Ricerca e applicazione dello stato di sviluppo della schiuma metallica

La schiuma metallica è un materiale metallico poroso che forma numerose bolle nella matrice metallica, noto anche come schiuma metallica porosa. Poiché ha sia proprietà metalliche che alcune proprietà fisiche speciali dei non{0}}metalli, ha ricevuto ampia attenzione in patria e all'estero. Negli ultimi anni sono stati compiuti grandi progressi nella ricerca teorica sullo sviluppo, l'applicazione e lo sviluppo del metallo espanso e delle sue proprietà strutturali.

1. Panoramica dello sviluppo della schiuma metallica in patria e all'estero

Da quando SOSNIK negli Stati Uniti ha aggiunto per la prima volta il mercurio all'alluminio per produrre alluminio espanso nel 1948, i ricercatori hanno svolto molto lavoro sulla preparazione, la ricerca sulle prestazioni e lo sviluppo di applicazioni del metallo espanso. Il sistema del metodo è generalmente fisso, che può essere suddiviso in metodo di colata, metodo di deposizione di metalli, metodo di metallurgia delle polveri, metodo di deposizione a spruzzo, ecc. Tra questi, il metodo di colata è il più economico e negli ultimi tempi ha fatto grandi progressi nell'applicazione pratica anni. Ad esempio, l'American Roa Company, gli Stati Uniti e il Giappone hanno prodotto con successo le leghe di piombo 7075 e i profili di alluminio espanso ALMAG35 rispettivamente con il metodo della schiumatura diretta e il metodo della microfusione.

Dalla comparsa della schiuma metallica agli anni '70 e '80, la ricerca si è concentrata principalmente sulla preparazione della schiuma metallica. Ad esempio, la soluzione del problema dell'aumento della viscosità nella preparazione della schiuma di alluminio ha un grande impulso per la preparazione della schiuma di alluminio; inoltre, la proposta e l'applicazione del meccanismo del nucleo a bolle è una grande svolta nella preparazione del metallo espanso. La teoria è come l'aggiunta di un agente nucleante nel processo di solidificazione del metallo, che rende possibile la formazione diretta di schiuma metallica.

Ora la produzione di alluminio schiumato è stata in grado di effettuare una produzione continua dalla schiumatura al processo di formatura.

(A) Per la produzione continua di alluminio di grandi dimensioni; (B) Per la produzione continua di lastre di grandi dimensioni con un certo spessore; (c) Per getti che possono essere utilizzati per produrre una determinata forma; (D) Per la produzione continua di una certa forma fusa. Questo metodo consiste nell'ottenere una schiuma di metallo fuso stabile secondo la teoria del nucleo a bolle, quindi estrarla per lo stampaggio per ottenere un prodotto finito della forma desiderata.

D'altra parte, vari paesi hanno investito molta manodopera e risorse materiali per migliorare le proprietà della schiuma metallica e il contenuto della ricerca include principalmente leghe, trattamento termico, rinforzo in fibra o altri metodi di rinforzo della schiuma metallica. Tra questi, il materiale in schiuma porosa ad alta{0}}resistenza Gasser sviluppato dal metallurgista ucraino Shapovalov è il più tipico. Questo materiale ha un alto grado di integrità strutturale e ha una resistenza e rigidità molto più elevate rispetto ai tradizionali materiali espansi porosi.

Inoltre, negli ultimi anni è stato condotto in teoria anche uno studio sistematico delle schiume metalliche. Innanzitutto, nella ricerca sui parametri strutturali della schiuma metallica, le persone avvertono sempre più la particolarità della schiuma metallica nella struttura fisica, non è solo un materiale strutturale, ma un materiale multifunzionale con molte proprietà fisiche. Le sue proprietà speciali possono essere trovate dalla sua struttura. Ad esempio, la misurazione e la ricerca della porosità aperta e chiusa dei pori del metallo espanso, la misurazione statistica della dimensione dei pori, la misurazione dell'area superficiale specifica e l'influenza di questi parametri sulle prestazioni del metallo espanso. In secondo luogo, è studiare le proprietà della schiuma metallica, come le caratteristiche di deformazione, le caratteristiche di assorbimento acustico e le caratteristiche di attrito interno di smorzamento della schiuma metallica. Questi studi forniscono una base teorica per la ricerca applicata.

Grandi risultati sono stati raggiunti nell'applicazione e nella ricerca del metallo espanso, e sono stati preparati pezzi piccoli e grandi che sono entrati nella fase di produzione e applicazione di prova. Ad esempio, la schiuma di alluminio prodotta dalla giapponese Sumitomo Electric Co., Ltd. viene utilizzata per produrre parti di automobili e parti di altoparlanti{0}}resistenti al calore e all'abrasione{1}}; sulle ferrovie, la schiuma di alluminio viene utilizzata per realizzare pareti insonorizzate per i locali{2}}di condizionamento dell'energia. Inoltre, l'alluminio schiumato viene utilizzato anche come materiale per dispositivi antiurto-per strumenti di precisione.

