Metallivaahdon kehitystilan tutkimus ja soveltaminen

Metallivaahto on huokoinen metallimateriaali, joka muodostaa lukuisia kuplia metallimatriisiin, joka tunnetaan myös huokoisena metallivaahdona. Koska sillä on sekä metalliominaisuuksia että joitakin ei-{0}}metallien fyysisiä erityisominaisuuksia, se on saanut laajaa huomiota kotimaassa ja ulkomailla. Vaahtometallin ja sen rakenteellisten ominaisuuksien kehittämisen, soveltamisen ja kehittämisen teoreettisessa tutkimuksessa on viime vuosina edistytty suuresti.

1. Yleiskatsaus vaahtometallin kehitykseen kotimaassa ja ulkomailla

Siitä lähtien kun SOSNIK Yhdysvalloissa lisäsi ensimmäisen kerran elohopeaa alumiiniin tuottaakseen vaahdotettua alumiinia vuonna 1948, tutkijat ovat tehneet paljon työtä vaahdotetun metallin valmistelussa, suorituskykytutkimuksessa ja sovellusten kehittämisessä. Menetelmäjärjestelmä on yleensä kiinteä, joka voidaan jakaa valumenetelmään, metallipinnoitusmenetelmään, jauhemetallurgiamenetelmään, ruiskupinnoitusmenetelmään jne. Niistä valumenetelmä on edullisin, ja se on edistynyt huomattavasti käytännön soveltamisessa viime aikoina. vuotta. Esimerkiksi American Roa Company ja Yhdysvallat ja Japani ovat onnistuneesti tuottaneet lyijylejeerinkilaadut 7075- ja ALMAG35-vaahtoalumiiniaprofiileja suoralla vaahdotusmenetelmällä ja vastaavasti sijoitusvalumenetelmällä.

Metallivaahdon ilmestymisestä 1970- ja 1980-luvuille tutkimus keskittyi pääasiassa metallivaahdon valmistukseen. Esimerkiksi alumiinivaahdon valmistuksen viskositeetin lisäämisen ongelman ratkaisulla on suuri sysäys alumiinivaahdon valmistukseen; lisäksi kuplaydinmekanismin ehdotus ja soveltaminen on suuri läpimurto vaahtometallin valmistuksessa. Teoria on kuin ydintämisaineen lisääminen metallin kiinteytysprosessiin, mikä mahdollistaa suoran metallivaahdon muodostuksen.

Nyt vaahdotetun alumiinin tuotanto on pystynyt toteuttamaan jatkuvaa tuotantoa vaahdotuksesta muovausprosessiin.

(A) Suuren alumiinin jatkuvaan tuotantoon; (B) Tietyn paksuisten suurten levyjen jatkuvaan tuotantoon; c) Valukappaleille, joita voidaan käyttää tietyn muodon tuottamiseen; (D) Tietyn muotoisen valun jatkuvaan tuotantoon. Tällä menetelmällä saadaan stabiili sula metallivaahto kuplaytimen teorian mukaisesti ja sitten vedetään se ulos muovausta varten halutun muotoisen lopputuotteen saamiseksi.

Toisaalta eri maat ovat panostaneet paljon työvoimaa ja materiaaliresursseja vaahtometallin ominaisuuksien parantamiseen, ja tutkimussisältöön kuuluu pääasiassa vaahtometallin seostaminen, lämpökäsittely, kuituvahvistus tai muut vahvistusmenetelmät. Niistä tyypillisin on ukrainalaisen metallurgin Shapovalovin kehittämä Gasserin luja{0}}huokoinen vaahtomuovi. Tällä materiaalilla on korkea rakenteellinen eheysaste ja paljon suurempi lujuus ja jäykkyys kuin tavanomaisilla huokoisilla vaahtomateriaaleilla.

