Casting Protocolos para la Producción de célula abierta de aluminio Espumas por la técnica de replicación y el efecto de la porosidad
Summary
Replication is one of the processing techniques used for the production of porous metal sponges. In this paper one implementation of the method for the production of open celled porous aluminum is shown in detail.
Abstract
Las espumas metálicas son materiales interesantes, tanto de una comprensión fundamental y práctico punto de vista de las aplicaciones. Se han propuesto usos, y en muchos casos validado experimentalmente, para el peso de luz o de absorción de energía de impacto estructuras, como intercambiadores de calor de superficie alta área o electrodos, como implantes en el cuerpo, y muchos más. Aunque se han hecho grandes progresos en la comprensión de sus relaciones estructura-propiedades, la gran cantidad de diferentes técnicas de procesamiento, cada material produciendo con diferentes características y estructura, significa que la comprensión de los efectos individuales de todos los aspectos de la estructura no está completa. El proceso de replicación, donde se infiltra metal fundido entre los granos de un material de la preforma extraíble, permite una marcadamente alto grado de control y se ha utilizado con buenos resultados para dilucidar algunas de estas relaciones. Sin embargo, el proceso tiene muchos pasos que dependen individual "know-how", yeste trabajo tiene como objetivo proporcionar una descripción detallada de todas las etapas de una realización de este método de procesamiento, el uso de materiales y equipos que serían relativamente fáciles de instalar en un entorno de investigación. El objetivo de este protocolo y sus variantes es producir espumas metálicas en una manera eficaz y simple, dando la posibilidad de adaptar el resultado de las muestras mediante la modificación de ciertas etapas dentro del proceso. Siguiendo esto, las espumas de celda abierta de aluminio con tamaños de poro de 1 a 2,36 mm de diámetro y 61% a 77% de porosidad se pueden obtener.
Introduction
Las espumas metálicas han atraído una gran cantidad de interés y el esfuerzo de investigación en los últimos años como lo demuestra la gran cantidad de trabajo citado en amplios artículos de revisión como Banhart 1, Conde et al. 2 o más recientemente Goodall y Mortensen 3. Entre los métodos utilizados para la producción del material, el proceso de replicación se distingue por su simplicidad experimental y el grado de control sobre la estructura de espuma final que se puede ofrecer. Cabe señalar que, aunque en la literatura tales materiales se describen a menudo como espumas (y son aquí) ya que no se producen por las burbujas de gas dentro de un líquido que se denominan más apropiadamente metales porosos o metales microcelulares.
El primer informe del proceso de replicación era a principios del decenio de 1960 4, y se ha desarrollado aún más en las diferentes etapas, desde entonces, con notables avances por parte del grupo de investigación de Mortensen en la Escuela Polytechnique Federale de Lausanne en Suiza.
El proceso se basa en la colada del metal alrededor de una preforma de partículas que define la forma de la porosidad en el material final 2, 5. Después de enfriar la preforma se puede eliminar por lixiviación disolvente o de pirólisis que provoca la oxidación. Un uso popular de esta técnica utiliza NaCl como titular de espacio para producir aluminio 5-10 o de aleación de aluminio espumas 11-14. NaCl tiene varias ventajas tales como ser fácilmente accesible, no tóxico y se puede retirar de la espuma por disolución en agua. Al tener un punto de fusión de 801 ° C, que puede ser utilizado con metales que tienen un punto inferior a este valor, más comúnmente fusión del aluminio, pero también existen ejemplos de la utilización con materiales tales como vidrios metálicos a granel, por humidificación una mezcla de aleación de vidrio metálico líquido a base de paladio y NaCl gránulos 15. La sustitución del NaCl con materiales de punto de fusión más alto también permite el production de espumas de metal de 16 puntos de mayor punto de fusión. Esto puede incluir otros materiales solubles en agua, o los insolubles incluyendo diferentes tipos de arena. En esta forma el proceso se vuelve más como el bastidor de arena convencional como para quitar la arena, chorros de agua de alta presión 17, 18 o diferentes formas de lavado de 19 o de agitación 20 son obligatorios.
