Recerca i aplicació de l'estat de desenvolupament de l'escuma metàl·lica

L'escuma metàl·lica és un material metàl·lic porós que forma nombroses bombolles a la matriu metàl·lica, també coneguda com a escuma metàl·lica porosa. Com que té propietats metàl·liques i algunes propietats físiques especials dels no-metalls, ha rebut una atenció generalitzada a casa i a l'estranger. En els darrers anys, s'ha avançat molt en la investigació teòrica sobre el desenvolupament, aplicació i desenvolupament de l'escuma metàl·lica i les seves propietats estructurals.

1. Visió general del desenvolupament de l'escuma metàl·lica a casa ia l'estranger

Des que SOSNIK als Estats Units va afegir per primera vegada mercuri a l'alumini per produir escuma d'alumini l'any 1948, els investigadors han treballat molt en la preparació, la investigació del rendiment i el desenvolupament d'aplicacions del metall escumat. El sistema de mètode és generalment fix, que es pot dividir en mètode de fosa, mètode de deposició de metalls, mètode de metal·lúrgia en pols, mètode de deposició per polvorització, etc. Entre ells, el mètode de fosa és el més econòmic i ha avançat molt en l'aplicació pràctica en els últims anys. anys. Per exemple, l'American Roa Company i els Estats Units i el Japó han produït amb èxit els graus d'aliatge de plom de perfils d'alumini d'escuma 7075 i ALMAG35 mitjançant el mètode d'escuma directa i el mètode de fosa d'inversió, respectivament.

Des de l'aparició de l'escuma metàl·lica fins als anys 70 i 80, la recerca es va centrar principalment en la preparació d'escuma metàl·lica. Per exemple, la solució del problema de l'augment de la viscositat en la preparació d'escuma d'alumini té un gran impuls per a la preparació d'escuma d'alumini; a més, la proposta i aplicació del mecanisme de nucli de bombolles és un gran avenç en la preparació d'escuma metàl·lica. La teoria és com afegir un agent nucleant en el procés de solidificació del metall, que fa possible la formació directa d'escuma metàl·lica.

Ara la producció d'alumini escumat ha estat capaç de dur a terme una producció contínua des de l'escuma fins al procés de conformació.

(A) Per a la producció contínua d'alumini gran; (B) Per a la producció contínua de plaques grans amb un cert gruix; (c) Per a peces de fosa que es poden utilitzar per produir una forma determinada; (D) Per a la producció contínua d'una fosa de forma determinada. Aquest mètode consisteix a obtenir una escuma de metall fos estable d'acord amb la teoria del nucli de la bombolla, i després extreure-la per a l'emmotllament per obtenir un producte acabat de la forma desitjada.

D'altra banda, diversos països han invertit molta mà d'obra i recursos materials per millorar les propietats de l'escuma metàl·lica, i el contingut de la investigació inclou principalment l'aliatge, el tractament tèrmic, el reforç de fibra o altres mètodes de reforç de l'escuma metàl·lica. Entre ells, el material d'escuma porosa d'alta -resistencia Gasser desenvolupat pel metal·lúrgic ucraïnès Shapovalov és el més típic. Aquest material té un alt grau d'integritat estructural i té una resistència i rigidesa molt més alta que els materials d'escuma porosa convencionals.

A més, en els darrers anys també s'ha realitzat en teoria un estudi sistemàtic de les escumes metàl·liques. En primer lloc, en la investigació sobre els paràmetres estructurals de l'escuma metàl·lica, la gent sent cada cop més la particularitat de l'escuma metàl·lica en l'estructura física, no només és un material estructural, sinó un material multifuncional amb moltes propietats físiques. Les seves propietats especials es poden descobrir a partir de la seva estructura. Per exemple, el mesurament i la investigació de la porositat oberta i la porositat tancada dels porus d'escuma metàl·lica, la mesura estadística de la mida dels porus, la mesura de la superfície específica i la influència d'aquests paràmetres en el rendiment de l'escuma metàl·lica. En segon lloc, es tracta d'estudiar les propietats de l'escuma metàl·lica, com ara les característiques de deformació, les característiques d'absorció del so i les característiques d'amortiment de la fricció interna de l'escuma metàl·lica. Aquests estudis proporcionen una base teòrica per a la recerca aplicada.

S'han aconseguit grans èxits en l'aplicació i investigació de l'escuma metàl·lica, i s'han preparat peces petites i grans i han entrat a l'etapa de producció i aplicació d'assaig. Per exemple, l'escuma d'alumini produïda per la japonesa Sumitomo Electric Co., Ltd. s'utilitza per fabricar algunes peces d'automòbils i d'altaveus resistents a la calor-i l'abrasió-; al ferrocarril, l'escuma d'alumini s'utilitza per fer parets insonoritzades per a l'aire-climatització de sales de generació d'energia. A més, l'alumini escumat també s'utilitza com a material de dispositiu a prova de cops-per a instruments de precisió.