Lisäksi metallivaahtojen systemaattista tutkimusta on viime vuosina tehty myös teoriassa. Ensinnäkin metallivaahdon rakenteellisten parametrien tutkimuksessa ihmiset kokevat yhä enemmän metallivaahdon erityispiirteitä fysikaalisessa rakenteessa, se ei ole vain rakennemateriaali, vaan monikäyttöinen materiaali, jolla on monia fysikaalisia ominaisuuksia. Sen erityisominaisuudet selviävät sen rakenteesta. Esimerkiksi vaahtometallihuokosten avoimen ja suljetun huokoisuuden mittaus ja tutkimus, huokoskoon tilastollinen mittaus, ominaispinta-alan mittaus ja näiden parametrien vaikutus vaahtometallin suorituskykyyn. Toiseksi se on vaahtometallin ominaisuuksien, kuten muodonmuutosominaisuuksien, äänenvaimennusominaisuuksien ja vaahtometallin vaimennuksen sisäkitkaominaisuuksien tutkiminen. Nämä tutkimukset tarjoavat teoreettisen pohjan soveltavalle tutkimukselle.

Vaahtometallin soveltamisessa ja tutkimuksessa on saavutettu suuria saavutuksia, ja pieniä ja suuria kappaleita on valmistettu ja siirrytty koetuotantoon ja -käyttöön. Esimerkiksi japanilaisen Sumitomo Electric Co., Ltd.:n valmistamaa alumiinivaahtoa käytetään joidenkin autojen lämmön- ja rautateillä alumiinivaahtoa käytetään äänieristettyjen seinien valmistukseen-ilmastointilaitteiden sähköntuotantotiloihin. Lisäksi vaahdotettua alumiinia käytetään myös iskunkestävänä-tarkkuusinstrumenttien laitemateriaalina.

Kotimainen vaahtometallitutkimus alkoi vasta 1980-luvulla. Yli 10 vuoden etsinnän ja tutkimuksen jälkeen jotkin tutkimusyksiköt, kuten Kaakkois-yliopisto, Guizhoun tiedeakatemia, Dalianin teknillinen yliopisto, Southwest Aluminium Processing Factory, ovat alun perin oppineet vaahtometallin tuotantomenetelmän. Niistä Kaakkois-yliopisto ja Guizhoun tiedeakatemia ovat pisimmällä. Erityisesti Guizhoun tiedeakatemia on menestyksekkäästi tuottanut suuren mittakaavan alumiinivaahtoprofiileja käyttämällä suoraa vaahdotusmenetelmää halvoilla vaahdotusaineilla. Kiinan tiedeakatemian akustiikan instituutin ja muiden yksiköiden testaamisen jälkeen äänenvaimennus-, suoja-, iskunvaimennus- ja iskunkestävyysvaikutukset, ominaispaino Ja muut suoritusindikaattorit ovat saavuttaneet vastaavien ulkomaisten tuotteiden indikaattorit. Tällä hetkellä Southeast University on erittäin aktiivinen vaahdotetun metallin valmistuksen ja ominaisuuksien tutkimuksessa. He keskittyvät pääasiassa vaahdotetun alumiinin valmistukseen tihkumismenetelmällä ja ovat tehneet tihkumismenetelmällä simulaatiokokeita ja valmistaneet vaahtoalumiinia tihkumismenetelmällä. Polymeerikomposiittimateriaalit, Hebein teknillinen yliopisto on onnistuneesti valmistanut korkealla-sulavaa rautavaahtoa lisäämällä huokosia-muodostavia aineita ja saavuttanut ilahduttavia tuloksia.

Vaahtometallin valmistuksen osalta kotimaisia ​​tutkimuksia vaahdotusmenetelmästä, metallurgisesta menetelmästä ja perkolaatiomenetelmästä on tehty paljon ja ne ovat periaatteessa saavuttaneet ulkomaisten kehittyneiden maiden tasoa, mutta jatkuvan tuotantomenetelmän tutkimus on vielä tyhjä. on kehitettävä sopeutumaan kotimaisiin olosuhteisiin. Jatkuva tuotantomenetelmä.

Teoreettisen suorituskyvyn osalta kotimainen tutkimus on suhteellisen varhaista ja tutkimusala on pohjimmiltaan kansainvälisesti johtavalla tasolla, kuten vaahtometallin rakenteellisten parametrien mittaaminen, melunvaimennuskyky, vedenalainen äänenvaimennuskyky, vaimennuskyky jne. on tehty paljon tutkimusta ja saatu merkittäviä tuloksia. Vaahtometallin huokosten määrä on valtava ja koot ovat erilaisia. Näitä rakenteellisia parametreja on erittäin vaikea mitata manuaalisesti. Kirjallisuudessa vaahtometallin graafinen informaatio syötetään tietokoneeseen ja suoritetaan tietojenkäsittely huokosten keskimääräisen halkaisijan ja huokoskokojakauman mittaamiseksi. Se ratkaisee vaahtometallin rakenteellisten parametrien mittausongelman. Metallivaahto on eräänlainen kevyt ja hyvin vaimennusmateriaali, jossa on korkean energian absorptio siemenet. Sen vaimennusominaisuus on epälineaarinen sisäinen kitka, joka liittyy läheisesti venymäamplitudiin, mutta jolla ei ole merkittävää yhteyttä venytystaajuuteen. Alan tutkimusta on raportoitu ulkomailla vasta vuonna 1998.

