Výskum a aplikácia stavu vývoja kovovej peny

Kovová pena je porézny kovový materiál, ktorý tvorí početné bubliny v kovovej matrici, známej tiež ako porézna kovová pena. Keďže má kovové vlastnosti a niektoré špeciálne fyzikálne vlastnosti nekovov, -kovov sa mu dostalo širokej pozornosti doma aj v zahraničí. V posledných rokoch sa dosiahol veľký pokrok v teoretickom výskume vývoja, aplikácie a vývoja penového kovu a jeho štruktúrnych vlastností.

1. Prehľad vývoja penového kovu doma a v zahraničí

Odkedy spoločnosť SOSNIK v Spojených štátoch v roku 1948 prvýkrát pridala ortuť do hliníka na výrobu penového hliníka, výskumníci vykonali veľa práce na príprave, výskume výkonnosti a vývoji aplikácií penového kovu. Systém metódy je vo všeobecnosti pevný, čo možno rozdeliť na metódu odlievania, metódu nanášania kovov, metódu práškovej metalurgie, metódu nanášania rozprašovaním atď. Spomedzi nich je metóda odlievania najhospodárnejšia a v nedávnej dobe zaznamenala veľký pokrok v praktickej aplikácii. rokov. Napríklad spoločnosť American Roa Company a Spojené štáty americké a Japonsko úspešne vyrobili akosti zliatiny olova z penových hliníkových profilov 7075 a ALMAG35 metódou priameho vypenenia a metódou investičného liatia.

Od vzniku kovovej peny až po 70. a 80. roky 20. storočia sa výskum zameral najmä na prípravu kovovej peny. Napríklad riešenie problému zvýšenia viskozity pri príprave hliníkovej peny má veľký impulz pre prípravu hliníkovej peny; okrem toho je návrh a aplikácia mechanizmu bublinového jadra veľkým prelomom v príprave penového kovu. Teória je ako pridanie nukleačného činidla do procesu tuhnutia kovu, čo umožňuje priame vytváranie kovovej peny.

Teraz je výroba penového hliníka schopná vykonávať nepretržitú výrobu od penenia až po proces tvarovania.

(A) Na nepretržitú výrobu veľkého hliníka; (B) Na nepretržitú výrobu veľkých plechov s určitou hrúbkou; (c) pre odliatky, ktoré možno použiť na výrobu určitého tvaru; (D) Na kontinuálnu výrobu odliatkov určitého tvaru. Tento spôsob je získať stabilnú roztavenú kovovú penu podľa teórie bublinového jadra a potom ju vytiahnuť na tvarovanie, aby sa získal hotový produkt požadovaného tvaru.

Na druhej strane rôzne krajiny investovali veľa pracovných síl a materiálových zdrojov do zlepšenia vlastností penového kovu a obsah výskumu zahŕňa najmä legovanie, tepelné spracovanie, vystuženie vláknami alebo iné spôsoby vystužovania penového kovu. Spomedzi nich je najtypickejší vysokopevnostný porézny penový materiál Gasser{0}} vyvinutý ukrajinským metalurgom Shapovalovom. Tento materiál má vysoký stupeň štrukturálnej integrity a má oveľa vyššiu pevnosť a tuhosť ako bežné porézne penové materiály.

Okrem toho sa v posledných rokoch uskutočnilo systematické štúdium kovových pien aj teoreticky. V prvom rade pri výskume štrukturálnych parametrov kovovej peny ľudia čoraz viac pociťujú špecifickosť kovovej peny vo fyzikálnej štruktúre, nie je to len konštrukčný materiál, ale aj multifunkčný materiál s mnohými fyzikálnymi vlastnosťami. Jeho špeciálne vlastnosti možno zistiť z jeho štruktúry. Napríklad meranie a výskum otvorenej pórovitosti a uzavretej pórovitosti pórov penového kovu, štatistické meranie veľkosti pórov, meranie špecifického povrchu a vplyvu týchto parametrov na výkon penového kovu. Po druhé, ide o štúdium vlastností penového kovu, ako sú deformačné charakteristiky, charakteristiky absorpcie zvuku a tlmenie vnútorného trenia penového kovu. Tieto štúdie poskytujú teoretický základ pre aplikovaný výskum.

V aplikácii a výskume penového kovu boli dosiahnuté veľké úspechy a boli pripravené malé a veľké kusy, ktoré vstúpili do štádia skúšobnej výroby a aplikácie. Napríklad hliníková pena vyrábaná japonskou spoločnosťou Sumitomo Electric Co., Ltd. sa používa na výrobu niektorých tepelne -a oderu odolných- častí automobilov a častí reproduktorov; na železnici sa hliníková pena používa na výrobu zvukotesných stien klimatizačných-miest na výrobu elektrickej energie. Okrem toho sa penový hliník používa aj ako nárazuvzdorný-materiál pre presné prístroje.

