Investigación y aplicación del estado de desarrollo de la espuma metálica.

La espuma metálica es un material metálico poroso que forma numerosas burbujas en la matriz metálica, también conocida como espuma metálica porosa. Debido a que tiene propiedades metálicas y algunas propiedades físicas especiales de los no-metales, ha recibido una gran atención en el país y en el extranjero. En los últimos años se ha avanzado mucho en la investigación teórica sobre el desarrollo, aplicación y desarrollo de las espumas metálicas y sus propiedades estructurales.

1. Descripción general del desarrollo de espuma metálica en el país y en el extranjero.

Desde que SOSNIK en los Estados Unidos agregó por primera vez mercurio al aluminio para producir aluminio espumado en 1948, los investigadores han trabajado mucho en la preparación, la investigación del rendimiento y el desarrollo de aplicaciones del metal espumado. El sistema de método es generalmente fijo, que se puede dividir en método de fundición, método de deposición de metal, método de pulvimetalurgia, método de deposición por pulverización, etc. Entre ellos, el método de fundición es el más económico y ha logrado un gran progreso en la aplicación práctica en los últimos años. años. Por ejemplo, la American Roa Company y los Estados Unidos y Japón han producido con éxito los grados de aleación de plomo de los perfiles de aluminio de espuma 7075 y ALMAG35 mediante el método de espumado directo y el método de fundición de inversión, respectivamente.

Desde la aparición de la espuma metálica hasta las décadas de 1970 y 1980, la investigación se centró principalmente en la preparación de espuma metálica. Por ejemplo, la solución del problema del aumento de viscosidad en la preparación de espuma de aluminio tiene un gran impulso para la preparación de espuma de aluminio; además, la propuesta y aplicación del mecanismo bubble core es un gran avance en la preparación de espumas metálicas. La teoría es como agregar un agente nucleante en el proceso de solidificación del metal, lo que hace posible la formación directa de espuma metálica.

Ahora, la producción de espuma de aluminio ha podido llevar a cabo una producción continua desde la formación de espuma hasta el proceso de formación.

(A) Para la producción continua de aluminio grande; (B) Para la producción continua de placas grandes con un cierto espesor; (c) Para fundiciones que pueden usarse para producir una forma determinada; (D) Para la producción continua de una determinada forma de fundición. Este método consiste en obtener una espuma de metal fundido estable de acuerdo con la teoría del núcleo de la burbuja y luego sacarla para moldearla y obtener un producto terminado con la forma deseada.

Por otro lado, varios países han invertido una gran cantidad de mano de obra y recursos materiales para mejorar las propiedades de la espuma metálica, y el contenido de la investigación incluye principalmente aleación, tratamiento térmico, refuerzo de fibra u otros métodos de refuerzo de la espuma metálica. Entre ellos, el material de espuma porosa de alta-resistencia Gasser desarrollado por el metalúrgico ucraniano Shapovalov es el más típico. Este material tiene un alto grado de integridad estructural y tiene mucha mayor resistencia y rigidez que los materiales de espuma porosa convencionales.

Además, en los últimos años también se ha llevado a cabo en teoría un estudio sistemático de las espumas metálicas. En primer lugar, en la investigación sobre los parámetros estructurales de la espuma metálica, las personas sienten cada vez más la particularidad de la espuma metálica en la estructura física, no solo es un material estructural, sino un material multifuncional con muchas propiedades físicas. Sus propiedades especiales se pueden averiguar a partir de su estructura. Por ejemplo, la medición e investigación de la porosidad abierta y la porosidad cerrada de los poros de espuma metálica, la medición estadística del tamaño de poro, la medición del área de superficie específica y la influencia de estos parámetros en el rendimiento de la espuma metálica. En segundo lugar, es estudiar las propiedades de la espuma metálica, como las características de deformación, las características de absorción del sonido y las características de amortiguación de la fricción interna de la espuma metálica. Estos estudios proporcionan una base teórica para la investigación aplicada.

Se han logrado grandes logros en la aplicación e investigación de la espuma metálica, y se han preparado piezas pequeñas y grandes que entraron en la etapa de producción y aplicación de prueba. Por ejemplo, la espuma de aluminio producida por Sumitomo Electric Co., Ltd. de Japón se utiliza para fabricar algunas piezas de automóviles-resistentes al calor y a la abrasión-y piezas de altavoces; En los ferrocarriles, la espuma de aluminio se usa para hacer paredes insonorizadas para salas de generación de energía-de aire acondicionado. Además, el aluminio espumado también se utiliza como material a prueba de golpes-para instrumentos de precisión.