El proceso esencial 21 procede por tomar granos de NaCl y colocándolos en un molde 4, 22, 23. El método básico se ha utilizado para hacer de aluminio y aleación de aluminio espumas 24-26 para una amplia gama de investigaciones de comportamiento de la espuma. Los pasos adicionales se han introducido para controlar aún más la densidad y aumentar la interconectividad de los poros; éstos incluyen la densificación de la preforma. Para densificar la preforma, la sinterización se ha empleado 27, 28 y se ha utilizado en diferentes experimentos desde el 13, con el comportamiento de sinterización deNaCl sobre la base de la temperatura, tamaño de gránulo y la densidad descrito por Goodall et al. 29. Otro método utilizado para este propósito es prensado isostático en frío (CIP) 5, 30; esta es una técnica más rápida que se puede lograr un espectro más amplio de densidades comparables. El procedimiento también se puede realizar en el estado sólido con el polvo de metal y granos de NaCl, y entonces se llama a veces la sinterización y Disolución Proceso 31.
Un estudio completo de la utilización de la técnica de la replicación hasta la fecha y la comparación con otras técnicas se da en Goodall y Mortensen 3.
En este trabajo se reporta en detalle equipo y protocolos experimentales que se han utilizado para el procesamiento de espumas metálicas por el método de replicación, y que son relativamente fáciles de implementar en un entorno de laboratorio de investigación. Es importante reconocer que las otras variantes del equipo, con diferentes capacidades existen en otras investigaciones grupos, y que mientras el equipo que aquí se presenta es adecuado para procesar el material, no es la única versión o protocolo que puede ser hecho para trabajar. En cualquier caso, una comprensión completa de cualquier método en particular es esencial para el éxito experimental.
Los protocolos precisos utilizados se detallan a continuación. Las variaciones de protocolo (A, B, C y D) tienen pequeños cambios entre ellos, destinado principalmente para alterar la densidad de las espumas producidas. La porosidad se ha calculado a partir de mediciones de la densidad aparente de las muestras, su volumen y la densidad del aluminio (2,7 g / cm 3). En el desarrollo de los métodos descritos para la producción de espuma de aluminio por la replicación, se han hecho intentos para reducir la cantidad de equipos avanzados para la más pequeña medida de lo posible, de tal manera que el método es tan fácil de implementar como sea posible. Otras variaciones que se pueden utilizar en las diferentes etapas se discuten más adelante.
Protocol
Representative Results
Discussion
El método básico descrito aquí se ha utilizado en diferentes formas por otros investigadores. Algunas de las variantes clave que permiten a las espumas de diferentes tipos que se creen se discuten. En la caracterización de estas espumas hemos medido la porosidad, ya que esta es una evaluación rápida y fácil de hacer, pero la caracterización de otras características estructurales, como el tamaño de poro, área superficial específica o grosor de los puntales pudieran requerirse para obtener una comprensión com…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
El autor correspondiente quisiera reconocer Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología CONACYT del Gobierno Mexicano para la provisión de una beca.
Materials
| Name of Reagent/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| Salt | Hydrosoft | Granular Salt 25 kg 855754 | http://www.travisperkins.co.uk/p/hydrosoft-granular-salt-25kg/855754/3893446 |
| Aluminum | William Rowland | Aluminum Ingots 99.87% pure 25 kg drum | http://www.william-rowland.com/products/high-purity-metals#product-id-1 |
| Crucible | Morgan Advance Materials | Syncarb Crucible | http://www.morganmms.com/crucibles-foundry-products/crucibles/syncarb/ |
| Furnace | Elite Thermal Systems | TLCF10/27-3216CP & 2116 O/T | http://www.elitefurnaces.com/eng/products/furnaces/1200%20Top%20Loading%20Furnaces.php |
| Bar Mold | The University of Sheffield | Custom Made | Stainless Steel 304, 15 cm height, 5 cm inner diameter, 6 cm outer diameter |
| Band Saw | Clarke | CBS45MD (6" x 4 1/2") 370W 060710025 | http://www.machinemart.co.uk/shop/product/details/cbs45md-41-2in-x-6in-metal-cutting-ban |