Domáci výskum penového kovu sa začal až v 80. rokoch minulého storočia. Po viac ako 10 rokoch prieskumu a výskumu niektoré výskumné jednotky ako Juhovýchodná univerzita, Guizhou Academy of Sciences, Dalian University of Technology, Southwest Aluminium Processing Factory spočiatku zvládli výrobnú metódu penového kovu. Medzi nimi sú najpokročilejšie Juhovýchodná univerzita a Akadémia vied v Guizhou. Najmä Akadémia vied v Guizhou úspešne vyrába-rozmerné hliníkové penové profily pomocou metódy priameho penenia s lacnými penidlami. Po testovaní Inštitútom akustiky Čínskej akadémie vied a ďalšími jednotkami dosiahli účinky absorpcie zvuku, tienenia, tlmenia nárazov a odolnosti proti nárazu, špecifickej hmotnosti a ďalších ukazovateľov výkonu ukazovatele podobných zahraničných produktov. V súčasnosti je Juhovýchodná univerzita veľmi aktívna vo výskume prípravy a vlastností penového kovu. Zameriavajú sa najmä na prípravu penového hliníka metódou priesaku a vykonali simulačné experimenty na metóde priesaku a pripravili penový hliník metódou priesaku. Polymérne kompozitné materiály, Hebei University of Technology úspešne pripravila penu zo železa- s vysokou teplotou topenia pridaním činidiel tvoriacich póry- a dosiahla potešujúce výsledky.

V oblasti prípravy penového kovu existuje množstvo domácich výskumov speňovacej metódy, metalurgickej metódy a perkolačnej metódy a v podstate dobehli úroveň zahraničných vyspelých krajín, ale výskum kontinuálnej metódy výroby je zatiaľ prázdny a je potrebné rozvíjať, aby sa prispôsobili domácim podmienkam. Metóda kontinuálnej výroby.

Pokiaľ ide o teoretickú výkonnosť, domáci výskum je pomerne skoro a oblasť výskumu je v podstate na medzinárodnej špičkovej úrovni, ako je meranie štrukturálnych parametrov penového kovu, zníženie hluku, podvodná absorpcia zvuku, tlmenie atď. vykonalo sa veľa výskumov a dosiahli sa významné výsledky. Počet pórov v penovom kove je obrovský a veľkosti sú rôzne. Je mimoriadne ťažké ručne merať tieto štrukturálne parametre. V literatúre sa grafické informácie o penovom kovu vkladajú do počítača a vykonáva sa spracovanie údajov na meranie priemerného priemeru a distribúcie veľkosti pórov v póroch. Rieši problém merania štrukturálnych parametrov penového kovu. Kovová pena je druh ľahkého a vysoko tlmivého materiálu s vysokou absorpciou energie. Jeho tlmiacou charakteristikou je nelineárne vnútorné trenie, ktoré úzko súvisí s amplitúdou deformácie, ale nemá významný vzťah s frekvenciou deformácie. Výskum v tejto oblasti bol v zahraničí zaznamenaný až v roku 1998.

Z hľadiska aplikácie je málo domácich výskumov. Hoci výskum teoretickej výkonnosti navrhol veľa možností aplikácie, je oddelený od vývoja aplikácie a neexistuje žiadna správa o aplikácii penového kovu.

2. Stav prípravy penového železa

Hoci kovová pena má takmer 50-ročnú históriu, výskum a vývoj kovovej peny je väčšinou založený na ľahkých kovoch, najrozsiahlejší je najmä výskum penového hliníka. Je to spôsobené nízkym bodom topenia hliníka a jeho zliatin, dobrými odlievacími vlastnosťami a jednoduchou manipuláciou s roztaveným kovom. Okrem toho materiály, ktoré možno použiť na výrobu penového kovu, zahŕňajú kovy s nízkou teplotou topenia, ako je meď, Zn a ich zliatiny, ale tieto materiály sú oveľa menej rozsiahle ako výskum a vývoj penového hliníka.

Na výskum kovovej peny s vysokou teplotou topenia sa používajú najmä zliatiny na báze Ni-, Ti{1}}a D- a výrobnou metódou je najmä spekanie práškovou metalurgiou. Správy v tomto smere sa objavili až v posledných rokoch, ako napríklad použitie zliatin na báze Ni- na výrobu tenkých poréznych elektród.