La investigació nacional sobre l'escuma metàl·lica només va començar als anys vuitanta. Després de més de 10 anys d'exploració i investigació, algunes unitats de recerca com ara la Universitat del Sud-est, l'Acadèmia de Ciències de Guizhou, la Universitat Tecnològica de Dalian, la fàbrica de processament d'alumini del sud-oest han dominat inicialment el mètode de producció d'escuma metàl·lica. Entre elles, la Universitat del Sud-est i l'Acadèmia de Ciències de Guizhou són les més avançades. En particular, l'Acadèmia de Ciències de Guizhou ha produït amb èxit perfils d'escuma d'alumini a gran-escala utilitzant el mètode d'escuma directa amb agents d'escuma barats. Després de les proves de l'Institut d'Acústica de l'Acadèmia Xinesa de Ciències i altres unitats, els efectes d'absorció de so, blindatge, absorció de cops i resistència a l'impacte, gravetat específica i altres indicadors de rendiment, han assolit els indicadors de productes estrangers similars. En l'actualitat, Southeast University és molt activa en la investigació sobre la preparació i propietats del metall escumat. Es centren principalment en la preparació d'alumini escumat pel mètode de filtració i han dut a terme experiments de simulació amb el mètode de filtració i han preparat l'alumini escumat pel mètode de filtració. Materials compostos de polímers, la Universitat Tecnològica de Hebei ha preparat amb èxit escuma de ferro d'alta -fusió afegint agents de formació de porus-i ha aconseguit resultats gratificants.

Pel que fa a la preparació d'escuma metàl·lica, hi ha moltes investigacions nacionals sobre mètode d'escuma, mètode metal·lúrgic i mètode de percolació, i bàsicament s'han posat al dia amb el nivell dels països desenvolupats estrangers, però la investigació sobre el mètode de producció contínua encara està en blanc i s'ha de desenvolupar per adaptar-se a les condicions domèstiques. Mètode de producció contínua.

Pel que fa al rendiment teòric, la investigació nacional és relativament primerenca i el camp d'investigació es troba bàsicament a nivell internacional líder, com ara la mesura dels paràmetres estructurals de l'escuma metàl·lica, el rendiment de reducció de soroll, el rendiment d'absorció de so sota l'aigua, el rendiment d'amortiment, etc. s'han fet moltes investigacions i s'han aconseguit resultats considerables. El nombre de porus de l'escuma metàl·lica és enorme i les mides són diferents. És extremadament difícil mesurar manualment aquests paràmetres estructurals. A la literatura, la informació gràfica de l'escuma metàl·lica s'introdueix a l'ordinador i es realitza un processament de dades per mesurar el diàmetre mitjà i la distribució de la mida dels porus dels porus. Soluciona el problema de mesurar els paràmetres estructurals de l'escuma metàl·lica. L'escuma metàl·lica és una mena de material lleuger i d'alt amortiment amb llavors d'alta absorció d'energia. La seva característica d'amortiment és la fricció interna no lineal que està estretament relacionada amb l'amplitud de la tensió, però no té una relació significativa amb la freqüència de la tensió. La investigació en aquesta àrea només es va informar a l'estranger l'any 1998.

Pel que fa a l'aplicació, hi ha poques investigacions domèstiques. Tot i que la investigació sobre el rendiment teòric ha proposat moltes possibilitats d'aplicació, està desacoblada del desenvolupament d'aplicacions i no hi ha cap informe sobre l'aplicació d'escuma metàl·lica.

2. Estat de preparació del ferro espumat

Tot i que l'escuma metàl·lica té una història de gairebé 50 anys, la investigació i el desenvolupament de l'escuma metàl·lica es basa principalment en metalls lleugers, especialment la investigació sobre escuma d'alumini és la més extensa. Això es deu al baix punt de fusió de l'alumini i els seus aliatges, a les bones propietats de fosa i al fàcil maneig del metall fos. A més, els materials que es poden utilitzar per fer escuma metàl·lica inclouen metalls de baix punt de fusió com ara cu, Zn i els seus aliatges, però aquests materials són molt menys extensos que la investigació i el desenvolupament de l'escuma d'alumini.

Per a la investigació d'escumes metàl·liques d'alt punt de fusió, hi ha principalment aliatges basats en Ni-, Ti- i D-, i el mètode de producció és principalment la sinterització de la metal·lúrgia en pols. Els informes en aquest sentit només han aparegut en els últims anys, com ara l'ús d'aliatges basats en Ni-per produir elèctrodes porosos prims.