| Sandpaper | Wickes | Specialist wet & dry sandpaper 501885 | http://www.wickes.co.uk/Specialist-Wet+Dry-Sandpaper-PK4/p/501885 |
| Sieves | Fisher Scientific | Fisherbrand test sieves 200 mm diamater | http://www.fisher.co.uk/product/brand_listing.php/F/Fisherbrand/Sieve |
| Balance | Precisa | XB 6200C | http://www.precisa.co.uk/precision_balances.php |
| Boron Nitride | Kennametal | 500 ml spray can | http://www.kennametal.com/content/dam/kennametal/kennametal/common/Resources/Catalogs-Literature/Advanced%20Materials%20and%20Wear%20Components/B-13-03401_ceramic_powders _brochure_EN.pdf |
| Infiltration Mold, Base and Lid | The University of Sheffield | Custom Made | Stainless Steel 304, 15 cm height, 5.1 cm inner diameter, 6 cm outer diameter |
| Cylindrical Mold | The University of Sheffield | Custom Made | Low carbon steel 1020, 15 cm height, 5 cm inner diameter, 6 cm outer diameter |
| Graphite Gasket | Gee Graphite | Geegraf Stainless Steel Reinforced Graphite 1 mm thick | http://www.geegraphite.com/steel_reinforced.html |
| Mallet | Thor Hammer Co. Ltd. | Round Solid Super Plastic Mallet | http://www.thorhammer.com/Mallets/Round/ |
| Wrench | Kennedy Professional | 13 mm Ratchet Combination Wrench KEN5822166K | https://www.cromwell.co.uk/KEN5822166K |
| Nuts | Matlock | M8 Steel hex full nut galvanized | https://www.cromwell.co.uk/CTL6400068J |
| Washers | Matlock | M8 Form-A steel washer bzp | https://www.cromwell.co.uk/CTL6451208H |
| SS Nuts | Matlock | M8 A2 st/st hex full nut | https://www.cromwell.co.uk/CTL6423008F |
| SS Washers | Matlock | M8 A2 st/st Form-A washer | https://www.cromwell.co.uk/CTL6464008H |
| Stainless Steel Studding | Cromwell | M8 x 1 Mtr A2 Stainless Steel Studding QFT6397080K | https://www.cromwell.co.uk/QFT6397080K |
| Valves | Edwards | C33205000 SP16K, Nitrile Diaphragm | https://www.edwardsvacuum.com/Products/View.aspx?sku=C33205000 |
| Fitting Cross | Edwards | C10512412 NW16 Cross Piece Aluminum | https://www.edwardsvacuum.com/Products/C10512412/View.aspx |
| Fitting T | Edwards | C10512411 NW16 T-Piece Aluminum | https://www.edwardsvacuum.com/Products/C10512411/View.aspx |
| Vacuum Pump | Edwards | A36310940 E2M18 200-230/380-415V,3-ph, 50Hz | http://www.edwardsvacuum.com/Products/View.aspx?sku=A36310940 |
| Dial Gauge | Edwards | D35610000 CG16K, 0-1040mbar | http://www.edwardsvacuum.com/Products/View.aspx?sku=D35610000 |
| Argon Gas | BOC | Pureshield Argon Gas | http://www.boconline.co.uk/en/products-and-supply/industrial-gases/inert-gases/pureshield-argon/pureshield-argon.html |
| Stainless Steel Hose | BOC | Stainless Steel Hose | http://www.boconline.co.uk/en/products-and-supply/speciality-equipment/hoses-and-pigtails/index.html |
| Regulator | BOC | HP 1500 Series Regulator | http://www.boconline.co.uk/en/products-and-supply/speciality-equipment/regulators/single-stage-regulators/hp1500-series/hp1500-series.html |
| Copper Block | William Rowland | Copper Ingot 25 kg | http://www.william-rowland.com/products/high-purity-metals#product-id-18 |
| Vise | Record | T84-34 H/Duty Eng Vice 4 1/2" Jaws REC5658326K | https://www.cromwell.co.uk/REC5658326K |
| Beaker | Fisher Scientific | 11567402 – Beaker, squat form, with graduations and spout 800mL | https://webshop.fishersci.com/insight2_uk/getProduct.do;jsessionid=16D5812 D71B8CB37B475E94281E2BEA 5.ukhigjavappp11?productCode=11567402&resultSet Position=0 |
| Stirring Hot Plate | Corning | Corning stirring hot plate Model 6798-420d | http://www.corning.com/lifesciences/us_canada/en/technical_resources/product_guid/shp/shp.aspx |
| Stir Bar | Fisher Scientific | 11848862 – PTFE Stir bar + Ring 25×6 mm | https://webshop.fishersci.com/insight2_uk/getProduct.do;jsessionid=16D5812 D71B8CB37B475E94281E2BEA 5.ukhigjavappp11?productCode=11848862&resultSet Position=0 |
| Air dryer | V05 | V05 Max Air Turbo Dryer DR-120-GB | http://reviews.boots.com/2111-en_gb/1120627/v05-v05-max-air-turbo-hair-dryer-dr-120-gb-reviews/reviews.htm |
| Ceramic Sheet | Morgan Advance Materials | Kaowool Blanket 2 mm thick | http://www.morganthermalceramics.com/downloads/datasheets?f[0]=field_type%3A84 |
| Vibrating Table | Pevco | Pevco Vibrating Table 1.25m x 0.625m x 0.6m | http://www.peverilmachinery.co.uk/equipment/vibrating-tables |
Riferimenti
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