La investigación nacional sobre espuma metálica solo comenzó en la década de 1980. Después de más de 10 años de exploración e investigación, algunas unidades de investigación como la Universidad del Sudeste, la Academia de Ciencias de Guizhou, la Universidad Tecnológica de Dalian, la Fábrica de Procesamiento de Aluminio del Suroeste han dominado inicialmente el método de producción de espuma metálica. Entre ellas, la Universidad del Sudeste y la Academia de Ciencias de Guizhou son las más avanzadas. En particular, la Academia de Ciencias de Guizhou ha producido con éxito perfiles de espuma de aluminio a gran-escala utilizando el método de espumado directo con agentes espumantes baratos. Después de las pruebas realizadas por el Instituto de Acústica de la Academia de Ciencias de China y otras unidades, los efectos de absorción de sonido, protección, absorción de impactos y resistencia al impacto, gravedad específica y otros indicadores de rendimiento, han alcanzado los indicadores de productos extranjeros similares. En la actualidad, la Universidad del Sureste es muy activa en la investigación sobre la preparación y las propiedades del metal espumado. Se enfocan principalmente en la preparación de aluminio espumado por el método de filtración y han llevado a cabo experimentos de simulación sobre el método de filtración y han preparado el aluminio espumado por el método de filtración. Materiales compuestos de polímeros, la Universidad Tecnológica de Hebei ha preparado con éxito espuma de hierro de alto-punto de fusión mediante la adición de agentes-formadores de poros, y ha logrado resultados gratificantes.

En cuanto a la preparación de espuma metálica, hay muchas investigaciones nacionales sobre el método de formación de espuma, el método metalúrgico y el método de percolación, y básicamente han alcanzado el nivel de los países desarrollados extranjeros, pero la investigación sobre el método de producción continua aún está en blanco, y necesita ser desarrollado para adaptarse a las condiciones domésticas. Método de producción continua.

En términos de rendimiento teórico, la investigación nacional es relativamente temprana y el campo de investigación se encuentra básicamente en el nivel líder internacional, como la medición de parámetros estructurales de espuma metálica, rendimiento de reducción de ruido, rendimiento de absorción de sonido bajo el agua, rendimiento de amortiguación, etc. Se ha investigado mucho y se han obtenido resultados considerables. La cantidad de poros en la espuma metálica es enorme y los tamaños son diferentes. Es extremadamente difícil medir manualmente estos parámetros estructurales. En la literatura, la información gráfica de la espuma metálica se ingresa en la computadora y se realiza el procesamiento de datos para medir el diámetro promedio y la distribución del tamaño de poro de los poros. Resuelve el problema de medir los parámetros estructurales de la espuma metálica. La espuma metálica es un tipo de material liviano y de alta amortiguación con semillas de alta absorción de energía. Su característica de amortiguamiento es la fricción interna no lineal que está estrechamente relacionada con la amplitud de la deformación, pero no tiene una relación significativa con la frecuencia de la deformación. La investigación en esta área solo se informó en el extranjero en 1998.

En términos de aplicación, hay pocas investigaciones nacionales. Aunque la investigación sobre el rendimiento teórico ha propuesto muchas posibilidades de aplicación, está desvinculada del desarrollo de la aplicación y no hay un informe sobre la aplicación de espuma metálica.

2. Estado de preparación del hierro espumado

Aunque la espuma metálica tiene una historia de casi 50 años, la investigación y el desarrollo de la espuma metálica se basa principalmente en metales ligeros, especialmente la investigación sobre la espuma de aluminio es la más extensa. Esto se debe al bajo punto de fusión del aluminio y sus aleaciones, buenas propiedades de fundición y fácil manejo del metal fundido. Además, los materiales que se pueden usar para hacer espuma de metal incluyen metales de bajo punto de fusión como el cobre, el zinc y sus aleaciones, pero estos materiales son mucho menos extensos que la investigación y el desarrollo de la espuma de aluminio.

Para la investigación de espumas metálicas de alto punto de fusión, existen principalmente aleaciones basadas en Ni-, Ti- y D-, y el método de producción es principalmente la sinterización por pulvimetalurgia. Los informes al respecto solo han aparecido en los últimos años, como el uso de aleaciones basadas en Ni-para producir electrodos porosos delgados.

