Çoğaltma Tekniği açın Hücre Alüminyum Köpüklerin Üretimi ve Porosity'sinden Üzerindeki Etki için Protokolleri Döküm
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
Metal köpükler temel bir anlayış ve bakış pratik uygulamalar noktasına hem ilginç malzemelerdir. Kullanım önerilen ve bir çok durumda vücuduna implant olarak, yüksek yüzey alanlı ısı değiştirici ya da elektrot olarak, hafif veya yapılar emici darbe enerjisi, deneysel olarak doğrulanmış ve çok daha fazla edilmiştir. Büyük bir gelişme yapı-özelliklerini ilişkileri anlamak için yapılmıştır, ancak farklı işleme teknikleri, çok sayıda, farklı özelliklere ve yapısına sahip, her üreten madde, yapının tüm yönleriyle, tek tek etkilerin anlaşılması tam olmadığı anlamına gelir. erimiş metal çıkarılabilir preform malzemesi taneleri arasında sızmış çoğaltma işlemi, kontrol belirgin yüksek derecede izin verir ve bu ilişkilerin bazı aydınlatmak için iyi bir etki için kullanılır olmuştur. Bununla birlikte, süreç birey "know-how" bağımlı birçok adımlar vardır, veBu kağıt bir araştırma ortamında kurmak nispeten kolay olurdu malzeme ve ekipman kullanarak, bu işleme yönteminin bir düzenlemesinin tüm aşamalarında ayrıntılı bir açıklamasını vermeyi amaçlamaktadır. Bu protokol ve türevleri amacı süreci içinde bazı adımları değiştirerek numunelerin sonuçlarını terzi imkanı veren, etkin ve basit bir şekilde metal köpükler üretmektir. Bu takip ederek, 1-2,36 mm çapında ve% 77 porozite% 61 oranında gözenek boyutları olan açık hücreli köpükler, alüminyum elde edilebilir.
Introduction
Geniş örneğin Banhart 1 gibi yorum makaleleri değişen belirtilen işin büyük organı tarafından gösterildiği gibi metal köpükler son yıllarda ilgi ve araştırma çabası büyük miktarda çekmiştir, Conde ark. 2 ya da daha yakın Goodall ve Mortensen 3. Materyalin üretimi için kullanılan yöntemler arasında, çoğaltma işlemi kendi deneysel basitlik ve sunulabilir nihai köpük yapısı üzerinde kontrol derecesi ile ayırt edilir. Bu da gaz kabarcıkları tarafından üretilmez literatürde bu tür malzemeler, bir sıvı içinde, genellikle köpükler olarak tarif edilen (ve burada) olmasına rağmen, daha uygun bir şekilde, gözenekli metal veya mikro-metal olarak adlandırılır unutulmamalıdır.
çoğaltma işleminin ilk rapor 1960'lı yılların 4 oldu, ve o Ecole Polytec de Mortensen araştırma grubu tarafından önemli gelişmeler, o zamandan beri farklı aşamalarında daha geliştirilmiştirİsviçre hnique Fédérale de Lausanne.
işlem 2, 5. preform soğutma çözücü yapışması ya da piroliz yoluyla temizlenebilir sonra oksidasyonuna neden olur, son malzemenin gözenekliliğin şeklini tanımlayan parçacıkların bir ön kalıbın etrafında metal döküm dayanır. Bu tekniğin bir yaygın kullanımı, alüminyum, 5-10 ya da alüminyum alaşımı köpükler 11-14 üretilmesi için bir boşluk tutucu olarak NaCl kullanmaktadır. NaCI gibi toksik olmayan, kolayca erişilebilir olduğu ve su içinde çözülerek bir köpük çıkarılabilir gibi çeşitli avantajlara sahiptir. 801 ° C'lik bir erime noktasına sahip olarak, bu değer, en çok alüminyumdan daha düşük bir erime noktasına sahip metaller kullanılabilir, ancak örnekler, aynı zamanda, bir karışımını nemlendirerek, örneğin dökme metal gözlük gibi malzemelerle kullanım ana kadar Sıvı paladyum-tabanlı toplu metalik cam alaşım ve NaCl 15 granülleri. Yüksek erime noktalı malzemeleri ile NaCI Değişiklik ayrıca p olanakyüksek erime noktası metallerden 16 köpüklerin roduction. Bu, diğer suda çözünür malzemeler ya da kumun farklı türleri de dahil olmak üzere çözülmeyen olanları kapsayabilir. Bu formda işlem çok kum, yüksek basınçlı su jetleri 17, 18 ya da farklı yıkama 19 biçimleri ya da 20 gerekmektedir ajite çıkarmak için geleneksel kum döküm gibi olur.