La ricerca interna sulla schiuma metallica è iniziata solo negli anni '80. Dopo oltre 10 anni di esplorazione e ricerca, alcune unità di ricerca come la Southeast University, la Guizhou Academy of Sciences, la Dalian University of Technology, la Southwest Aluminium Processing Factory hanno inizialmente imparato il metodo di produzione del metallo espanso. Tra queste, la Southeast University e la Guizhou Academy of Sciences sono le più avanzate. In particolare, l'Accademia delle scienze di Guizhou ha prodotto con successo-profili in schiuma di alluminio su larga scala utilizzando il metodo della schiumatura diretta con agenti schiumogeni economici. Dopo i test dell'Istituto di acustica dell'Accademia cinese delle scienze e di altre unità, gli effetti di assorbimento acustico, schermatura, assorbimento degli urti e resistenza agli urti, gravità specifica e altri indicatori di prestazione hanno raggiunto gli indicatori di prodotti stranieri simili. Attualmente, la Southeast University è molto attiva nella ricerca sulla preparazione e le proprietà del metallo espanso. Si concentrano principalmente sulla preparazione dell'alluminio espanso con il metodo dell'infiltrazione e hanno effettuato esperimenti di simulazione sul metodo dell'infiltrazione e hanno preparato l'alluminio espanso con il metodo dell'infiltrazione. Materiali compositi polimerici, la Hebei University of Technology ha preparato con successo schiuma di ferro-ad alto punto di fusione aggiungendo agenti di formazione dei pori-, ottenendo risultati soddisfacenti.

In termini di preparazione del metallo espanso, ci sono molte ricerche interne sul metodo di schiumatura, sul metodo metallurgico e sul metodo di percolazione, e hanno sostanzialmente raggiunto il livello dei paesi sviluppati esteri, ma la ricerca sul metodo di produzione continua è ancora vuota e deve essere sviluppato per adattarsi alle condizioni domestiche. Metodo di produzione continua.

In termini di prestazioni teoriche, la ricerca nazionale è relativamente precoce e il campo di ricerca è fondamentalmente a livello internazionale, come la misurazione dei parametri strutturali del metallo espanso, le prestazioni di riduzione del rumore, le prestazioni di assorbimento acustico subacqueo, le prestazioni di smorzamento, ecc. A molte ricerche sono state fatte e hanno ottenuto risultati considerevoli. Il numero di pori nella schiuma metallica è enorme e le dimensioni sono diverse. È estremamente difficile misurare manualmente questi parametri strutturali. In letteratura, le informazioni grafiche del metallo espanso vengono immesse nel computer e l'elaborazione dei dati viene eseguita per misurare il diametro medio e la distribuzione delle dimensioni dei pori dei pori. Risolve il problema della misurazione dei parametri strutturali del metallo espanso. La schiuma metallica è un tipo di materiale leggero e ad alto smorzamento con semi ad alto assorbimento di energia. La sua caratteristica di smorzamento è l'attrito interno non lineare che è strettamente correlato all'ampiezza della deformazione, ma non ha una relazione significativa con la frequenza della deformazione. La ricerca in questo settore è stata segnalata all'estero solo nel 1998.

In termini di applicazione, ci sono poche ricerche interne. Sebbene la ricerca sulle prestazioni teoriche abbia proposto molte possibilità applicative, è disaccoppiata dallo sviluppo delle applicazioni e non esiste alcun rapporto sull'applicazione della schiuma di metallo.

2. Stato di preparazione del ferro schiumato

Sebbene la schiuma metallica abbia una storia di quasi 50 anni, la ricerca e lo sviluppo della schiuma metallica si basa principalmente su metalli leggeri, in particolare la ricerca sull'alluminio schiumato è la più ampia. Ciò è dovuto al basso punto di fusione dell'alluminio e delle sue leghe, alle buone proprietà di colata e alla facile manipolazione del metallo fuso. Inoltre, i materiali che possono essere utilizzati per produrre schiuma metallica includono metalli a basso punto di fusione come cu, Zn e loro leghe, ma questi materiali sono molto meno estesi rispetto alla ricerca e sviluppo di schiuma di alluminio.

Per la ricerca di schiume metalliche ad alto punto di fusione, ci sono principalmente leghe a base di Ni-, Ti- e D{2}}e il metodo di produzione è principalmente la sinterizzazione della metallurgia delle polveri. Rapporti al riguardo sono apparsi solo negli ultimi anni, come l'uso di leghe a base di Ni-per produrre elettrodi porosi sottili.

