Nghiên cứu và ứng dụng tình trạng phát triển của bọt kim loại

Xốp kim loại là một vật liệu kim loại xốp tạo thành nhiều bong bóng trong ma trận kim loại, còn được gọi là bọt kim loại xốp. Vì nó vừa có tính chất kim loại vừa có một số tính chất vật lý đặc biệt của kim loại phi - nên nó đã nhận được sự quan tâm rộng rãi trong và ngoài nước. Trong những năm gần đây, đã có nhiều tiến bộ trong nghiên cứu lý thuyết về sự phát triển, ứng dụng và phát triển của kim loại bọt và các đặc tính cấu trúc của nó.

1. Tổng quan về sự phát triển của kim loại bọt trong và ngoài nước

Kể từ khi SOSNIK ở Hoa Kỳ lần đầu tiên bổ sung thủy ngân vào nhôm để sản xuất nhôm tạo bọt vào năm 1948, các nhà nghiên cứu đã thực hiện rất nhiều công việc điều chế, nghiên cứu hiệu suất và phát triển ứng dụng của kim loại có bọt. Hệ thống phương pháp nói chung là cố định, có thể được chia thành phương pháp đúc, phương pháp lắng đọng kim loại, phương pháp luyện kim bột, phương pháp lắng đọng phun, ... Trong đó, phương pháp đúc là kinh tế nhất và đã có nhiều tiến bộ trong ứng dụng thực tế trong thời gian gần đây nhiều năm. Ví dụ, Công ty Roa của Mỹ cùng với Hoa Kỳ và Nhật Bản đã sản xuất thành công mác nhôm hợp kim chì 7075 và ALMAG35 bằng phương pháp tạo bọt trực tiếp và phương pháp đúc đầu tư tương ứng.

Từ khi xuất hiện bọt kim loại đến những năm 1970 và 1980, nghiên cứu chủ yếu tập trung vào việc điều chế bọt kim loại. Ví dụ, lời giải của bài toán tăng độ nhớt trong quá trình điều chế bọt nhôm có động lực rất lớn đối với quá trình điều chế bọt nhôm; Ngoài ra, việc đề xuất và áp dụng cơ chế lõi bong bóng là một bước đột phá lớn trong việc điều chế kim loại bọt. Lý thuyết này giống như việc thêm một chất tạo mầm trong quá trình hóa rắn của kim loại, giúp tạo ra bọt kim loại trực tiếp.

Giờ đây, việc sản xuất nhôm tạo bọt đã có thể thực hiện sản xuất liên tục từ quá trình tạo bọt đến quá trình tạo hình.

(A) Để sản xuất liên tục nhôm lớn; (B) Để sản xuất liên tục các tấm lớn với độ dày nhất định; (c) Đối với vật đúc có thể được sử dụng để tạo ra một hình dạng nhất định; (D) Để sản xuất liên tục một hình dạng đúc nhất định. Phương pháp này nhằm thu được bọt kim loại nóng chảy ổn định theo lý thuyết lõi bong bóng, sau đó rút ra để đúc để thu được thành phẩm có hình dạng mong muốn.

Mặt khác, các nước đã đầu tư nhiều nhân lực và vật lực để cải thiện tính chất của kim loại bọt, nội dung nghiên cứu chủ yếu bao gồm hợp kim hóa, nhiệt luyện, gia cường sợi hoặc các phương pháp gia cường khác của kim loại bọt. Trong số đó, vật liệu xốp có độ bền cao - Gasser do nhà luyện kim người Ukraina Shapovalov phát triển là tiêu biểu nhất. Vật liệu này có độ toàn vẹn về cấu trúc và có độ bền và độ cứng cao hơn nhiều so với các vật liệu xốp xốp thông thường.