Sovelluksen osalta kotimaisia ​​tutkimuksia on vähän. Vaikka teoreettisen suorituskyvyn tutkimus on ehdottanut paljon sovellusmahdollisuuksia, se on irrotettu sovelluskehityksestä, eikä vaahtometallin sovellutuksista ole raportoitu.

2. Vaahdotetun raudan valmistustila

Vaikka metallivaahdolla on lähes 50 vuoden historia, metallivaahdon tutkimus ja kehitys perustuu pääosin kevytmetalleihin, erityisesti vaahdotetun alumiinin tutkimus on laajinta. Tämä johtuu alumiinin ja sen seosten alhaisesta sulamispisteestä, hyvistä valuominaisuuksista ja sulan metallin helposta käsittelystä. Lisäksi vaahtometallin valmistukseen soveltuvia materiaaleja ovat muun muassa matalan sulamispisteen metallit, kuten cu, Zn ja niiden seokset, mutta nämä materiaalit ovat paljon vähemmän laajoja kuin vaahtoalumiinin tutkimus ja kehitys.

Korkean sulamispisteen metallivaahdon tutkimukseen käytetään pääasiassa Ni{0}}-, Ti-- ja D--pohjaisia ​​seoksia, ja tuotantomenetelmänä on pääasiassa jauhemetallurginen sintraus. Raportteja tästä aiheesta on ilmestynyt vasta viime vuosina, kuten Ni-pohjaisten metalliseosten käytöstä ohuiden huokoisten elektrodien valmistuksessa.

Vaahdotettua rautaa koskevat tutkimusraportit ovat vielä harvinaisempia, vain muutamia asiaan liittyviä raportteja rauta-pitoisesta Taiwanin kultavaahtometallista löytyy, yksi on Cu-Fe. sn-vaahtometallin valmistus, jossa Fe-pitoisuus (massaosuus) on 60-80 prosenttia ja cu-pitoisuus 10-30 prosenttia, joka saadaan jauhemetallurgisella sintrauksella ja sen huokoisuus on 10-35 prosenttia. [3U]; Toinen Fe-Cr-AI. RE Taijin, Fe muodostaa 70 prosenttia ~ 80 prosenttia, myös valmistettu sintrausmenetelmällä, Fe on kuitujen muodossa"; myös Fe-jauhetta ja muuta metallijauhetta on kiinnitetty tahmeaan hartsiverkkorakenteeseen ja sitten sintrattu saadakseen ohut metallivaahtolevy, jota käytetään elektrodina.Lisäksi on olemassa raportteja rautavaahdon valmistuksesta tihkumismenetelmällä ja rautavaahdon valmistamisesta onttopallomenetelmällä, mutta niitä ei ole yleistetty .

Lyhyesti sanottuna korkeassa{0}}sulavan rautavaahdon valmistus ja käyttö on vasta lapsenkengissään, ja menetelmä on suhteellisen monimutkainen ja yksinkertainen. Siksi on tarpeen tutkia ja kehittää valmistusmenetelmiä korkeassa-sulavassa rautavaahdossa ja muissa korkeassa-sulavissa-pisteissä oleville metalleille ja niiden seoksille, jotta niitä voidaan käyttää mahdollisimman pian Tämä toiminnallinen materiaali, jolla on monia erityisominaisuuksia, edistää ihmiskuntaa.

3. Metallivaahdon ominaisuudet ja sovellukset

Koska vaahtometallissa on monia reikiä, reikien koko, lukumäärä, tasaisuus, liitettävyys ja sulkeminen vaikuttavat sen suorituskykyyn.

