Исследование и применение состояния разработки металлической пены

Металлическая пена представляет собой пористый металлический материал, который образует многочисленные пузырьки в металлической матрице, также известный как пористая металлическая пена. Поскольку он обладает как металлическими свойствами, так и некоторыми особыми физическими свойствами не-металлов, он получил широкое внимание в стране и за рубежом. В последние годы достигнут большой прогресс в теоретических исследованиях по разработке, применению и развитию пенометалла и его структурных свойств.

1. Обзор развития пенометалла в стране и за рубежом

С тех пор, как СОСНИК в Соединенных Штатах впервые добавил ртуть к алюминию для производства вспененного алюминия в 1948 году, исследователи проделали большую работу по подготовке, исследованию характеристик и разработке приложений для вспененного металла. Система методов, как правило, фиксирована, и ее можно разделить на метод литья, метод напыления металла, метод порошковой металлургии, метод напыления и т. д. Среди них метод литья является наиболее экономичным и в последнее время значительно продвинулся в практическом применении. годы. Например, компания American Roa, а также Соединенные Штаты и Япония успешно произвели пеноалюминиевые профили из свинцового сплава марок 7075 и ALMAG35 методом прямого вспенивания и методом литья по выплавляемым моделям соответственно.

С момента появления металлической пены до 1970-х и 1980-х годов исследования в основном были сосредоточены на получении металлической пены. Например, решение проблемы повышения вязкости при получении пеноалюминия имеет большое значение для получения пеноалюминия; Кроме того, предложение и применение механизма с пузырьковым сердечником является большим прорывом в получении пенометалла. Теория похожа на добавление зародышеобразователя в процесс затвердевания металла, что делает возможным прямое формирование металлической пены.

Теперь производство вспененного алюминия стало возможным осуществлять непрерывное производство от вспенивания до процесса формовки.

(A) Для непрерывного производства крупного алюминия; (B) Для непрерывного производства больших пластин определенной толщины; (c) Для отливок, которые можно использовать для изготовления определенной формы; (D) Для непрерывного производства отливок определенной формы. Этот метод заключается в получении стабильной пены расплавленного металла в соответствии с теорией сердцевины пузырьков, а затем вытягивании ее для формования с получением готового изделия нужной формы.

С другой стороны, различные страны вложили много трудовых и материальных ресурсов для улучшения свойств пенопласта, и содержание исследований в основном включает легирование, термообработку, армирование волокнами или другие методы армирования пенопласта. Среди них наиболее типичным является высокопрочный-пористый вспененный материал Гассера, разработанный украинским металлургом Шаповаловым. Этот материал имеет высокую степень структурной целостности и обладает гораздо более высокой прочностью и жесткостью, чем обычные пористые вспененные материалы.

Кроме того, в последние годы проводится систематическое исследование металлических пен и в теории. Во-первых, в исследованиях структурных параметров пенопласта люди все больше ощущают особенность пенопласта в физической структуре, это не только конструкционный материал, но и многофункциональный материал со многими физическими свойствами. Его особые свойства можно узнать из его структуры. Например, измерение и исследование открытой пористости и закрытой пористости пор пенопласта, статистическое измерение размера пор, измерение удельной поверхности и влияние этих параметров на характеристики пенопласта. Во-вторых, это изучение свойств пенопласта, таких как характеристики деформации, характеристики звукопоглощения и характеристики демпфирования внутреннего трения пенопласта. Эти исследования обеспечивают теоретическую основу для прикладных исследований.

Были достигнуты большие успехи в применении и исследовании пенометалла, были подготовлены мелкие и крупные детали, которые вступили в стадию пробного производства и применения. Например, пеноалюминий, производимый японской компанией Sumitomo Electric Co., Ltd., используется для изготовления некоторых термостойких и износостойких-деталей автомобилей и деталей динамиков; на железных дорогах алюминиевая пена используется для изготовления звуконепроницаемых стен-кондиционирующих помещений электростанций. Кроме того, вспененный алюминий также используется в качестве ударопрочного материала для прецизионных приборов.