Ngoài ra, trong những năm gần đây, một nghiên cứu có hệ thống về các bọt kim loại cũng đã được thực hiện trên lý thuyết. Trước hết, trong nghiên cứu về các thông số cấu tạo của bọt kim loại, người ta ngày càng cảm nhận được tính đặc thù của bọt kim loại về cấu tạo vật lý, nó không chỉ là vật liệu cấu tạo, mà là vật liệu đa chức năng với nhiều tính chất vật lý. Các tính chất đặc biệt của nó có thể được tìm ra từ cấu trúc của nó. Ví dụ, phép đo và nghiên cứu độ xốp hở và độ xốp kín của các lỗ xốp kim loại, phép đo thống kê kích thước lỗ xốp, phép đo diện tích bề mặt riêng và ảnh hưởng của các thông số này đến tính năng của kim loại bọt. Thứ hai, đó là nghiên cứu các tính chất của kim loại bọt, chẳng hạn như đặc điểm biến dạng, đặc điểm hấp thụ âm thanh và đặc tính nội ma sát giảm chấn của kim loại bọt. Những nghiên cứu này cung cấp cơ sở lý thuyết cho nghiên cứu ứng dụng.

Đã có nhiều thành tựu to lớn trong việc ứng dụng và nghiên cứu kim loại bọt, các mảnh lớn nhỏ đã được chuẩn bị và bước vào giai đoạn sản xuất thử nghiệm và ứng dụng. Ví dụ: bọt nhôm do Công ty TNHH Sumitomo Electric của Nhật Bản sản xuất được sử dụng để sản xuất một số bộ phận {0}} chịu và mài mòn - nhiệt của ô tô và các bộ phận của loa; trên đường sắt, bọt nhôm được dùng để làm vách cách âm cho các phòng phát điện điều hòa -. Ngoài ra, nhôm tạo bọt cũng được sử dụng làm vật liệu thiết bị chống va đập - cho các dụng cụ chính xác.

Nghiên cứu trong nước về kim loại bọt chỉ bắt đầu vào những năm 1980. Sau hơn 10 năm tìm tòi, nghiên cứu, một số đơn vị nghiên cứu như Đại học Đông Nam, Học viện Khoa học Quý Châu, Đại học Công nghệ Đại Liên, Nhà máy gia công nhôm Tây Nam đã bước đầu làm chủ được phương pháp sản xuất kim loại bọt. Trong số đó, Đại học Đông Nam và Học viện Khoa học Quý Châu là những trường tiên tiến nhất. Đặc biệt, Học viện Khoa học Quý Châu đã sản xuất thành công cấu hình bọt nhôm quy mô lớn - bằng cách sử dụng phương pháp tạo bọt trực tiếp với chất tạo bọt rẻ tiền. Sau khi được Viện Âm học thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc và các đơn vị khác kiểm nghiệm, các tác dụng tiêu âm, che chắn, hấp thụ va đập, chống va đập, trọng lượng riêng và các chỉ số hoạt động khác đều đạt các chỉ tiêu của các sản phẩm tương tự của nước ngoài. Hiện nay, Trường Đại học Đông Nam rất tích cực trong việc nghiên cứu điều chế và tính chất của kim loại tạo bọt. Họ chủ yếu tập trung vào việc điều chế nhôm tạo bọt bằng phương pháp thấm, và đã thực hiện các thí nghiệm mô phỏng về phương pháp thấm và điều chế nhôm tạo bọt bằng phương pháp thấm. Vật liệu hỗn hợp polyme, Đại học Công nghệ Hà Bắc đã điều chế thành công bọt sắt có - nóng chảy cao bằng cách thêm chất tạo lỗ - và đạt được kết quả đáng mừng.

Về điều chế kim loại bọt, trong nước đã có nhiều công trình nghiên cứu về phương pháp tạo bọt, phương pháp luyện kim và phương pháp thấm màu và về cơ bản đã theo kịp trình độ của các nước phát triển nước ngoài, nhưng việc nghiên cứu về phương pháp sản xuất liên tục vẫn còn bỏ ngỏ, và cần được phát triển để thích ứng với điều kiện trong nước. Phương thức sản xuất liên tục.

Về mặt lý thuyết, nghiên cứu trong nước còn tương đối sớm và lĩnh vực nghiên cứu về cơ bản ở mức hàng đầu quốc tế, như đo các thông số cấu trúc của kim loại bọt, hiệu suất giảm tiếng ồn, hiệu suất hấp thụ âm thanh dưới nước, hiệu suất giảm chấn, v.v. A nhiều nghiên cứu đã được thực hiện và đạt được những kết quả đáng kể. Số lượng lỗ xốp trong kim loại bọt rất lớn và kích thước khác nhau. Việc đo thủ công các thông số kết cấu này là vô cùng khó khăn. Trong tài liệu, thông tin đồ họa của kim loại bọt được nhập vào máy tính và xử lý dữ liệu được thực hiện để đo đường kính trung bình và sự phân bố kích thước lỗ của các lỗ rỗng. Nó giải quyết vấn đề đo các thông số cấu trúc của kim loại bọt. Xốp kim loại là một loại vật liệu nhẹ và giảm chấn cao, có hạt hấp thụ năng lượng cao. Đặc tính giảm chấn của nó là ma sát nội phi tuyến có liên quan chặt chẽ với biên độ biến dạng, nhưng không có mối quan hệ đáng kể nào với tần số biến dạng. Nghiên cứu trong lĩnh vực này chỉ được báo cáo ở nước ngoài vào năm 1998.

