluminium.

3.2.3 Charakterystyka absorpcji energii uderzeniowej

Materiał piankowy ma unikalną sieć, niekierunkową, porowatą strukturę- i nie ma efektu odbicia. Podczas testu naprężeń-odkształcenia tego materiału stwierdzono, że jego odkształcenie pozostaje w tyle za naprężeniem, a w naprężeniu ściskającym-krzywa odkształcenia linia E Zawierająca długi płaskowyż pianka metalowa jest materiałem o wysokich właściwościach pochłaniania energii uderzenia.

3.2.4 Właściwości termofizyczne

Spieniony metal na ogół ma wysoką odporność na ciepło, nawet jeśli temperatura osiągnie temperaturę topnienia stopu podstawowego, nie rozpuści się. Na przykład stopy ALMAG mają zakres temperatur 560-640. C, ale stop pianki ALMAG jest podgrzewany do 1400 w atmosferze. C również się nie rozpuszcza.

3.2.5 Wydajność transmisji

Przepuszczalność jest rozwidleniem-charakterystycznym-pianki z metalu komórkowego. Poprzez regulację struktury porów metalu pianki (takich jak porowatość, wielkość porów, porowatość itp.). Można otrzymać spienione materiały metalowe o różnych wymaganiach dotyczących przepuszczalności.

3.2.6 Akustyka i elektryczność

W przypadku -otworowej pianki metalowej, gdy fala dźwiękowa dotyka metalowej powierzchni, wchodzi do otworu w metalowej piance poprzez rozproszone odbicie, a wewnętrzne wibracje metalu przekształcają energię dźwięku w energię cieplną, która odgrywa rola w redukcji hałasu. Fale elektromagnetyczne zostały użyte do testowania metalu piankowego i stwierdzono, że metal piankowy ma również efekt pochłaniania fal elektromagnetycznych, więc metal piankowy ma również wpływ na ekranowanie fal elektromagnetycznych.

3.3 Zastosowanie spienionego metalu

Z uwagi na różne rodzaje metalu piankowego wspomniane powyżej, istnieje wiele odpowiednich dziedzin zastosowań metalu piankowego. Potrzeba aplikacji to także znaczenie rozwoju tego nowego rodzaju materiału.

3.3.1 Wykorzystaj doskonałe właściwości termofizyczne

Spieniony metal ma dużą powierzchnię właściwą i może być używany do wytwarzania wymienników ciepła i grzejników z metalu spienionego -komórkowego; w przypadku spienionego metalu o zamkniętych-komórkach może być stosowany jako materiał termoizolacyjny.

3.3.2 Wykorzystaj charakterystykę absorpcji energii uderzenia

Jest to jedno z ważnych zastosowań spienionego metalu do produkcji zderzaków i amortyzatorów. Jej zastosowania obejmują przegrodę uderzeniową samochodu, podwozie statku kosmicznego i są z powodzeniem stosowane w windach, podkładkach bezpieczeństwa przenośników i okładzinach pochłaniających-energię w osłonach-szybkich szlifierek .

3.3.3 Wykorzystanie przepuszczalności

Wykorzystując przepuszczalność pianki metalowej, może być stosowany jako ważny materiał do przygotowania filtrów. W porównaniu z porowatym metalem metalurgii proszków, charakteryzuje się dużym rozmiarem porów i wysoką porowatością, a wykonany z niego filtr ma szeroki zakres zastosowań, które można wykorzystać do odfiltrowania cząstek stałych z cieczy, powietrza lub innych strumieni powietrza.

3.3.4 Wykorzystanie właściwości akustycznych i elektromagnetycznych

Wykorzystując właściwości pochłaniania dźwięku- spienionego metalu, jest on używany głównie do tłumienia hałasu i tłumienia hałasu, takich jak tłumiki w elektrowniach parowych, narzędzia pneumatyczne, samochody itp. W Japonii uzyskano obiecujące wyniki w Pomieszczenia generatorów szybkich-pociągów, studia nagrań radiowych i systemy pochłaniania dźwięku Shinkansen.

3.3.5 Inne zastosowania

Metal bąbelkowy może być również stosowany w budownictwie, np. wewnętrzne i zewnętrzne elementy dekoracyjne budynków, ściany osłonowe, ściany itp.; może służyć również jako podstawka pod komputer; różne pudełka do pakowania itp. … Wykorzystując ognioodporność pianki metalowej, może być stosowany do materiałów ogniotrwałych w branżach takich jak budownictwo; lub przetwarzając jego otwory, można go stosować do materiałów ognioodpornych. W przemyśle chemicznym może być stosowany jako nośnik katalizatora. Ponadto pianka metalowa może być również stosowana jako porowata elektroda.

Podsumowując, zastosowanie spienionego metalu jest dość szerokie, może być wykorzystywane w wielu dziedzinach, takich jak budownictwo, przemysł lotniczy, przemysł komputerowy, transport i przemysł opakowaniowy, a przy ciągłym doskonaleniu procesu produkcji spienionego metalu i jego badań rozwój Wraz z ciągłym pogłębianiem, obszar zastosowań spienionego metalu wciąż się rozszerza. Dlatego badania i rozwój spienionego metalu mają dużą wartość praktyczną.