Отечественные исследования пенопласта начались только в 1980-х годах. После более чем 10 лет разведки и исследований некоторые исследовательские подразделения, такие как Юго-Восточный университет, Академия наук Гуйчжоу, Даляньский технологический университет, Юго-Западный завод по переработке алюминия, первоначально освоили метод производства пенометалла. Среди них Юго-Восточный университет и Академия наук Гуйчжоу являются наиболее передовыми. В частности, Академия наук Гуйчжоу успешно произвела крупномасштабные-профили из вспененного алюминия, используя метод прямого вспенивания с дешевыми пенообразователями. После испытаний, проведенных Институтом акустики Китайской академии наук и другими подразделениями, звукопоглощение, экранирование, амортизация и ударопрочность, удельный вес и другие эксплуатационные показатели достигли показателей аналогичных зарубежных продуктов. В настоящее время Юго-Восточный университет очень активно занимается исследованиями в области получения и свойств вспененного металла. В основном они занимаются приготовлением пеноалюминия методом просачивания, проводят имитационные эксперименты по методу просачивания и получают пеноалюминий методом просачивания. Полимерные композиционные материалы, Хэбэйский технологический университет успешно приготовил тугоплавкий-железный пенопласт путем добавления порообразователей-и добился удовлетворительных результатов.

С точки зрения получения пенометалла, существует множество отечественных исследований по методу вспенивания, металлургическому методу и методу перколяции, и они в основном догнали уровень зарубежных развитых стран, но исследования по методу непрерывного производства все еще пусты, и необходимо развивать, чтобы приспособить к отечественным условиям. Непрерывный метод производства.

С точки зрения теоретических характеристик, отечественные исследования проводятся относительно рано, и область исследований в основном находится на передовом международном уровне, например, измерение структурных параметров пенометалла, характеристик шумоподавления, характеристик подводного звукопоглощения, характеристик демпфирования и т. д. A было проведено много исследований и достигнуты значительные результаты. Количество пор в пенопласте огромно и размеры разные. Вручную измерить эти структурные параметры крайне сложно. В литературе графическая информация о пенометалле вводится в компьютер, и выполняется обработка данных для измерения среднего диаметра и распределения пор по размерам. Решает задачу измерения структурных параметров пенометалла. Металлическая пена представляет собой легкий материал с высоким демпфированием и высоким поглощением энергии. Его характеристикой демпфирования является нелинейное внутреннее трение, которое тесно связано с амплитудой деформации, но не имеет существенной связи с частотой деформации. Об исследованиях в этой области за рубежом сообщалось только в 1998 году.

С точки зрения применения отечественных исследований немного. Хотя исследование теоретических характеристик предложило множество возможностей применения, оно не связано с разработкой приложений, и нет отчета о применении пенометалла.

2. Состояние подготовки вспененного железа

Хотя металлическая пена имеет почти 50-летнюю историю, исследования и разработки металлической пены в основном основаны на легких металлах, особенно исследования пеноалюминия являются наиболее обширными. Это связано с низкой температурой плавления алюминия и его сплавов, хорошими литейными свойствами и простотой обращения с расплавленным металлом. Кроме того, материалы, которые можно использовать для изготовления пенометалла, включают металлы с низкой температурой плавления, такие как медь, цинк и их сплавы, но эти материалы гораздо менее обширны, чем исследования и разработки пеноалюминия.

Для исследования металлической пены с высокой температурой плавления в основном используются сплавы на основе Ni-, Ti{1}} и D-, а метод производства в основном представляет собой спекание порошковой металлургии. Сообщения в этом отношении появились только в последние годы, например, об использовании сплавов на основе Ni- для производства тонких пористых электродов.