Về ứng dụng, ít có công trình nghiên cứu trong nước. Mặc dù nghiên cứu về hiệu suất lý thuyết đã đề xuất rất nhiều khả năng ứng dụng, nó được tách ra khỏi sự phát triển ứng dụng và không có báo cáo nào về ứng dụng của kim loại bọt.

2. Trạng thái chuẩn bị của bàn ủi có bọt

Mặc dù bọt kim loại đã có lịch sử gần 50 năm, nhưng việc nghiên cứu và phát triển bọt kim loại hầu hết dựa trên kim loại nhẹ, đặc biệt nghiên cứu về nhôm tạo bọt là quy mô nhất. Điều này là do điểm nóng chảy của nhôm và các hợp kim của nó thấp, tính chất đúc tốt và dễ dàng xử lý kim loại nóng chảy. Ngoài ra, các vật liệu có thể được sử dụng để tạo ra kim loại bọt bao gồm các kim loại có nhiệt độ nóng chảy thấp như cu, Zn và các hợp kim của chúng, nhưng những vật liệu này ít sâu rộng hơn so với việc nghiên cứu và phát triển nhôm bọt.

Để nghiên cứu bọt kim loại có điểm nóng chảy cao, chủ yếu có các hợp kim dựa trên Ni -, Ti - và D -, và phương pháp sản xuất chủ yếu là thiêu kết luyện kim bột. Các báo cáo về vấn đề này chỉ mới xuất hiện trong những năm gần đây, chẳng hạn như việc sử dụng các hợp kim dựa trên Ni - để sản xuất điện cực xốp mỏng.

Các báo cáo nghiên cứu về sắt tạo bọt thậm chí còn hiếm hơn, người ta chỉ tìm thấy một số báo cáo liên quan về sắt - chứa kim loại bọt vàng Đài Loan, một là Cu - Fe. Sản xuất kim loại bọt sn, trong đó hàm lượng Fe (phần khối lượng) là 60 phần trăm đến 80 phần trăm, và cu là 10 phần trăm đến 30 phần trăm, thu được bằng cách nung kết luyện kim bột, và độ xốp của nó là 10 phần trăm đến 35 phần trăm. [3U]; AI khác Fe - Cr -. RE Taijin, Fe chiếm 70 phần trăm ~ 8O phần trăm, cũng được sản xuất bằng phương pháp thiêu kết, Fe tồn tại ở dạng sợi "; còn có bột Fe và một loại bột kim loại khác được kết dính với cấu trúc lưới nhựa dính, sau đó thiêu kết để thu được một tấm xốp kim loại mỏng, được dùng làm điện cực. .

Nói một cách dễ hiểu, việc điều chế và ứng dụng - bọt sắt nóng chảy cao mới chỉ ở giai đoạn sơ khai và phương pháp này tương đối phức tạp và đơn giản. Vì vậy, cần nghiên cứu và phát triển các phương pháp điều chế bọt sắt có - nóng chảy cao và các kim loại có điểm - nóng chảy - cao khác và hợp kim của chúng, để có thể sử dụng chúng càng sớm càng tốt Vật liệu chức năng với nhiều tính chất đặc biệt này góp phần tạo nên nhân loại.

3. Đặc điểm và ứng dụng của bọt kim loại

Vì có nhiều lỗ trên kim loại bọt, nên kích thước, số lượng, tính đồng nhất, khả năng kết nối và độ đóng của các lỗ sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất của nó.

3.1 Các thông số và đặc điểm cấu trúc

1) Kích thước lỗ: Kích thước lỗ thường đề cập đến đường kính trung bình của lỗ, là thông số cơ bản của kim loại bọt. Kích thước lỗ xốp của kim loại bọt nói chung lớn hơn, O. 1-1 0 mm hoặc hơn (nói chung, độ mở của kim loại luyện kim bột không quá 0,3 mm).

