Penyelidikan Dan Aplikasi Status Pembangunan Buih Logam

Buih logam ialah bahan logam berliang yang membentuk banyak buih dalam matriks logam, juga dikenali sebagai buih logam berliang. Kerana ia mempunyai kedua-dua sifat logam dan beberapa sifat fizikal khas bukan logam, ia telah mendapat perhatian yang meluas di dalam dan luar negara. Dalam tahun-tahun kebelakangan ini, kemajuan besar telah dibuat dalam penyelidikan teori mengenai pembangunan, aplikasi dan pembangunan logam buih dan sifat strukturnya.

1. Gambaran keseluruhan pembangunan logam buih di dalam dan di luar negara

Sejak SOSNIK di Amerika Syarikat mula-mula menambah merkuri kepada aluminium untuk menghasilkan aluminium berbuih pada tahun 1948, penyelidik telah melakukan banyak kerja pada penyediaan, penyelidikan prestasi, dan pembangunan aplikasi logam berbuih. Sistem kaedah umumnya tetap, yang boleh dibahagikan kepada kaedah tuangan, kaedah pemendapan logam, kaedah metalurgi serbuk, kaedah pemendapan semburan, dan lain-lain. Antaranya, kaedah tuangan adalah yang paling menjimatkan, dan telah membuat kemajuan besar dalam aplikasi praktikal baru-baru ini. tahun. Sebagai contoh, Syarikat Roa Amerika dan Amerika Syarikat dan Jepun telah berjaya menghasilkan gred aloi plumbum bagi profil aluminium buih 7075 dan ALMAG35 dengan kaedah berbuih terus dan kaedah tuangan pelaburan masing-masing.

Daripada penampilan busa logam hingga 1970-an dan 1980-an, penyelidikan tertumpu terutamanya pada penyediaan busa logam. Sebagai contoh, penyelesaian masalah peningkatan kelikatan dalam penyediaan buih aluminium mempunyai dorongan yang besar untuk penyediaan buih aluminium; di samping itu, cadangan dan penggunaan mekanisme teras gelembung adalah satu kejayaan besar dalam penyediaan logam buih. Teori ini adalah seperti menambah agen nukleus dalam proses pemejalan logam, yang menjadikan pembentukan langsung buih logam mungkin.

Kini pengeluaran aluminium berbuih telah dapat menjalankan pengeluaran berterusan daripada proses berbuih hingga membentuk.

(A) Untuk pengeluaran berterusan aluminium besar; (B) Untuk pengeluaran berterusan plat besar dengan ketebalan tertentu; (c) Bagi tuangan yang boleh digunakan untuk menghasilkan bentuk tertentu; (D) Untuk pengeluaran berterusan tuangan bentuk tertentu. Kaedah ini adalah untuk mendapatkan buih logam cair yang stabil mengikut teori teras gelembung, dan kemudian menariknya keluar untuk pengacuan untuk mendapatkan produk siap dari bentuk yang diingini.

Sebaliknya, pelbagai negara telah melabur banyak tenaga manusia dan sumber bahan untuk meningkatkan sifat logam buih, dan kandungan penyelidikan terutamanya termasuk pengaloian, rawatan haba, tetulang gentian atau kaedah tetulang lain logam buih. Antaranya, bahan buih berliang berkekuatan tinggi Gasser yang dibangunkan oleh ahli metalurgi Ukraine Shapovalov adalah yang paling tipikal. Bahan ini mempunyai tahap integriti struktur yang tinggi dan mempunyai kekuatan dan kekukuhan yang jauh lebih tinggi daripada bahan buih berliang konvensional.