Отчеты об исследованиях вспененного железа встречаются еще реже, найдено лишь несколько связанных отчетов по железо-содержащему тайваньскому золотому пенометаллу, один из которых Cu-Fe. Производство пенометалла sn, в котором содержание Fe (массовая доля) составляет от 60 до 80 процентов, а Cu составляет от 10 до 30 процентов, который получают спеканием порошковой металлургии, а его пористость составляет от 10 до 35 процентов. [3У]; Другой Fe-Cr-AI. RE Taijin, Fe составляет 70% ~ 80%, также производится методом спекания, Fe существует в виде волокон»; также есть порошок Fe и другой металлический порошок, приклеенный к липкой структуре сетки из смолы, а затем спеченный для получения тонкий лист металлической пены, который используется в качестве электрода.Кроме того, есть сообщения о приготовлении пены железа методом просачивания, и сообщения о приготовлении пены железа методом полого шара, но они не получили широкого распространения .

Одним словом, приготовление и применение тугоплавкой пены железа находится только в зачаточном состоянии, а метод относительно сложен и прост. Следовательно, необходимо исследовать и разработать методы получения туго-пены железа и других-тугоплавких-металлов и их сплавов, чтобы использовать их как можно скорее. Этот функциональный материал со многими особыми свойствами помогает человечеству.

3. Характеристики и применение металлической пены

Поскольку в пенопласте много отверстий, размер, количество, однородность, связность и закрытие отверстий будут влиять на его характеристики.

3.1 Конструктивные параметры и характеристики

1) Размер пор: размер пор обычно относится к среднему диаметру пор, который является основным параметром вспененного металла. Размер пор пенопласта, как правило, больше, O. 1-10 мм или более (как правило, апертура металла порошковой металлургии не более 0,3 мм).

2) Общая пористость, эффективная пористость: Общая пористость относится к отношению объема, занимаемого порами, к общему объему (который может быть получен методом взвешивания). Так как не все поры связаны друг с другом, отношение связанных пор к общему объему называется эффективной пористостью. Только когда все поры соединены, общая пористость L равна эффективной пористости L. Пористость металлической пены относительно высока, и ее пористость составляет от 40 до 90 процентов.

3) Сквозная пористость: отношение среднего диаметра порового канала к среднему диаметру пор на любом сечении является сквозной пористостью.

4) Удельный вес и удельная поверхность: удельный вес пенопласта легкий. Обычно только 1/10-3/5 того же объема металла. Его удельная поверхность больше и составляет 10-40 см²/см³.

3.2 Эксплуатационные характеристики

3.2.1 Легкий вес и небольшой удельный вес

Из-за наличия множества больших и малых отверстий в металлической матрице этот материал, очевидно, имеет малый вес. Удельный вес небольшой. Удельный вес пеноалюминия колеблется от {{0}},2 до 0,5 г/см, а его среднее значение составляет лишь 1/10 от веса алюминия.

3.2.2 Механические свойства

Прочность пенопласта на растяжение относительно низкая. Удельная прочность также относительно низкая, но прочность на сжатие и прочность на изгиб высоки. Прочность на растяжение пеноалюминия составляет всего около 1/100 от прочности алюминия, а удельная прочность составляет около 1/10 от прочности алюминия. Вспененный алюминий имеет низкую отделяемость. Например, пеноалюминий не обладает такой пластичностью, как металлический алюминий, а пластическая деформация под давлением практически не происходит. Модуль упругости пеноалюминия, измеренный при испытании на изгиб, составляет примерно 1/50-1/100 модуля упругости алюминиевого сплава.

3.2.3 Характеристики поглощения энергии удара

Пенометаллический материал имеет уникальную сетку, ненаправленную пористую структуру и не имеет эффекта отскока. В ходе испытания на деформацию -напряжения этого материала было обнаружено, что его деформация сильно отстает от напряжения, а на кривой напряжения-деформации при сжатии E линия Содержащая длинное плато, металлическая пена представляет собой материал с высокими свойствами поглощения энергии удара.