2) Độ xốp toàn phần, độ xốp hữu hiệu: Độ xốp toàn phần dùng để chỉ tỷ lệ giữa thể tích bị chiếm bởi các lỗ xốp trên tổng thể tích (có thể lấy bằng phương pháp cân). Vì không phải tất cả các lỗ rỗng đều được kết nối với nhau, tỷ lệ của các lỗ thông nối với tổng thể tích được gọi là độ rỗng hiệu dụng. Chỉ khi tất cả các lỗ rỗng được kết nối với nhau thì tổng độ xốp L mới bằng độ xốp L hữu hiệu. Độ xốp của bọt kim loại tương đối cao, và độ xốp của nó từ 40% đến 90%.

3) Thông qua độ rỗng: tỷ số giữa đường kính kênh lỗ trung bình với đường kính lỗ trung bình trên bất kỳ mặt cắt nào là độ xốp xuyên suốt.

4) Trọng lượng riêng và diện tích bề mặt riêng: trọng lượng riêng của kim loại bọt là nhẹ. Nói chung chỉ bằng 1 / 10-3 / 5 cùng một khối lượng kim loại. Diện tích bề mặt cụ thể của nó lớn hơn, là lO-40cm² / cm³

3.2 Đặc điểm hoạt động

3.2.1 Trọng lượng nhẹ và trọng lượng riêng nhỏ

Do tồn tại nhiều lỗ lớn nhỏ trong ma trận kim loại nên vật liệu này hiển nhiên có trọng lượng nhẹ. Trọng lượng riêng nhỏ. Trọng lượng riêng của nhôm tạo bọt nằm trong khoảng từ {{0}}. 2 đến 0,5 g / cm và giá trị trung bình của nó chỉ bằng 1/10 của nhôm.

3.2.2 Tính chất cơ học

Độ bền kéo của kim loại bọt tương đối thấp. Độ bền cụ thể cũng tương đối thấp, nhưng độ bền nén và độ bền uốn cao. Độ bền kéo của nhôm xốp chỉ bằng khoảng 1/100 của nhôm và độ bền riêng bằng khoảng 1/10 của nhôm. Nhôm tạo bọt có độ bền thấp. Ví dụ, bọt nhôm không có độ dẻo của nhôm kim loại, và hầu như không xảy ra biến dạng dẻo dưới áp lực. Mô đun đàn hồi của nhôm tạo bọt được đo bằng thử nghiệm uốn là khoảng 1 / 50-1 / 100 của hợp kim nhôm.

3.2.3 Đặc điểm hấp thụ năng lượng xung kích

Vật liệu kim loại bọt có một mạng lưới duy nhất, cấu trúc xốp không - định hướng và không có hiệu ứng bật lại. Qua thử nghiệm ứng suất - ứng suất của vật liệu này, người ta thấy rằng ứng suất của nó trễ sau ứng suất mạnh và trong ứng suất nén - đường cong biến dạng E Chứa một bình nguyên dài, bọt kim loại là vật liệu với đặc tính hấp thụ năng lượng tác động cao.

3.2.4 Tính chất nhiệt lý

Kim loại tạo bọt nói chung có khả năng chịu nhiệt cao, ngay cả khi nhiệt độ đạt đến nhiệt độ nóng chảy của hợp kim cơ bản, nó sẽ không bị hòa tan. Ví dụ, hợp kim ALMAG có dải nhiệt độ từ 560-640. C, nhưng hợp kim bọt hợp kim ALMAG được nung nóng đến 1400 trong khí quyển. C cũng không tan.

3.2.5 Hiệu suất truyền động

Tính thấm là một đặc tính của cái nĩa - của bọt kim loại tế bào -. Thông qua việc điều chỉnh cấu trúc lỗ xốp kim loại (chẳng hạn như độ xốp, kích thước lỗ, thông qua độ xốp, v.v.). Có thể thu được các vật liệu kim loại dạng bọt với các yêu cầu về độ thấm khác nhau.