Esas teşkil eden işlem NaCI taneleri alınması ve bir kalıp içinde yerleştirilerek 21 ilerler 4, 22, 23. temel yöntemi, bir köpük davranışı araştırmalar geniş bir alüminyum ve alüminyum alaşımı köpükler 24-26 yapmak için kullanılmıştır. Ek adımlar daha yoğunluğunu kontrol etmek ve gözenek birleştiricisi artırmak için getirilmiştir; Bu ön-yoğunlaşmasını içerir. Ön formun yoğunlaştırmak için, sinterleme 27 istihdam edilmiştir, 28 ve sinterleme davranışı ile, 13 yana farklı deneylerde kullanılmıştırNaCl Goodall ve ark. 29 tarafından açıklanan sıcaklık, granül büyüklüğüne ve yoğunluğuna göre. Bu amaç için kullanılan diğer bir yöntem (CIP) 5, 30 soğuk izostatik presleme olduğu; Bu karşılaştırılabilir yoğunluk ve daha büyük bir profili elde edilebilir hızlı bir tekniktir. Prosedür, aynı zamanda, metal tozu ve NaCl taneleri ile katı halde gerçekleştirilebilir, ve bazen Sinterleme ve çözünme işlemi 31 olarak adlandırılır.
Tarihi ve diğer teknikler ile karşılaştırmak için çoğaltma tekniği kullanılarak tam bir inceleme Goodall ve Mortensen 3'te verilmiştir.
Bu çalışmada biz detay ekipman rapor ve çoğaltma yöntemiyle metal köpüklerin işlenmesi için kullanılan, ve olan deneysel protokoller bir araştırma laboratuvarı ortamında uygulanması nispeten kolaydır. Farklı yetenekleri diğer araştırma g var It, ekipman diğer sürümleri kabul etmek önemlidirgrupların aldığı, ve burada sunulan ekipman malzeme işlemek için uygun iken, sadece sürümü veya çalışmak için yapılabilir protokol olmadığını. Her durumda, herhangi bir yöntemle bir anlayışa deneysel başarı için esastır.
kullanılan hassas protokoller aşağıda ayrıntılı olarak açıklanmıştır. Protokol varyasyonları (A, B, C ve D) esas olarak üretilen köpüklerin yoğunluğunu değiştirmek amacıyla, aralarında küçük değişiklikler vardır. gözenekli dökme numune ağırlığı, bunların miktarı ve alüminyum yoğunluk ölçümlerinden hesaplanmıştır (2.7 g / cm3). Çoğaltma alüminyum köpük üretimi için tarif edilen yöntemler geliştirmek girişimlerde yöntemi mümkün uygulanması kolay olduğu şekilde, mümkün olan en küçük ölçüde gelişmiş teçhizat miktarını azaltmak için yapılmıştır. Farklı aşamalarında kullanılabilen diğer varyasyonlar, daha sonra ele alınmıştır.
Protocol
Representative Results
Discussion
Burada açıklanan temel yöntem diğer araştırmacılar tarafından farklı şekillerde kullanılmaktadır. Farklı türde köpüklerin oluşturulmasına izin anahtar değişkenlerin bazıları tartışılmıştır. Bu köpüklerin karakterize biz bu tür gözenek boyutu, özgül yüzey alanı veya kalınlık köpük özellikleri tam bir anlayış elde etmek için gerekli olabilir payanda gibi diğer yapısal özellikleri, hızlı ve kolay hale getirmek için değerlendirme, ama karakterizasyon olduğu gibi, porozite …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
gelen yazar, bir burs sağlanması için Bilim ve Teknoloji CONACYT Meksika Hükümeti'nin Ulusal Konseyi kabul etmek istiyorum.
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 |
References
- 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).