Di samping itu, dalam beberapa tahun kebelakangan ini, kajian sistematik buih logam juga telah dijalankan secara teori. Pertama sekali, dalam penyelidikan mengenai parameter struktur buih logam, orang semakin merasakan keistimewaan busa logam dalam struktur fizikal, ia bukan sahaja bahan struktur, tetapi bahan pelbagai fungsi dengan banyak sifat fizikal. Ciri khasnya boleh didapati daripada strukturnya. Sebagai contoh, pengukuran dan penyelidikan keliangan terbuka dan keliangan tertutup liang logam buih, ukuran statistik saiz liang, ukuran luas permukaan tertentu dan pengaruh parameter ini ke atas prestasi logam buih. Kedua, adalah untuk mengkaji sifat logam buih, seperti ciri ubah bentuk, ciri penyerapan bunyi dan ciri geseran dalaman redaman logam buih. Kajian-kajian ini menyediakan asas teori untuk penyelidikan gunaan.

Pencapaian hebat telah dibuat dalam aplikasi dan penyelidikan logam buih, dan kepingan kecil dan besar telah disediakan dan memasuki peringkat pengeluaran dan aplikasi percubaan. Contohnya, buih aluminium yang dihasilkan oleh Sumitomo Electric Co., Ltd. Jepun digunakan untuk mengeluarkan beberapa bahagian tahan panas dan kalis lelasan kereta dan bahagian pembesar suara; pada kereta api, buih aluminium digunakan untuk membuat dinding kalis bunyi untuk bilik penjanaan kuasa penghawa dingin. Selain itu, aluminium berbuih juga digunakan sebagai bahan peranti kalis kejutan untuk instrumen ketepatan.

Penyelidikan domestik mengenai logam buih hanya bermula pada tahun 1980-an. Selepas lebih daripada 10 tahun penerokaan dan penyelidikan, beberapa unit penyelidikan seperti Universiti Tenggara, Akademi Sains Guizhou, Universiti Teknologi Dalian, Kilang Pemprosesan Aluminium Barat Daya pada mulanya telah menguasai kaedah pengeluaran logam buih. Antaranya, Universiti Tenggara dan Akademi Sains Guizhou adalah yang paling maju. Khususnya, Akademi Sains Guizhou telah berjaya menghasilkan profil buih aluminium berskala besar dengan menggunakan kaedah berbuih terus dengan agen berbuih murah. Selepas ujian oleh Institut Akustik Akademi Sains China dan unit lain, penyerapan bunyi, perisai, penyerapan kejutan dan kesan rintangan hentaman, graviti tentu Dan penunjuk prestasi lain, telah mencapai penunjuk produk asing yang serupa. Pada masa ini, Universiti Tenggara sangat aktif dalam penyelidikan mengenai penyediaan dan sifat logam berbuih. Mereka memberi tumpuan terutamanya kepada penyediaan aluminium berbuih dengan kaedah resapan, dan telah menjalankan eksperimen simulasi pada kaedah resapan dan menyediakan aluminium berbuih dengan kaedah resapan. Bahan komposit polimer, Universiti Teknologi Hebei telah berjaya menyediakan buih besi lebur tinggi dengan menambah agen pembentuk liang, dan mencapai hasil yang memuaskan.

Dari segi penyediaan logam buih, terdapat banyak penyelidikan domestik mengenai kaedah berbuih, kaedah metalurgi dan kaedah perkolasi, dan mereka pada dasarnya telah mengejar tahap negara maju asing, tetapi penyelidikan mengenai kaedah pengeluaran berterusan masih kosong, dan perlu dibangunkan untuk menyesuaikan diri dengan keadaan domestik. Kaedah pengeluaran berterusan.