3.1 Rakenteelliset parametrit ja ominaisuudet

1) Huokoskoko: Huokoskoko viittaa yleensä huokosten keskimääräiseen halkaisijaan, joka on vaahtometallin perusparametri. Vaahtometallin huokoskoko on yleensä suurempi, 0,1-10mm tai enemmän (yleensä jauhemetallurgian metallin aukko on enintään 0,3 mm).

2) Kokonaishuokoisuus, tehollinen huokoisuus: Kokonaishuokoisuus tarkoittaa huokosten miehittämän tilavuuden suhdetta kokonaistilavuuteen (joka voidaan saada punnitusmenetelmällä). Koska kaikki huokoset eivät ole yhteydessä toisiinsa, toisiinsa liittyvien huokosten suhdetta kokonaistilavuuteen kutsutaan efektiiviseksi huokoisuudeksi. Vain kun kaikki huokoset on yhdistetty, L kokonaishuokoisuus on yhtä suuri kuin tehollinen L-huokoisuus. Metallivaahdon huokoisuus on suhteellisen korkea, ja sen huokoisuus on 40-90 prosenttia.

3) Läpihuokoisuus: keskimääräisen huokoskanavan halkaisijan suhde minkä tahansa osan keskimääräiseen huokosten halkaisijaan on läpihuokoisuus.

4) Ominaispaino ja ominaispinta-ala: vaahtometallin ominaispaino on kevyt. Yleensä vain 1/10-3/5 samasta tilavuudesta metallia. Sen ominaispinta-ala on suurempi, mikä on lO-40cm²/cm³

3.2 Suorituskykyominaisuudet

3.2.1 Kevyt ja pieni ominaispaino

Koska metallimatriisissa on monia suuria ja pieniä reikiä, tämä materiaali on selvästi kevyttä. Ominaispaino on pieni. Vaahdotetun alumiinin ominaispaino vaihtelee välillä {{0}},2 - 0,5 g/cm, ja sen keskiarvo on vain 1/10 alumiinin ominaispainosta.

3.2.2 Mekaaniset ominaisuudet

Vaahtometallin vetolujuus on suhteellisen alhainen. Ominaislujuus on myös suhteellisen pieni, mutta puristuslujuus ja taivutuslujuus ovat korkeat. Vaahdotetun alumiinin vetolujuus on vain noin 1/100 alumiinin vetolujuudesta ja ominaislujuus on noin 1/10 alumiinin vetolujuudesta. Vaahdotetulla alumiinilla on alhainen irrotettavuus. Esimerkiksi alumiinivaahdolla ei ole metallialumiinin taipuisuutta, eikä paineen alaisena tapahdu lähes lainkaan plastista muodonmuutosta. Vaahdotetun alumiinin kimmokerroin taivutuskokeella mitattuna on noin 1/50-1/100 alumiiniseoksen kimmomoduulista.

3.2.3 Iskuenergian absorptio-ominaisuudet

Vaahtometallimateriaalilla on ainutlaatuinen verkosto, ei--suunnattu huokoinen rakenne, eikä siinä ole palautumisvaikutusta. Tämän materiaalin jännitys-venymätestissä havaitaan, että sen venymä on voimakkaasti jäljessä jännityksestä ja puristusjännitys-venymäkäyrän E-viivassa Metallivaahto sisältää pitkän tasanteen. joilla on korkeat iskuenergian absorptioominaisuudet.

3.2.4 Termofysikaaliset ominaisuudet

Vaahdotetulla metallilla on yleensä korkea lämmönkestävyys, vaikka lämpötila saavuttaisi perusseoksen sulamispisteen, se ei liukene. Esimerkiksi ALMAG-seosten lämpötila-alue on 560-640 ℃. C, mutta ALMAG-seosvaahtoseos kuumennetaan 1400 ℃:seen ilmakehässä. C ei myöskään liukene.

3.2.5 Voimansiirron suorituskyky

Läpäisevyys on haarukka-ominaista läpi-solumetallivaahdolle. Säätämällä vaahtometallin huokosrakennetta (kuten huokoisuus, huokoskoko, läpihuokoisuus jne.). Voidaan saada vaahdotettuja metallimateriaaleja, joilla on erilaiset läpäisyvaatimukset.