Els informes d'investigació sobre ferro espumat són encara més rars, només es troben alguns informes relacionats sobre ferro-que conté metall d'escuma d'or de Taiwan, un és Cu-Fe. La producció d'escuma metàl·lica sn, en la qual el contingut de Fe (fracció de massa) és del 60% al 80%, i el cu és del 10% al 30%, que s'obté mitjançant la sinterització de la metal·lúrgia en pols, i la seva porositat és del 10% al 35% [3U]; Un altre Fe-Cr-AI. RE Taijin, Fe representa el 70 per cent ~ 8O per cent, també produït pel mètode de sinterització, el Fe existeix en forma de fibres"; també hi ha una pols de Fe i una altra pols metàl·lica adherida a una estructura de graella de resina enganxosa i després sinteritzada per obtenir-la. una fina làmina d'escuma de metall, que s'utilitza com a elèctrode.A més, hi ha informes sobre la preparació d'escuma de ferro pel mètode de filtració i informes sobre la preparació d'escuma de ferro pel mètode de bola buida, però no s'han popularitzat .

En una paraula, la preparació i l'aplicació d'escuma de ferro d'alta -fusió és només en els seus inicis, i el mètode és relativament complex i senzill. Per tant, cal investigar i desenvolupar mètodes de preparació d'escuma de ferro d'-alta fusió i altres metalls de punt de fusió-alt-i els seus aliatges, per tal d'utilitzar-los el més aviat possible. Aquest material funcional amb moltes propietats especials contribueix a la humanitat.

3. Característiques i aplicacions de l'escuma metàl·lica

Com que hi ha molts forats a l'escuma metàl·lica, la mida, el nombre, la uniformitat, la connectivitat i el tancament dels forats afectaran el seu rendiment.

3.1 Paràmetres i característiques estructurals

1) Mida dels porus: la mida dels porus generalment es refereix al diàmetre mitjà dels porus, que és el paràmetre bàsic de l'escuma metàl·lica. La mida dels porus de l'escuma metàl·lica és generalment més gran, O. 1-10mm o més (generalment, l'obertura del metall de pols metal·lúrgia no és superior a 0,3 mm).

2) Porositat total, porositat efectiva: La porositat total es refereix a la relació entre el volum ocupat pels porus i el volum total (que es pot obtenir pel mètode de pesatge). Com que no tots els porus estan connectats entre si, la proporció dels porus connectats al volum total s'anomena porositat efectiva. Només quan tots els porus estan connectats, la porositat L total és igual a la porositat L efectiva. La porositat de l'escuma metàl·lica és relativament alta i la seva porositat està entre el 40 i el 90 per cent.

3) Porositat a través: la relació entre el diàmetre mitjà del canal de porus i el diàmetre mitjà de porus en qualsevol secció és la porositat passant.

4) Gravetat específica i superfície específica: la gravetat específica de l'escuma metàl·lica és lleugera. En general, només 1/10-3/5 del mateix volum de metall. La seva superfície específica és més gran, que és de lO-40 cm²/cm³

3.2 Característiques de rendiment

3.2.1 Pes lleuger i pes específic petit

A causa de l'existència de molts forats grans i petits a la matriu metàl·lica, aquest material és, òbviament, lleuger. La gravetat específica és petita. La gravetat específica de l'alumini escumat oscil·la entre {{0}},2 i 0,5 g/cm, i el seu valor mitjà és només 1/10 del de l'alumini.

3.2.2 Propietats mecàniques

La resistència a la tracció de l'escuma metàl·lica és relativament baixa. La resistència específica també és relativament baixa, però la resistència a la compressió i la resistència a la flexió són elevades. La resistència a la tracció de l'alumini escumat és només aproximadament 1/100 de la de l'alumini, i la resistència específica és d'aproximadament 1/10 de la de l'alumini. L'alumini escumat té poca separabilitat. Per exemple, l'escuma d'alumini no té la ductilitat de l'alumini metàl·lic i gairebé no es produeix cap deformació plàstica sota pressió. El mòdul elàstic de l'alumini escumat mesurat mitjançant la prova de flexió és d'aproximadament 1/50-1/100 del de l'aliatge d'alumini.

3.2.3 Característiques d'absorció d'energia de xoc

El material d'escuma metàl·lica té una xarxa única, una estructura porosa no -direccional i cap efecte de rebot. Mitjançant la prova d'estrès-deformació d'aquest material, s'ha trobat que la seva deformació queda molt endarrerida amb la tensió, i a la línia E de la corba de tensió de compressió-que conté un altiplà llarg, l'escuma metàl·lica és un material amb propietats d'absorció d'energia d'alt impacte.