Dari segi prestasi teori, penyelidikan domestik agak awal, dan bidang penyelidikan pada asasnya berada di peringkat terkemuka antarabangsa, seperti pengukuran parameter struktur logam buih, prestasi pengurangan hingar, prestasi penyerapan bunyi dalam air, prestasi redaman, dll. A banyak penyelidikan telah dilakukan, dan mencapai hasil yang besar. Bilangan liang dalam logam buih adalah besar dan saiznya berbeza. Sangat sukar untuk mengukur parameter struktur ini secara manual. Dalam literatur, maklumat grafik logam buih dimasukkan ke dalam komputer dan pemprosesan data dilakukan untuk mengukur diameter purata dan taburan saiz liang liang. Ia menyelesaikan masalah mengukur parameter struktur logam buih. Buih logam adalah sejenis bahan redaman yang ringan dan tinggi dengan biji penyerapan tenaga yang tinggi. Ciri redamannya ialah geseran dalaman tak linear yang berkait rapat dengan amplitud terikan, tetapi tidak mempunyai hubungan yang signifikan dengan kekerapan terikan. Penyelidikan dalam bidang ini hanya dilaporkan di luar negara pada tahun 1998.

Dari segi aplikasi, terdapat sedikit penyelidikan domestik. Walaupun penyelidikan mengenai prestasi teori telah mencadangkan banyak kemungkinan aplikasi, ia dipisahkan daripada pembangunan aplikasi, dan tidak ada laporan mengenai penggunaan logam buih.

2. Status penyediaan besi berbuih

Walaupun buih logam mempunyai sejarah hampir 50 tahun, penyelidikan dan pembangunan buih logam kebanyakannya berdasarkan logam ringan, terutamanya penyelidikan mengenai aluminium berbuih adalah yang paling meluas. Ini disebabkan oleh takat lebur aluminium dan aloinya yang rendah, sifat tuangan yang baik, dan pengendalian logam cair yang mudah. Di samping itu, bahan-bahan yang boleh digunakan untuk membuat logam buih termasuk logam takat lebur rendah seperti cu, Zn dan aloinya, tetapi bahan-bahan ini jauh kurang meluas daripada penyelidikan dan pembangunan aluminium buih.

Untuk penyelidikan buih logam takat lebur tinggi, terdapat terutamanya berasaskan Ni, berasaskan Ti dan aloi berasaskan D, dan kaedah pengeluaran terutamanya pensinteran metalurgi serbuk. Laporan dalam hal ini hanya muncul dalam beberapa tahun kebelakangan ini, seperti penggunaan aloi berasaskan Ni untuk menghasilkan elektrod berliang nipis.

Laporan penyelidikan mengenai besi berbuih adalah lebih jarang, hanya beberapa laporan berkaitan tentang logam buih emas Taiwan yang mengandungi besi ditemui, satu ialah Cu-Fe. Pengeluaran logam buih sn, di mana kandungan Fe (pecahan jisim) adalah 60 peratus hingga 80 peratus, dan cu ialah 10 peratus hingga 30 peratus, yang diperoleh dengan pensinteran metalurgi serbuk, dan keliangannya ialah 10 peratus hingga 35 peratus [3U]; Satu lagi Fe-Cr-AI. RE Taijin, Fe menyumbang 70 peratus ~ 8O peratus, juga dihasilkan melalui kaedah pensinteran, Fe wujud dalam bentuk gentian"; terdapat juga serbuk Fe dan serbuk logam lain yang melekat pada struktur grid resin melekit, dan kemudian disinter untuk mendapatkan kepingan busa logam nipis, yang digunakan sebagai elektrod. Di samping itu, terdapat laporan mengenai penyediaan buih besi dengan kaedah resapan, dan laporan mengenai penyediaan buih besi dengan kaedah bola berongga, tetapi ia belum dipopularkan. .

Pendek kata, penyediaan dan penggunaan buih besi lebur tinggi hanya di peringkat awal, dan kaedahnya agak rumit dan mudah. Oleh itu, adalah perlu untuk menyelidik dan membangunkan kaedah penyediaan untuk buih besi lebur tinggi dan logam takat lebur tinggi yang lain serta aloinya, untuk menggunakannya secepat mungkin Bahan berfungsi dengan banyak sifat istimewa ini menyumbang kepada manusia.

