الصب بروتوكولات لإنتاج المفتوحة خلية كسوات الألومنيوم من قبل تقنية النسخ المتماثل والتأثير على المسامية
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
الرغاوي المعادن هي مواد مثيرة للاهتمام من كلا فهم أساسي ونقطة التطبيقات العملية للعرض. وقد تم اقتراح الاستخدامات، وفي كثير من الحالات التحقق تجريبيا، على خفيفة الوزن أو تأثير الطاقة استيعاب الهياكل، وارتفاع سطح مبادلات حرارية منطقة أو الأقطاب، كما يزرع في الجسم، وغيرها الكثير. على الرغم من إحراز تقدم كبير في فهم العلاقات هيكل ممتلكاتهم، وعدد كبير من تقنيات معالجة مختلفة، ولكل المواد المنتجة مع خصائص مختلفة وهيكل، يعني أن فهم الآثار الفردية لجميع جوانب هيكل ليست كاملة. عملية النسخ المتماثل، حيث تسلل المعدن المنصهر بين حبيبات من مادة التشكيل القابلة للإزالة، ويسمح بدرجة عالية بشكل ملحوظ عن نطاق السيطرة، واستخدمت لتحقيق نتائج طيبة لتوضيح بعض هذه العلاقات. ومع ذلك، فإن عملية لديها العديد من الخطوات التي تعتمد على الفردية "الدراية"، ووتهدف هذه الورقة إلى تقديم وصف تفصيلي لجميع مراحل تجسيد واحدة من هذه الطريقة المعالجة، وذلك باستخدام المواد والمعدات التي من شأنها أن تكون سهلة نسبيا في إقامتها في بيئة بحثية. والهدف من هذا البروتوكول ومشتقاته هو إنتاج رغاوي المعادن بطريقة فعالة وبسيطة، وإعطاء إمكانية لتكييف نتائج العينات عن طريق تعديل بعض الخطوات في إطار عملية. باتباع هذا، الرغاوي الألومنيوم خلية مفتوح مع أحجام المسام من 1 حتي 2،36 مم و 61٪ إلى 77٪ المسامية ويمكن الحصول على.
Introduction
وقد اجتذبت الرغاوي المعدنية على كمية كبيرة من الاهتمام والجهود البحثية في السنوات الأخيرة كما هو مبين من قبل مجموعة كبيرة من الأعمال التي ورد ذكرها في مراجعة المواد واسعة النطاق مثل Banhart 1، كوندي وآخرون. 2 أو أكثر في الآونة الأخيرة غودال ومورتنسن 3. ومن بين الأساليب المستخدمة لإنتاج المواد، وتتميز عملية النسخ المتماثل بساطته التجريبية ودرجة من السيطرة على الهيكل النهائي رغوة التي يمكن تقديمها. وتجدر الإشارة إلى أنه على الرغم من في الأدب وغالبا ما توصف مواد مثل المواد الرغوية (وهنا) لا يتم إنتاجها من قبل فقاعات من الغاز السائل داخل ما يطلق عليه من الأنسب المعادن مسامية أو المعادن المصغرة.
وكان التقرير الأول من عملية النسخ المتماثل في أوائل 1960s 4، ولقد تم تطوير أكثر من ذلك في مراحل مختلفة منذ ذلك الحين، مع التقدم الملحوظ من قبل فريق البحث من مورتنسن في مدرسة بوليتيكhnique الاتحادية لدي لوزان في سويسرا.
وتعتمد هذه العملية على صب المعدن حول التشكيل من الجسيمات هي التي تحدد شكل المسامية في المواد النهائية 2 و 5. بعد تبريد التشكيل يمكن إزالتها عن طريق الترشيح المذيبات أو الانحلال الحراري التي تسبب الأكسدة. واستخدام شعبية هذه التقنية يستخدم كلوريد الصوديوم بأنها حامل الفضاء لإنتاج الألمنيوم 5-10 أو سبائك الألومنيوم الرغاوي 11-14. كلوريد الصوديوم ديها العديد من المزايا مثل أن تكون في متناول الجميع، وغير سامة، ويمكن إزالتها من رغوة من قبل انحلال في الماء. من خلال وجود درجة انصهار 801 ° C، ويمكن استخدامها مع المعادن التي لها درجة انصهار أقل من هذه القيمة، والأكثر شيوعا الألومنيوم، ولكن توجد أمثلة أيضا من استخدام مع مواد مثل النظارات المعدنية الجزء الأكبر، من خلال مزيج من الرطوبة القائم على البلاديوم السائل سبيكة الزجاج المعدني السائبة وكلوريد الصوديوم حبيبات 15. تبديل من كلوريد الصوديوم مع المواد نقطة أعلى ذوبان أيضا يسمح صرودوكشن الرغاوي من أعلى نقطة انصهار المعادن 16. ويمكن أن تشمل هذه غيرها من المواد القابلة للذوبان في الماء، أو تلك غير القابلة للذوبان بما في ذلك أنواع مختلفة من الرمال. في هذا النموذج تصبح العملية أكثر مثل صب الرمل التقليدية لإزالة الرمال، وارتفاع ضغط نفثات الماء 17، 18 أو مختلفة أشكال غسل 19 أو تهييج مطلوبة (20).