I rapporti di ricerca sul ferro schiumato sono ancora più rari, sono stati trovati solo alcuni rapporti correlati sul ferro{0}}contenente schiuma metallica dorata di Taiwan, uno è Cu-Fe. La produzione di metallo espanso sn, in cui il contenuto di Fe (frazione di massa) è compreso tra il 60% e l'80% e il cu è compreso tra il 10% e il 30%, ottenuto mediante sinterizzazione della metallurgia delle polveri e la sua porosità è compresa tra il 10% e il 35% [3U]; Un altro Fe-Cr-AI. RE Taijin, Fe rappresenta il 70 percento ~ 8O percento, prodotto anche con il metodo di sinterizzazione, Fe esiste sotto forma di fibre"; c'è anche una polvere di Fe e un'altra polvere di metallo aderite a una struttura a griglia di resina appiccicosa, e quindi sinterizzate per ottenere un sottile foglio di schiuma di metallo, che viene utilizzato come elettrodo.Inoltre, ci sono rapporti sulla preparazione della schiuma di ferro con il metodo delle infiltrazioni e rapporti sulla preparazione della schiuma di ferro con il metodo della sfera cava, ma non sono stati resi popolari .

In una parola, la preparazione e l'applicazione della schiuma di ferro ad alto{0}}fusione è solo agli inizi e il metodo è relativamente complesso e semplice. Pertanto, è necessario ricercare e sviluppare metodi di preparazione per schiuma di ferro alto-e altri metalli-alto punto di fusione{3}}e loro leghe, al fine di utilizzarli il prima possibile Questo materiale funzionale con molte proprietà speciali contribuisce all'umanità.

3. Caratteristiche e applicazioni della schiuma metallica

Poiché ci sono molti fori nella schiuma metallica, le dimensioni, il numero, l'uniformità, la connettività e la chiusura dei fori influenzeranno le sue prestazioni.

3.1 Parametri e caratteristiche strutturali

1) Dimensione dei pori: la dimensione dei pori si riferisce generalmente al diametro medio dei pori, che è il parametro di base del metallo espanso. La dimensione dei pori della schiuma di metallo è generalmente maggiore, O. 1-10 mm o più (generalmente, l'apertura della metallurgia delle polveri non è superiore a 0,3 mm).

2) Porosità totale, porosità effettiva: La porosità totale si riferisce al rapporto tra il volume occupato dai pori e il volume totale (che può essere ottenuto con il metodo di pesatura). Poiché non tutti i pori sono collegati tra loro, il rapporto tra i pori collegati e il volume totale è chiamato porosità effettiva. Solo quando tutti i pori sono collegati, la porosità L totale è uguale alla porosità L effettiva. La porosità della schiuma metallica è relativamente alta e la sua porosità è compresa tra il 40% e il 90%.

3) Porosità passante: il rapporto tra il diametro medio del canale dei pori e il diametro medio dei pori su qualsiasi sezione è la porosità passante.

4) Peso specifico e superficie specifica: il peso specifico del metallo espanso è leggero. Generalmente solo 1/10-3/5 dello stesso volume di metallo. La sua superficie specifica è maggiore, che è lO-40cm²/cm³

3.2 Caratteristiche prestazionali

3.2.1 Peso leggero e peso specifico ridotto

A causa dell'esistenza di molti fori grandi e piccoli nella matrice metallica, questo materiale è ovviamente leggero. Il peso specifico è piccolo. Il peso specifico dell'alluminio espanso varia da {0}},2 a 0,5 g/cm e il suo valore medio è solo 1/10 di quello dell'alluminio.

3.2.2 Proprietà meccaniche

La resistenza alla trazione del metallo espanso è relativamente bassa. Anche la resistenza specifica è relativamente bassa, ma la resistenza alla compressione e alla flessione sono elevate. La resistenza alla trazione dell'alluminio schiumato è solo circa 1/100 di quella dell'alluminio e la resistenza specifica è circa 1/10 di quella dell'alluminio. L'alluminio schiumato ha una bassa separabilità. Ad esempio, la schiuma di alluminio non ha la duttilità dell'alluminio metallico e sotto pressione non si verifica quasi nessuna deformazione plastica. Il modulo elastico dell'alluminio espanso misurato mediante prova di flessione è di circa 1/50-1/100 di quello della lega di alluminio.

3.2.3 Caratteristiche di assorbimento dell'energia d'urto

Il materiale in schiuma metallica ha una rete unica, una struttura porosa non{0}}direzionale e nessun effetto di rimbalzo. Attraverso il test di sollecitazione-di deformazione di questo materiale, si è riscontrato che la sua deformazione è fortemente in ritardo rispetto alla sollecitazione e nella curva di deformazione-della sollecitazione di compressione Linea E Contenente un lungo plateau, la schiuma metallica è un materiale con elevate proprietà di assorbimento dell'energia d'urto.