3. Ciri-ciri dan aplikasi busa logam

Oleh kerana terdapat banyak lubang pada logam buih, saiz, bilangan, keseragaman, ketersambungan dan penutupan lubang akan mempengaruhi prestasinya.

3.1 Parameter dan ciri struktur

1) Saiz liang: Saiz liang secara amnya merujuk kepada diameter purata liang, yang merupakan parameter asas logam buih. Saiz liang logam buih biasanya lebih besar, O. 1-10mm atau lebih (biasanya, apertur logam metalurgi serbuk tidak lebih daripada 0.3mm).

2) Jumlah keliangan, keliangan berkesan: Jumlah keliangan merujuk kepada nisbah isipadu yang diduduki oleh liang kepada jumlah isipadu (yang boleh didapati dengan kaedah penimbangan). Oleh kerana tidak semua liang bersambung antara satu sama lain, nisbah liang yang disambungkan kepada jumlah isipadu dipanggil keliangan berkesan. Hanya apabila semua liang disambungkan, jumlah keliangan L adalah sama dengan keliangan L berkesan. Keliangan buih logam agak tinggi, dan keliangannya adalah antara 40 peratus dan 90 peratus .

3) Melalui keliangan: nisbah purata diameter saluran liang kepada diameter liang purata pada mana-mana bahagian adalah melalui keliangan.

4) Graviti tentu dan luas permukaan tertentu: graviti tentu logam buih adalah ringan. Biasanya hanya 1/10-3/5 daripada isipadu logam yang sama. Luas permukaan spesifiknya lebih besar, iaitu lO-40cm²/cm³

3.2 Ciri-ciri prestasi

3.2.1 Berat ringan dan graviti tentu kecil

Oleh kerana kewujudan banyak lubang besar dan kecil dalam matriks logam, bahan ini jelas beratnya ringan. Graviti tentu adalah kecil. Graviti tentu aluminium berbuih berjulat dari {{0}}.2 hingga 0.5 g/cm, dan nilai puratanya hanya 1/10 daripada aluminium.

3.2.2 Sifat mekanikal

Kekuatan tegangan logam buih agak rendah. Kekuatan spesifik juga agak rendah, tetapi kekuatan mampatan dan kekuatan lentur adalah tinggi. Kekuatan tegangan aluminium berbuih hanya kira-kira 1/100 daripada aluminium, dan kekuatan khusus adalah kira-kira 1/10 daripada aluminium. Aluminium berbuih mempunyai kebolehpisahan yang rendah. Sebagai contoh, buih aluminium tidak mempunyai kemuluran aluminium logam, dan hampir tiada ubah bentuk plastik berlaku di bawah tekanan. Modulus keanjalan aluminium berbuih yang diukur dengan ujian lenturan adalah kira-kira 1/50-1/100 daripada aloi aluminium.

3.2.3 Ciri-ciri penyerapan tenaga hentakan

Bahan logam buih mempunyai rangkaian unik, struktur berliang tidak berarah, dan tiada kesan lantunan. Melalui ujian tegasan-terikan bahan ini, didapati bahawa terikannya jauh ketinggalan di belakang tegasan, dan dalam garis E lengkung tegasan-tegangan mampatan yang Mengandungi dataran yang panjang, buih logam adalah bahan yang mempunyai sifat penyerapan tenaga hentaman tinggi.

3.2.4 Sifat termofizik

Logam berbuih umumnya mempunyai rintangan haba yang tinggi, walaupun suhu mencapai takat lebur aloi asas, ia tidak akan larut. Contohnya, aloi ALMAG mempunyai julat suhu 560-640. C, tetapi aloi buih aloi ALMAG dipanaskan hingga 1400 di atmosfera. C juga tidak larut.

3.2.5 Prestasi penghantaran

Kebolehtelapan ialah ciri garpu buih logam melalui sel. Melalui pelarasan struktur liang logam buih (seperti keliangan, saiz liang, melalui keliangan, dll.). Bahan logam berbuih dengan keperluan kebolehtelapan yang berbeza boleh diperolehi.