3.2.6 Akustiikka ja sähkö

Reiän läpi kulkevan-metallivaahdon kohdalla ääniaallon koskettaessa metallipintaa se menee metallivaahdon reikään hajaheijastuksen kautta, ja metallin sisäinen värähtely muuttaa äänienergian lämpöenergiaksi, mikä soittaa rooli melun vähentämisessä. Vaahtometallin testaamiseen käytettiin sähkömagneettisia aaltoja, ja todettiin, että vaahtometallilla oli myös sähkömagneettisia aaltoja absorboiva vaikutus, joten vaahtometallilla oli myös sähkömagneettisia aaltoja suojaava vaikutus.

3.3 Vaahtometallin levitys

Ottaen huomioon edellä mainitut erilaiset vaahtometallilajit, vaahtometallilla on monia vastaavia käyttöalueita. Sovelluksen tarve on myös tämän uudentyyppisen materiaalin kehittämisen merkitys.

3.3.1 Hyödynnä erinomaisia ​​lämpöfysikaalisia ominaisuuksia

Vaahdotetulla metallilla on suuri ominaispinta-ala, ja siitä voidaan valmistaa lämmönvaihtimia ja lämpöpattereita läpi{0}}soluvaahtometallille; umpisoluisessa vaahtometallissa, sitä voidaan käyttää lämmöneristysmateriaalina.

3.3.2 Hyödynnä iskuenergian absorptio-ominaisuuksia

Se on yksi vaahtometallin tärkeimmistä käyttötavoista puskurien ja iskunvaimentimien valmistuksessa. Sen käyttökohteet vaihtelevat auton törmäyslevystä avaruusaluksen laskutelineeseen, ja sitä on käytetty menestyksekkäästi hisseissä, kuljettimien turvatyynyissä ja energiaa -absorboivissa vuorauksissa nopeiden-hiomakoneiden suojissa. .

3.3.3 Läpäisevyyden hyödyntäminen

Metallivaahdon läpäisevyyttä käyttämällä sitä voidaan käyttää tärkeänä materiaalina suodattimien valmistuksessa. Verrattuna jauhemetallurgiseen huokoiseen metalliin, sillä on suuri huokoskoko ja korkea huokoisuus, ja sillä valmistetulla suodattimella on laaja valikoima sovelluksia, joita voidaan käyttää kiinteiden hiukkasten suodattamiseen nesteestä, ilmasta tai muista ilmavirroista.

3.3.4 Akustisten ja sähkömagneettisten ominaisuuksien käyttö

Vaahtometallin ääntä{0}}absorboivia ominaisuuksia käyttämällä sitä käytetään pääasiassa melun ja melun vähentämiseen, kuten vaimennusvaimentimiin höyryvoimaloihin, paineilmatyökaluihin, autoihin jne. Japanissa on saatu lupaavia tuloksia mm. suurnopeusjunien generaattorihuoneet, radionauhoitusstudiot ja Shinkansen-äänenvaimennus.

3.3.5 Muut käyttötarkoitukset

Kuplametallia voidaan käyttää myös rakennusteollisuudessa, kuten rakennusten sisä- ja ulkokoristeosissa, verhoseinissä, seinissä jne.; sitä voidaan käyttää myös tietokonetelineenä; erilaisia ​​pakkauslaatikoita jne. … Vaahtometallin palonkestävyyden ansiosta sitä voidaan käyttää tulenkestävissä materiaaleissa teollisuudessa, kuten rakentamisessa; tai käsittelemällä sen reikiä, sitä voidaan käyttää paloa hidastaviin materiaaleihin. Kemianteollisuudessa sitä voidaan käyttää katalyytin kantajana. Lisäksi metallivaahtoa voidaan käyttää myös huokoisena elektrodina.

Yhteenvetona voidaan todeta, että vaahtometallin käyttöalue on varsin laaja, sitä voidaan käyttää monilla aloilla, kuten rakennusteollisuudessa, lentoteollisuudessa, tietokoneteollisuudessa, kuljetus- ja pakkausteollisuudessa sekä vaahtometallin tuotantoprosessia ja sen tutkimusta ja tutkimusta jatkuvasti parantamalla. kehitys Jatkuvan syventymisen myötä vaahtometallin sovellusalue laajenee edelleen. Siksi vaahtometallin tutkimuksella ja kehittämisellä on suuri käytännön sovellusarvo.