Výskumné správy o penovom železe sú ešte zriedkavejšie, nachádza sa len niekoľko súvisiacich správ o železe-obsahujúcom taiwanské zlaté penové kovy, jednou z nich je Cu-Fe. Výroba penového kovu sn, v ktorom je obsah Fe (hmotnostný zlomok) 60 percent až 80 percent a cu 10 percent až 30 percent, ktorý sa získava spekaním práškovou metalurgiou a jeho pórovitosť je 10 percent až 35 percent [3U]; Ďalší Fe-Cr{10}}AI. RE Taijin, Fe predstavuje 70 percent ~ 80 percent, vyrába sa tiež metódou spekania, Fe existuje vo forme vlákien"; je tu tiež prášok Fe a ďalší kovový prášok prilepený na lepkavú živicovú mriežkovú štruktúru a potom spekaný, aby sa získal tenká kovová penová doska, ktorá sa používa ako elektróda, okrem toho existujú správy o príprave železnej peny priesakovou metódou a správy o príprave železnej peny metódou dutej gule, ktoré však neboli popularizované. .

Stručne povedané, príprava a aplikácia peny s vysokou teplotou topenia{0}}železa je len v plienkach a metóda je pomerne zložitá a jednoduchá. Preto je potrebné skúmať a vyvíjať metódy prípravy vysoko-taviacej sa železnej peny a iných vysoko{2}}topiacich sa-kovov a ich zliatin, aby sa mohli čo najskôr použiť Tento funkčný materiál s mnohými špeciálnymi vlastnosťami prispieva ľudstvu.

3. Charakteristika a použitie kovovej peny

Pretože v penovom kove je veľa otvorov, veľkosť, počet, jednotnosť, konektivita a uzavretie otvorov ovplyvní jeho výkon.

3.1 Štrukturálne parametre a charakteristiky

1) Veľkosť pórov: Veľkosť pórov sa vo všeobecnosti vzťahuje na priemerný priemer pórov, čo je základný parameter penového kovu. Veľkosť pórov penového kovu je vo všeobecnosti väčšia, 0,1-10 mm alebo viac (vo všeobecnosti nie je apertúra kovu práškovej metalurgie väčšia ako 0,3 mm).

2) Celková pórovitosť, efektívna pórovitosť: Celková pórovitosť sa týka pomeru objemu obsadeného pórmi k celkovému objemu (ktorý možno získať metódou váženia). Pretože nie všetky póry sú navzájom spojené, pomer spojených pórov k celkovému objemu sa nazýva efektívna pórovitosť. Len keď sú všetky póry spojené, celková L pórovitosť sa rovná efektívnej L pórovitosti. Pórovitosť kovovej peny je relatívne vysoká a jej pórovitosť je medzi 40 percentami a 90 percentami.

3) Priebežná pórovitosť: pomer priemerného priemeru pórového kanála k strednému priemeru pórov na ktorejkoľvek sekcii je priechodná pórovitosť.

4) Špecifická hmotnosť a špecifický povrch: Špecifická hmotnosť penového kovu je ľahká. Vo všeobecnosti iba 1/10-3/5 rovnakého objemu kovu. Jeho špecifický povrch je väčší, čo je 10-40 cm²/cm³

3.2 Výkonnostné charakteristiky

3.2.1 Nízka hmotnosť a malá merná hmotnosť

Vzhľadom na existenciu mnohých veľkých a malých otvorov v kovovej matrici je tento materiál zjavne ľahký. Špecifická hmotnosť je malá. Špecifická hmotnosť penového hliníka sa pohybuje od {{0}},2 do 0,5 g/cm a jej priemerná hodnota je len 1/10 hodnoty hliníka.

3.2.2 Mechanické vlastnosti

Pevnosť v ťahu penového kovu je relatívne nízka. Špecifická pevnosť je tiež relatívne nízka, ale pevnosť v tlaku a pevnosť v ohybe sú vysoké. Pevnosť v ťahu penového hliníka je len asi 1/100 pevnosti hliníka a špecifická pevnosť je asi 1/10 pevnosti hliníka. Penový hliník má nízku oddeliteľnosť. Napríklad hliníková pena nemá ťažnosť kovového hliníka a pod tlakom nedochádza k takmer žiadnej plastickej deformácii. Modul pružnosti penového hliníka meraný skúškou ohybom je približne 1/50 až 1/100 modulu pružnosti hliníkovej zliatiny.

3.2.3 Charakteristiky absorpcie energie nárazu

Penový kovový materiál má jedinečnú sieť, -nesmerovú poréznu štruktúru a nemá odrazový efekt. Prostredníctvom záťažového-deformačného testu tohto materiálu sa zistilo, že jeho deformácia silne zaostáva za napätím a v krivke E{2}}deformačnej krivky tlakového napätia{2}}Kovová pena, ktorá obsahuje dlhé plató, je materiál s vysokou absorpciou nárazovej energie.