3.2.4 Теплофизические свойства

Вспененный металл обычно обладает высокой термостойкостью, даже если температура достигает температуры плавления основного сплава, он не растворяется. Например, сплавы АЛМАГ имеют диапазон температур 560-640. С, а вот пенопласт АЛМАГ нагревается до 1400 в атмосфере. С тоже не растворяется.

3.2.5 Характеристики передачи

Проницаемость – это разветвленная-характеристика-металлической пены со сквозными ячейками. Путем регулировки структуры пор пенопласта (таких как пористость, размер пор, сквозная пористость и т. д.). Могут быть получены вспененные металлические материалы с различными требованиями к проницаемости.

3.2.6 Акустика и электричество

Для -металлической пены со сквозным отверстием, когда звуковая волна касается поверхности металла, она попадает в отверстие металлической пены за счет диффузного отражения, а внутренняя вибрация металла преобразует звуковую энергию в тепловую энергию, которая воспроизводит роль в снижении шума. Электромагнитные волны использовались для тестирования пенопласта, и было обнаружено, что пенопласт также обладает эффектом поглощения электромагнитных волн, поэтому пенопласт также оказывает экранирующее действие на электромагнитные волны.

3.3 Применение пенопласта

Ввиду различных видов вспененного металла, упомянутых выше, существует множество соответствующих областей применения вспененного металла. Необходимость применения также является значением разработки этого нового типа материала.

3.3.1 Использование превосходных теплофизических свойств

Вспененный металл имеет большую удельную поверхность и может использоваться для изготовления теплообменников и радиаторов из-ячеистого вспененного металла; для вспененного металла с закрытыми-ячейками его можно использовать в качестве теплоизоляционного материала.

3.3.2 Использование характеристик поглощения энергии удара

Это одно из важных применений пенопласта для изготовления буферов и амортизаторов. Его области применения варьируются от ударной перегородки автомобиля до шасси космического корабля, и он успешно используется в лифтах, защитных подушках конвейеров и энергопоглощающих накладках-для высокоскоростных шлифовальных щитов. .

3.3.3 Использование проницаемости

Используя проницаемость металлической пены, ее можно использовать в качестве важного материала для изготовления фильтров. По сравнению с пористым металлом порошковой металлургии он имеет характеристики большого размера пор и высокой пористости, а изготовленный из него фильтр имеет широкий спектр применения, который можно использовать для фильтрации твердых частиц из жидкости, воздуха или других воздушных потоков.

3.3.4 Использование акустических и электромагнитных свойств

Используя звукопоглощающие свойства -пенометалла, он в основном используется для шумоподавления и шумоподавления, например, в глушителях для паровых электростанций, пневматических инструментов, автомобилей и т. д. В Японии многообещающие результаты были получены в генераторные{-скоростных поездов, студии радиозаписи и звукоизоляция Синкансэн.

3.3.5 Другое использование

Пузырьковый металл также может использоваться в строительной отрасли, например, для внутренних и наружных декоративных деталей зданий, навесных стен, стен и т. д .; его также можно использовать как подставку для компьютера; различные упаковочные коробки и т. д. … Используя огнеупорность пенопласта, его можно использовать для огнеупорных материалов в таких отраслях, как строительство; или, обработав его отверстия, его можно использовать для огнезащитных материалов. В химической промышленности его можно использовать в качестве носителя катализатора. Кроме того, металлическая пена также может использоваться в качестве пористого электрода.

Подводя итог, можно сказать, что применение пенопласта довольно обширно, его можно использовать во многих областях, таких как строительная промышленность, авиационная промышленность, компьютерная промышленность, транспортная и упаковочная промышленность, а также с постоянным улучшением процесса производства пенопласта и его исследования и развитие С непрерывным углублением область применения пенометалла все еще расширяется. Поэтому исследования и разработки пенометалла имеют большое практическое значение.