3.2.4 Proprietà termofisiche

Il metallo espanso ha generalmente un'elevata resistenza al calore, anche se la temperatura raggiunge il punto di fusione della lega di base, non si dissolverà. Ad esempio, le leghe ALMAG hanno un intervallo di temperatura di 560-640. C, ma la lega di schiuma ALMAG viene riscaldata a 1400 nell'atmosfera. Anche C non si dissolve.

3.2.5 Prestazioni di trasmissione

La permeabilità è una{0}}caratteristica della forcella-della schiuma metallica a cellule. Attraverso la regolazione della struttura dei pori del metallo espanso (come porosità, dimensione dei pori, attraverso porosità, ecc.). Si possono ottenere materiali metallici espansi con differenti requisiti di permeabilità.

3.2.6 Acustica ed elettricità

Perché la schiuma metallica a{0}}foro passante, quando l'onda sonora tocca la superficie del metallo, entra nel foro della schiuma metallica attraverso un riflesso diffuso e la vibrazione interna del metallo converte l'energia sonora in energia termica, che riproduce un ruolo nella riduzione del rumore. Le onde elettromagnetiche sono state utilizzate per testare la schiuma metallica e si è scoperto che anche la schiuma metallica aveva l'effetto di assorbire le onde elettromagnetiche, quindi la schiuma metallica aveva anche un effetto schermante sulle onde elettromagnetiche.

3.3 Applicazione di schiuma metallica

In considerazione dei vari tipi di metallo espanso sopra menzionati, esistono molti campi di applicazione corrispondenti del metallo espanso. La necessità di applicazione è anche il significato dello sviluppo di questo nuovo tipo di materiale.

3.3.1 Utilizzare eccellenti proprietà termofisiche

Il metallo espanso ha un'ampia superficie specifica e può essere utilizzato per realizzare scambiatori di calore e radiatori per{0}}metallo espanso a cellule passanti; per il metallo espanso a-cellule chiuse, può essere utilizzato come materiale di isolamento termico.

3.3.2 Utilizzare le caratteristiche di assorbimento dell'energia d'urto

È uno degli usi importanti della schiuma metallica per la produzione di ammortizzatori e ammortizzatori. Le sue applicazioni spaziano dal deflettore di impatto dell'auto al carrello di atterraggio della navicella spaziale ed è stato utilizzato con successo in ascensori, cuscinetti di sicurezza per nastri trasportatori e rivestimenti per l'assorbimento di-energia per schermi di smerigliatrici ad alta-velocità .

3.3.3 Utilizzo della permeabilità

Utilizzando la permeabilità della schiuma metallica, può essere utilizzato come materiale importante per la preparazione di filtri. Rispetto al metallo poroso della metallurgia delle polveri, ha le caratteristiche di grandi dimensioni dei pori e di elevata porosità e il filtro realizzato con esso ha un'ampia gamma di applicazioni, che possono essere utilizzate per filtrare le particelle solide da liquidi, aria o altri flussi d'aria.

3.3.4 Utilizzo delle proprietà acustiche ed elettromagnetiche

Utilizzando le proprietà fonoassorbenti{0}}del metallo espanso, viene utilizzato principalmente per la riduzione del rumore e la riduzione del rumore, come marmitte di attenuazione per centrali elettriche a vapore, utensili pneumatici, automobili, ecc. In Giappone sono stati ottenuti risultati promettenti in sale generatori di treni ad alta-velocità, studi di registrazione radiofonica e assorbimento acustico Shinkansen.

3.3.5 Altri usi

Il metallo a bolle può essere utilizzato anche nel settore edile, come parti decorative interne ed esterne di edifici, facciate continue, pareti, ecc.; può essere utilizzato anche come supporto per computer; scatole di imballaggio varie, ecc... Utilizzando la resistenza al fuoco del metallo espanso, può essere utilizzato per materiali refrattari in industrie come l'edilizia; o mediante lavorazione dei suoi fori, può essere utilizzato per materiali ignifughi. Nell'industria chimica può essere utilizzato come catalizzatore. Inoltre, la schiuma metallica può essere utilizzata anche come elettrodo poroso.

Per riassumere, l'applicazione della schiuma metallica è piuttosto ampia, può essere utilizzata in molti campi come l'industria edile, l'industria aeronautica, l'industria informatica, l'industria dei trasporti e dell'imballaggio e con il continuo miglioramento del processo di produzione della schiuma metallica e la sua ricerca e sviluppo Con il continuo approfondimento, il campo di applicazione della schiuma metallica è ancora in espansione. Pertanto, la ricerca e lo sviluppo del metallo espanso ha un grande valore applicativo pratico.