Los informes de investigación sobre el hierro espumado son aún más raros, solo se encuentran unos pocos informes relacionados sobre el hierro-que contiene metal de espuma de oro de Taiwán, uno es Cu-Fe. La producción de metal de espuma de sn, en el que el contenido de Fe (fracción de masa) es del 60 al 80 por ciento, y el Cu es del 10 al 30 por ciento, que se obtiene mediante sinterización pulvimetalúrgica, y su porosidad es del 10 al 35 por ciento. [3U]; Otro Fe-Cr-IA. RE Taijin, Fe representa el 70 por ciento ~ 8O por ciento, también producido por el método de sinterización, Fe existe en forma de fibras "; también hay un polvo de Fe y otro polvo de metal adherido a una estructura de rejilla de resina pegajosa, y luego sinterizado para obtener una lámina delgada de espuma de metal, que se utiliza como electrodo. Además, hay informes sobre la preparación de espuma de hierro por el método de filtración e informes sobre la preparación de espuma de hierro por el método de bola hueca, pero no se han popularizado. .

En una palabra, la preparación y aplicación de espuma de hierro de alto-punto de fusión está en sus inicios, y el método es relativamente complejo y simple. Por lo tanto, es necesario investigar y desarrollar métodos de preparación de espumas de hierro de alto-punto de fusión y otros metales de alto-punto de fusión-y sus aleaciones, con el fin de utilizarlos lo antes posible. Este material funcional con muchas propiedades especiales contribuye a la humanidad.

3. Características y aplicaciones de la espuma metálica

Dado que hay muchos orificios en el metal de espuma, el tamaño, el número, la uniformidad, la conectividad y el cierre de los orificios afectarán su desempeño.

3.1 Parámetros y características estructurales

1) Tamaño de poro: el tamaño de poro generalmente se refiere al diámetro promedio de los poros, que es el parámetro básico de la espuma metálica. El tamaño de poro de la espuma metálica es generalmente más grande, O. 1-10mm o más (generalmente, la apertura de la pulvimetalurgia no es más de 0,3 mm).

2) Porosidad total, porosidad efectiva: La porosidad total se refiere a la relación entre el volumen ocupado por los poros y el volumen total (que se puede obtener por el método de pesaje). Dado que no todos los poros están conectados entre sí, la relación entre los poros conectados y el volumen total se denomina porosidad efectiva. Solo cuando todos los poros están conectados, la porosidad L total es igual a la porosidad L efectiva. La porosidad de la espuma metálica es relativamente alta y su porosidad está entre el 40 y el 90 por ciento.

3) Porosidad transversal: la relación entre el diámetro promedio del canal de poro y el diámetro promedio de poro en cualquier sección es la porosidad transversal.

4) Gravedad específica y área de superficie específica: la gravedad específica de la espuma metálica es ligera. Generalmente solo 1/10-3/5 del mismo volumen de metal. Su superficie específica es mayor, que es 10-40cm²/cm³

3.2 Características de rendimiento

3.2.1 Peso ligero y gravedad específica pequeña

Debido a la existencia de muchos orificios grandes y pequeños en la matriz metálica, este material obviamente es liviano. La gravedad específica es pequeña. La gravedad específica del aluminio espumado varía de {{0}}.2 a 0.5 g/cm, y su valor promedio es solo 1/10 del del aluminio.

3.2.2 Propiedades mecánicas

La resistencia a la tracción de la espuma metálica es relativamente baja. La resistencia específica también es relativamente baja, pero la resistencia a la compresión y la resistencia a la flexión son altas. La resistencia a la tracción del aluminio espumado es solo aproximadamente 1/100 de la del aluminio, y la resistencia específica es aproximadamente 1/10 de la del aluminio. El aluminio espumado tiene baja separabilidad. Por ejemplo, la espuma de aluminio no tiene la ductilidad del aluminio metálico y casi no se produce deformación plástica bajo presión. El módulo de elasticidad del aluminio espumado medido mediante la prueba de flexión es aproximadamente 1/50-1/100 del de la aleación de aluminio.

3.2.3 Características de absorción de energía de choque

El material de espuma metálica tiene una red única, una estructura porosa no-direccional y sin efecto de rebote. A través de la prueba de tensión-deformación de este material, se encuentra que su deformación va muy por detrás de la tensión, y en la línea E de la curva de-deformación de la tensión de compresión Con una meseta larga, la espuma metálica es un material con propiedades de absorción de energía de alto impacto.