عملية أساسية 21 العائدات من خلال اتخاذ الحبوب من كلوريد الصوديوم ووضعها في قالب 4 و 22 و 23. وقد استخدم الطريقة الأساسية لجعل الألومنيوم وسبائك الألومنيوم الرغاوي 24-26 لمجموعة واسعة من التحقيقات السلوك الرغوة. أدخلت خطوات إضافية لزيادة السيطرة على كثافة وزيادة الترابط بين المسام. وتشمل هذه التكثيف من التشكيل. لتكثيف التشكيل، واستخدمت تلبد 27، 28، واستخدمت في التجارب المختلفة منذ 13 عاما، مع سلوك تلبدكلوريد الصوديوم على أساس درجة الحرارة، وحجم الحبيبات والكثافة التي وصفها غودال وآخرون. 29. طريقة أخرى تستخدم لهذا الغرض من ذلك هو المتوازنة التضاغط الباردة الضغط على (CIP) 5، 30؛ هذا هو أسلوب أسرع التي يمكن أن تحقق مجموعة أكبر من كثافة قابلة للمقارنة. ويمكن أيضا أن يتم تنفيذ الإجراء في الحالة الصلبة مع مسحوق المعادن والحبوب كلوريد الصوديوم، ومن ثم يتم تسمى أحيانا التكلس وحل عملية 31.
ويرد المسح الكامل لاستخدام تقنية النسخ المتماثل إلى تاريخ والمقارنة مع غيرها من التقنيات في غودال ومورتنسن 3.
في هذا العمل ونحن في الإبلاغ عن المعدات التفصيل والبروتوكولات التجريبية التي استخدمت لتجهيز رغاوي المعدنية بنسبة أسلوب النسخ المتماثل، والتي هي سهلة نسبيا لتنفيذ في إعداد مختبر الأبحاث. من المهم أن نعترف بأن إصدارات أخرى من المعدات، مع وجود قدرات مختلفة في أبحاث أخرى زroups، وأنه في حين أن المعدات المقدمة هنا هي مناسبة لمعالجة المواد، فإنه ليس النسخة الوحيدة أو بروتوكول التي يمكن تقديمها للعمل. في أي حال، فهم شامل للأي طريقة معينة أمر ضروري لنجاح التجربة.
وفيما يلي تفاصيل البروتوكولات المستخدمة دقيقة أدناه. الاختلافات بروتوكول (A، B، C و D) لديها تغييرات صغيرة بينهما، وتهدف أساسا لتغيير كثافة الرغاوي المنتجة. وقد تم حساب المسامية من قياسات للوزن الجزء الأكبر من العينات، حجم وكثافة الألومنيوم (2.7 جم / سم 3). في تطوير الأساليب المذكورة لإنتاج رغوة الألمنيوم بواسطة النسخ المتماثل، بذلت محاولات لتقليل كمية من المعدات المتطورة إلى أصغر حد ممكن، على ان يكون طريقة سهلة لتنفيذ ممكن. وتناقش الاختلافات الأخرى التي يمكن أن تستخدم في مراحل مختلفة في وقت لاحق.
Protocol
Representative Results
Discussion
الطريقة الأساسية الموصوفة هنا قد استخدمت في أشكال مختلفة من قبل باحثين آخرين. وتناقش بعض المتغيرات الرئيسية التي تسمح للرغاوي من أنواع مختلفة المراد إنشاؤه. في وصف هذه الرغاوي قمنا بقياس مسامية، وهذا هو التقييم السريع والسهل لجعل، ولكن توصيف الخصائص الهيكلية الأخر?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
ان مؤلف كتاب المقابلة أن نعترف المجلس الوطني للعلوم والتكنولوجيا CONACYT الحكومة المكسيكية لتوفير منحة دراسية.
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
- Banhart, J. Manufacture, characterisation and application of cellular metals and metal foams. Progress in Materials Science. 46, 559-632 (2000).
- Conde, Y., Despois, J. -. F., Goodall, R., Marmottant, A., Salvo, L., San Marchi, C., Mortensen, A. Replication processing of highly porous materials. Advanced Engineering Materials. 8 (9), 795-803 (2006).
- Goodall, R., Mortensen, A., Laughlin, D. E., Hono, K. Chapter 24. Porous Metals. Physical Metallurgy. , 2399-2595 (2014).
- Polonsky, L., Lipson, S., Markus, H. Lightweight Cellular Metal. Modern Castings. 39, 57-71 (1961).
- San Marchi, C., Mortensen, A., Degischer, H. P., Kriszt, B. Chapter 2.06. Infiltration and the Replication Process for Producing Metal Sponges. Handbook of Cellular Metals. , 44-56 (2002).