3.2.6 Âm học và Điện

Đối với bọt kim loại có lỗ -, khi sóng âm chạm vào bề mặt kim loại, sóng âm thanh này sẽ đi vào lỗ của bọt kim loại thông qua phản xạ khuếch tán và dao động bên trong của kim loại chuyển năng lượng âm thanh thành nhiệt năng, đóng vai trò vai trò trong việc giảm tiếng ồn. Người ta dùng sóng điện từ để kiểm tra kim loại bọt, người ta thấy kim loại bọt còn có tác dụng hấp thụ sóng điện từ, vì vậy kim loại bọt còn có tác dụng che chắn sóng điện từ.

3.3 Ứng dụng của kim loại bọt

Theo quan điểm của các loại kim loại bọt được đề cập ở trên, có rất nhiều lĩnh vực ứng dụng tương ứng của kim loại bọt. Nhu cầu ứng dụng cũng là ý nghĩa của sự phát triển của loại vật liệu mới này.

3.3.1 Sử dụng các đặc tính nhiệt lý tuyệt vời

Kim loại tạo bọt có diện tích bề mặt riêng lớn và có thể được sử dụng để chế tạo bộ trao đổi nhiệt và bộ tản nhiệt thông qua kim loại tạo bọt - tế bào; đối với kim loại xốp dạng ô - kín, nó có thể được sử dụng làm vật liệu cách nhiệt.

3.3.2 Sử dụng các đặc điểm hấp thụ năng lượng xung kích

Nó là một trong những ứng dụng quan trọng của kim loại bọt để sản xuất đệm và giảm xóc. Các ứng dụng của nó bao gồm từ vách ngăn va đập của ô tô đến thiết bị hạ cánh của tàu vũ trụ và nó đã được sử dụng thành công trong thang máy, tấm đệm an toàn băng tải và - lớp lót hấp thụ năng lượng cho tấm chắn máy mài tốc độ cao - .

3.3.3 Tận dụng độ thẩm thấu

Sử dụng tính thẩm thấu của bọt kim loại, nó có thể được sử dụng như một vật liệu quan trọng để chuẩn bị các bộ lọc. So với kim loại xốp luyện kim dạng bột, nó có đặc điểm là kích thước lỗ lớn và độ xốp cao, và bộ lọc được chế tạo bằng nó có nhiều ứng dụng, có thể được sử dụng để lọc các hạt rắn từ chất lỏng, không khí hoặc các luồng không khí khác.

3.3.4 Sử dụng các đặc tính âm học và điện từ

Sử dụng đặc tính hấp thụ - âm thanh của kim loại bọt, nó chủ yếu được sử dụng để giảm tiếng ồn và giảm tiếng ồn, chẳng hạn như bộ giảm âm cho nhà máy điện hơi nước, công cụ khí nén, ô tô, v.v. Ở Nhật Bản, kết quả đầy hứa hẹn đã thu được trong - phòng tạo tàu cao tốc, phòng thu âm đài và hấp thụ âm thanh Shinkansen.

3.3.5 Các mục đích sử dụng khác

Kim loại bong bóng cũng có thể được sử dụng trong ngành xây dựng, chẳng hạn như các bộ phận trang trí bên trong và bên ngoài của các tòa nhà, bức tường rèm, tường, v.v.; nó cũng có thể được sử dụng như một giá đỡ máy tính; hộp bao bì khác nhau, vv… Với khả năng chống cháy của kim loại xốp, nó có thể được sử dụng làm vật liệu chịu lửa trong các ngành công nghiệp như xây dựng; hoặc bằng cách xử lý các lỗ của nó, nó có thể được sử dụng làm vật liệu chống cháy. Trong công nghiệp hóa chất, nó có thể được sử dụng như một chất mang xúc tác. Ngoài ra, bọt kim loại cũng có thể được sử dụng làm điện cực xốp.

Tóm lại, ứng dụng của kim loại bọt khá rộng rãi, nó có thể được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như công nghiệp xây dựng, công nghiệp hàng không, công nghiệp máy tính, vận tải và công nghiệp đóng gói, và với sự cải tiến liên tục của quá trình sản xuất kim loại bọt và nghiên cứu của nó và sự phát triển Với sự phát triển không ngừng sâu rộng, lĩnh vực ứng dụng của kim loại bọt vẫn đang tiếp tục mở rộng. Vì vậy, việc nghiên cứu và phát triển kim loại bọt có giá trị ứng dụng thực tế rất lớn.