3.2.4 Termofyzikálne vlastnosti

Penový kov má vo všeobecnosti vysokú tepelnú odolnosť, aj keď teplota dosiahne bod topenia základnej zliatiny, nerozpustí sa. Napríklad zliatiny ALMAG majú teplotný rozsah 560-640 °C. C, ale zliatinová penová zliatina ALMAG sa v atmosfére zahreje na 1400 °C. C sa tiež nerozpúšťa.

3.2.5 Prenosový výkon

Priepustnosť je vidlicovitá-charakteristická pre bunkovú kovovú penu-. Prostredníctvom úpravy štruktúry pórov penového kovu (ako je pórovitosť, veľkosť pórov, pórovitosť atď.). Je možné získať penové kovové materiály s rôznymi požiadavkami na priepustnosť.

3.2.6 Akustika a elektrina

V prípade kovovej peny cez-diery, keď sa zvuková vlna dotkne kovového povrchu, difúznym odrazom vstúpi do otvoru kovovej peny a vnútorné vibrácie kovu premenia zvukovú energiu na tepelnú energiu, ktorá hrá úlohu pri znižovaní hluku. Na testovanie penového kovu sa použili elektromagnetické vlny a zistilo sa, že penový kov mal tiež účinok pohlcovania elektromagnetických vĺn, takže penový kov mal tiež tieniaci účinok na elektromagnetické vlny.

3.3 Aplikácia penového kovu

Vzhľadom na vyššie uvedené rôzne druhy penového kovu existuje mnoho zodpovedajúcich oblastí použitia penového kovu. Potreba aplikácie je tiež významom vývoja tohto nového typu materiálu.

3.3.1 Využívať vynikajúce termofyzikálne vlastnosti

Penový kov má veľkú špecifickú plochu a možno ho použiť na výrobu výmenníkov tepla a radiátorov pre penový kov s priechodnými bunkami; pre penový kov s uzavretými bunkami{1} sa môže použiť ako tepelnoizolačný materiál.

3.3.2 Využite charakteristiky absorpcie energie nárazu

Je to jedno z dôležitých použití penového kovu na výrobu nárazníkov a tlmičov. Jeho aplikácie siahajú od usmerňovača nárazu auta až po pristávacie zariadenie kozmickej lode a úspešne sa používa vo výťahoch, bezpečnostných podložkách dopravníkov a energiu -pohlcujúcich obložení pre vysokorýchlostné-brúsky štítov .

3.3.3 Využitie priepustnosti

Pomocou priepustnosti kovovej peny je možné ju použiť ako dôležitý materiál na prípravu filtrov. V porovnaní s poréznym kovom z práškovej metalurgie má vlastnosti veľkej veľkosti pórov a vysokej pórovitosti a filter vyrobený s ním má širokú škálu aplikácií, ktoré možno použiť na odfiltrovanie pevných častíc z kvapaliny, vzduchu alebo iných prúdov vzduchu.

3.3.4 Používanie akustických a elektromagnetických vlastností

Vďaka vlastnostiam penového kovu pohlcujúcim zvuk{0}} sa používa hlavne na znižovanie hluku a hluku, ako sú tlmiče útlmu pre parné elektrárne, pneumatické náradie, autá atď. V Japonsku sa dosiahli sľubné výsledky v r. miestnosti s generátormi vysokorýchlostných vlakov, rozhlasové nahrávacie štúdiá a pohlcovanie zvuku šinkanzenom.

3.3.5 Iné použitia

Bublinový kov je možné použiť aj v stavebníctve, ako sú interiérové ​​a exteriérové ​​dekoratívne časti budov, závesné steny, steny atď.; možno ho použiť aj ako počítačový stojan; rôzne baliace boxy atď. ... S využitím požiarnej odolnosti penového kovu sa môže použiť na žiaruvzdorné materiály v odvetviach, ako je stavebníctvo; alebo spracovaním jeho otvorov sa môže použiť na materiály spomaľujúce horenie. V chemickom priemysle sa môže použiť ako nosič katalyzátora. Okrem toho môže byť kovová pena použitá aj ako porézna elektróda.

Stručne povedané, aplikácia penového kovu je pomerne rozsiahla, môže byť použitá v mnohých oblastiach, ako je stavebný priemysel, letecký priemysel, počítačový priemysel, doprava a obalový priemysel, a pri neustálom zlepšovaní procesu výroby penového kovu a jeho výskumu a vývoja. vývoj S neustálym prehlbovaním sa oblasť použitia penového kovu stále rozširuje. Preto má výskum a vývoj penového kovu veľkú praktickú aplikačnú hodnotu.