3.2.4 Propietats termofísiques

El metall escumat generalment té una alta resistència a la calor, fins i tot si la temperatura arriba al punt de fusió de l'aliatge base, no es dissol. Per exemple, els aliatges ALMAG tenen un rang de temperatures de 560-640. C, però l'aliatge d'escuma d'aliatge ALMAG s'escalfa a 1400 a l'atmosfera. C tampoc es dissol.

3.2.5 Rendiment de la transmissió

La permeabilitat és una característica de forquilla-de l'escuma metàl·lica de-cel·la passant. Mitjançant l'ajust de l'estructura dels porus metàl·lics d'escuma (com ara la porositat, la mida dels porus, la porositat a través, etc.). Es poden obtenir materials metàl·lics escumats amb diferents requisits de permeabilitat.

3.2.6 Acústica i Electricitat

Per a l'escuma metàl·lica-perforada, quan l'ona sonora toca la superfície metàl·lica, entra al forat de l'escuma metàl·lica mitjançant una reflexió difusa, i la vibració interna del metall converteix l'energia sonora en energia tèrmica, que fa una funció paper en la reducció del soroll. Les ones electromagnètiques es van utilitzar per provar l'escuma de metall, i es va trobar que l'escuma de metall també tenia l'efecte d'absorbir les ones electromagnètiques, de manera que el metall d'escuma també tenia un efecte de blindatge sobre les ones electromagnètiques.

3.3 Aplicació d'escuma metàl·lica

A la vista dels diferents tipus d'escuma metàl·lica esmentades anteriorment, hi ha molts camps d'aplicació corresponents de l'escuma metàl·lica. La necessitat d'aplicació és també la importància del desenvolupament d'aquest nou tipus de material.

3.3.1 Utilitzar excel·lents propietats termofísiques

El metall escumat té una gran àrea de superfície específica i es pot utilitzar per fer intercanviadors de calor i radiadors per a metall escumat de cèl·lules passant-; per a metall escumat de cèl·lules tancades-, es pot utilitzar com a material d'aïllament tèrmic.

3.3.2 Utilitzar les característiques d'absorció d'energia de xoc

És un dels usos importants de l'escuma metàl·lica per a la fabricació d'amortidors i amortidors. Les seves aplicacions van des del deflector d'impacte del cotxe fins al tren d'aterratge de la nau espacial, i s'ha utilitzat amb èxit en ascensors, coixinets de seguretat de transportadors i revestiments-absorbents d'energia per a escuts de triturador d'alta-velocitat. .

3.3.3 Utilització de la permeabilitat

Utilitzant la permeabilitat de l'escuma metàl·lica, es pot utilitzar com a material important per a la preparació de filtres. En comparació amb el metall porós de la metal·lúrgia en pols, té les característiques de gran mida de porus i alta porositat, i el filtre fet amb ell té una àmplia gamma d'aplicacions, que es poden utilitzar per filtrar partícules sòlides de líquids, aire o altres fluxos d'aire.

3.3.4 Ús de propietats acústiques i electromagnètiques

Utilitzant les propietats d'absorció de so-de l'escuma metàl·lica, s'utilitza principalment per a la reducció del soroll i la reducció del soroll, com ara silenciadors d'atenuació per a centrals elèctriques de vapor, eines pneumàtiques, cotxes, etc. Al Japó, s'han obtingut resultats prometedors en Sales de generadors de trens d'alta-velocitat, estudis de gravació de ràdio i absorció de so Shinkansen.

3.3.5 Altres usos

El metall de bombolles també es pot utilitzar a la indústria de la construcció, com ara peces decoratives interiors i exteriors d'edificis, murs cortina, parets, etc.; també es pot utilitzar com a suport d'ordinador; diverses caixes d'embalatge, etc... Utilitzant la resistència al foc de l'escuma metàl·lica, es pot utilitzar per a materials refractaris en indústries com la construcció; o processant els seus forats, es pot utilitzar per a materials ignífugs. A la indústria química, es pot utilitzar com a portador de catalitzador. A més, l'escuma metàl·lica també es pot utilitzar com a elèctrode porós.

En resum, l'aplicació d'escuma metàl·lica és bastant extensa, es pot utilitzar en molts camps com ara la indústria de la construcció, la indústria de l'aviació, la indústria informàtica, la indústria del transport i l'embalatge, i amb la millora contínua del procés de producció de metalls d'escuma i la seva investigació i desenvolupament Amb l'aprofundiment continu, el camp d'aplicació de l'escuma metàl·lica encara s'està expandint. Per tant, la investigació i el desenvolupament d'escuma metàl·lica té un gran valor d'aplicació pràctica.