3.2.4 Propiedades termofísicas

El metal espumado generalmente tiene una alta resistencia al calor, incluso si la temperatura alcanza el punto de fusión de la aleación base, no se disolverá. Por ejemplo, las aleaciones ALMAG tienen un rango de temperatura de 560-640. C, pero la aleación de espuma de aleación ALMAG se calienta a 1400 en la atmósfera. C tampoco se disuelve.

3.2.5 Rendimiento de transmisión

La permeabilidad es una característica de horquilla-de la espuma metálica de-celda pasante. A través del ajuste de la estructura de poros de metal de espuma (como porosidad, tamaño de poro, porosidad, etc.). Se pueden obtener materiales de metal espumado con diferentes requisitos de permeabilidad.

3.2.6 Acústica y Electricidad

En el caso de la espuma metálica con-orificio, cuando la onda sonora toca la superficie metálica, entra en el orificio de la espuma metálica a través de una reflexión difusa, y la vibración interna del metal convierte la energía del sonido en energía térmica, que juega un papel papel en la reducción del ruido. Las ondas electromagnéticas se utilizaron para probar la espuma metálica y se descubrió que la espuma metálica también tenía el efecto de absorber las ondas electromagnéticas, por lo que la espuma metálica también tenía un efecto de protección contra las ondas electromagnéticas.

3.3 Aplicación de espuma metálica

En vista de los diversos tipos de espuma metálica mencionados anteriormente, existen muchos campos de aplicación correspondientes de la espuma metálica. La necesidad de aplicación es también la importancia del desarrollo de este nuevo tipo de material.

3.3.1 Utilizar excelentes propiedades termofísicas

El metal espumado tiene una gran superficie específica y se puede utilizar para fabricar intercambiadores de calor y radiadores para metal espumado de celdas pasantes-; para metal espumado de celda cerrada-, se puede utilizar como material de aislamiento térmico.

3.3.2 Utilizar las características de absorción de energía de choque

Es uno de los usos importantes de la espuma metálica para la fabricación de topes y amortiguadores. Sus aplicaciones van desde el deflector de impacto del automóvil hasta el tren de aterrizaje de la nave espacial, y se ha utilizado con éxito en ascensores, almohadillas de seguridad para transportadores y revestimientos-absorbentes de energía para-protectores de trituradoras de alta velocidad. .

3.3.3 Utilización de la permeabilidad

Usando la permeabilidad de la espuma metálica, puede usarse como un material importante para la preparación de filtros. En comparación con el metal poroso de la pulvimetalurgia, tiene las características de un tamaño de poro grande y una alta porosidad, y el filtro fabricado con él tiene una amplia gama de aplicaciones, que se pueden usar para filtrar partículas sólidas de líquidos, aire u otros flujos de aire.

3.3.4 Uso de propiedades acústicas y electromagnéticas

Utilizando las propiedades de absorción de sonido-de la espuma metálica, se utiliza principalmente para la reducción del ruido y la reducción del ruido, como silenciadores de atenuación para plantas de energía de vapor, herramientas neumáticas, automóviles, etc. En Japón, se han obtenido resultados prometedores en salas de generadores de trenes de alta-velocidad, estudios de grabación de radio y absorción de sonido Shinkansen.

3.3.5 Otros usos

El metal de burbujas también se puede utilizar en la industria de la construcción, como partes decorativas interiores y exteriores de edificios, muros cortina, paredes, etc.; también se puede utilizar como soporte para computadora; varias cajas de embalaje, etc.... Utilizando la resistencia al fuego de la espuma metálica, se puede utilizar para materiales refractarios en industrias como la construcción; o mediante el procesamiento de sus agujeros, se puede utilizar para materiales retardantes de llama. En la industria química, se puede utilizar como portador de catalizadores. Además, la espuma metálica también se puede utilizar como electrodo poroso.

En resumen, la aplicación de espuma metálica es bastante extensa, se puede utilizar en muchos campos, como la industria de la construcción, la industria de la aviación, la industria informática, la industria del transporte y el embalaje, y con la mejora continua del proceso de producción de espuma metálica y su investigación y desarrollo Con la continua profundización, el campo de aplicación de la espuma metálica aún se está expandiendo. Por lo tanto, la investigación y el desarrollo de la espuma metálica tiene un gran valor de aplicación práctica.