- Galliard, C., Despois, J. F., Mortensen, A. Processing of NaCl powders of controlled size and shape for the microstructural tailoring of aluminium foams. Materials Science and Engineering A. 374 (1-2), 250-262 (2004).
- Despois, J. F., Mortensen, A. Permeability of open-pore microcellular materials. Acta Materialia. 53 (5), 1381-1388 (2005).
- Goodall, R., Despois, J. F., Marmottant, A., Salvo, L., Mortensen, A. The effect of preform processing on replicated aluminium foam structure and mechanical properties. Scripta Materialia. 54, 2069-2073 (2006).
- Goodall, R., Marmottant, A., Salvo, L., Mortensen, A. Spherical pore replicated microcellular aluminium: Processing and influence on properties. Materials Science and Engineering A. 465 (1-2), 124-135 (2007).
- Despois, J. F., Marmottant, A., Salvo, L., Mortensen, A. Influence of the infiltration pressure on the structure and properties of replicated aluminium foams. Materials Science and Engineering A. 462, 68-75 (2007).
- San Marchi, ., Despois, C., F, J., Mortensen, A. Uniaxial deformation of open-cell aluminium foam: the role of internal damage. Acta Materialia. 52 (10), 2895-2902 (2004).
- Goodall, R., Weber, L., Mortensen, A. The electrical conductivity of microcellular metals. Journal of Applied Physics. 100, 044912 (2006).
- Kadar, C., Chmelik, F., Kendvai, J., Voros, G., Rajkovits, Z. Acoustic emission of metal foams during tension. Materials Science and Engineering A. 462, 316-319 (2007).
- Goodall, R., Mortensen, A. Microcellular aluminium. Child’s Play! Advanced Engineering Materials. 9 (11), 951-954 (2007).
- Wada, T., Inoue, A. Fabrication, Thermal Stability and Mechanical Properties of Porous Bulk Glassy Pd-Cu-Ni-P Alloy. Materials Transactions. 44 (10), 2228-2231 (2003).
- DeFouw, J. D., Dunand, D. C. Processing and compressive creep of cast replicated IN792 Ni-base superalloy foams. Materials Science & Engineering A. 558, 129-133 (2012).
- Berchem, K., Mohr, U., Bleck, W. Controlling the Degree of Pore Opening of Metal Sponges, Prepared by the Infiltration Preparation Method. Materials Science and Engineering A. 323 (1-2), 52-57 (2002).
- Lu, T. J., Ong, J. M. Characterization of closed-celled cellular aluminum alloys. J. Mater. Sci. 36, 2773-2786 (2001).
- Chou, K. S., Song, M. A. A Novel Method for Making Open-cell Aluminum Foams with Soft Ceramic Balls. Scripta Materialia. 46 (5), 379-382 (2002).
- Dairon, J., Gaillard, Y., Tissier, J. C., Balloy, D., Degallaix, G. Parts Containing Open-Celled Metal Foam Manufactured by the Foundry Route: Processes, Performances and Applications. Advanced Engineering Materials. 13 (11), 1066-1071 (2011).
- LeMay, J. D., Hopper, R. W., Hrubesh, L. W., Pekala, R. W. Low-Density Microcellular Materials. Materials Research Society Bulletin. 15 (12), 19-20 (1990).
- Seliger, H., Deuther, U. Die Herstellung von Schaum- und Zellaluminium. Feiburger Forschungshefte. , 103-129 (1965).
- Kuchek, H. A. Method of Making Porous Metallic Article. US patent. , (1966).
- Han, F., Cheng, H., Wang, J., Wang, Q. Effect of pore combination on the mechanical properties of an open cell aluminum foam. Scripta Materialia. 50 (1), 13-17 (2004).
- Cao, X. -. q., Wang, Z. -. h., Ma, H. -. w., Zhao, L. -. m., Yang, G. -. t. Effects of cell size on compressive properties of aluminum foam. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 16, 351-356 (2006).
- Abdulla, T., Yerokhin, A., Goodall, R. Effect of plasma electrolytic oxidation coating on the specific strength of open-cell aluminium foams. Materials & Design. 32, 3742-3749 (2011).
- San Marchi, C., Mortensen, A., Clyne, T. W., Simancik, F. Fabrication and Comprehensive Response of Open-cell Aluminum Foams with Sub-millimeter Pores. Euromat99. 5, 34 (1999).
- San Marchi, C., Mortensen, A. Deformation of open-cell aluminium foam. Acta Materialia. 49 (19), 3959-3969 (2001).
- Goodall, R., Despois, J. F., Mortensen, A. Sintering of NaCl powder: Mechanisms and first stage kinetics. Journal of the European Ceramic Society. 26 (16), 3487-3497 (2006).
- Despois, J. F., Conde, Y., San Marchi, C., Mortensen, A. Tensile Behaviour of Replicated Aluminium Foams. Advanced Engineering Materials. 6 (6), 444-447 (2004).
- Zhao, Y. Y. Stochastic Modelling of Removability of NaCl in Sintering and Dissolution Process to Produce Al Foams. Journal of Porous Materials. 10 (2), 105-111 (2003).