3.2.6 Akustik dan Elektrik

Untuk buih logam melalui lubang, apabila gelombang bunyi menyentuh permukaan logam, ia memasuki lubang buih logam melalui pantulan meresap, dan getaran dalaman logam menukar tenaga bunyi kepada tenaga haba, yang memainkan peranan dalam pengurangan hingar. . Gelombang elektromagnet digunakan untuk menguji logam buih, dan didapati logam buih juga mempunyai kesan menyerap gelombang elektromagnet, jadi logam buih juga mempunyai kesan perisai pada gelombang elektromagnet.

3.3 Penggunaan logam buih

Memandangkan pelbagai jenis logam buih yang disebutkan di atas, terdapat banyak bidang aplikasi logam buih yang sepadan. Keperluan untuk aplikasi juga merupakan kepentingan pembangunan jenis bahan baharu ini.

3.3.1 Menggunakan sifat termofizik yang sangat baik

Logam berbuih mempunyai luas permukaan khusus yang besar, dan boleh digunakan untuk membuat penukar haba dan radiator untuk logam berbuih melalui sel; untuk logam berbuih sel tertutup, ia boleh digunakan sebagai bahan penebat haba.

3.3.2 Gunakan ciri-ciri penyerapan tenaga hentakan

Ia adalah salah satu kegunaan penting logam buih untuk pembuatan penimbal dan penyerap hentakan. Aplikasinya terdiri daripada penyekat hentaman kereta ke gear pendaratan kapal angkasa, dan ia telah berjaya digunakan dalam lif, pad keselamatan penghantar dan lapisan menyerap tenaga untuk perisai pengisar berkelajuan tinggi.

3.3.3 Menggunakan kebolehtelapan

Menggunakan kebolehtelapan busa logam, ia boleh digunakan sebagai bahan penting untuk penyediaan penapis. Berbanding dengan logam berliang metalurgi serbuk, ia mempunyai ciri-ciri saiz liang yang besar dan keliangan yang tinggi, dan penapis yang dibuat dengannya mempunyai pelbagai aplikasi, yang boleh digunakan untuk menapis zarah pepejal daripada cecair, udara atau aliran udara lain.

3.3.4 Menggunakan sifat akustik dan elektromagnet

Menggunakan sifat menyerap bunyi logam buih, ia digunakan terutamanya untuk pengurangan hingar dan pengurangan hingar, seperti peredam pengecilan untuk loji kuasa wap, alat pneumatik, kereta, dll. Di Jepun, keputusan yang menjanjikan telah diperolehi dalam kereta api berkelajuan tinggi bilik penjana, studio rakaman radio, dan penyerapan bunyi Shinkansen.

3.3.5 Kegunaan lain

Logam gelembung juga boleh digunakan dalam industri pembinaan, seperti bahagian hiasan dalaman dan luaran bangunan, dinding tirai, dinding, dll.; ia juga boleh digunakan sebagai pendirian komputer; pelbagai kotak pembungkusan, dsb. … Menggunakan rintangan api logam buih, ia boleh digunakan untuk bahan refraktori dalam industri seperti pembinaan; atau dengan memproses lubangnya, ia boleh digunakan untuk bahan kalis api. Dalam industri kimia, ia boleh digunakan sebagai pembawa pemangkin. Selain itu, buih logam juga boleh digunakan sebagai elektrod berliang.

Kesimpulannya, penggunaan logam buih adalah agak luas, ia boleh digunakan dalam banyak bidang seperti industri pembinaan, industri penerbangan, industri komputer, industri pengangkutan dan pembungkusan, dan dengan peningkatan berterusan proses pengeluaran logam buih dan penyelidikannya dan pembangunan Dengan pendalaman berterusan, bidang aplikasi logam buih masih berkembang. Oleh itu, penyelidikan dan pembangunan logam buih mempunyai nilai aplikasi praktikal yang hebat.