Coulée protocoles pour la production de cellules ouvertes aluminium Mousses par la technique de réplication et l'effet sur la porosité
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
Les mousses métalliques sont des matériaux intéressants à la fois une compréhension fondamentale et les applications pratiques point de vue. Utilisations ont été proposées, et dans de nombreux cas validé expérimentalement, pour plus de légèreté ou de l'impact d'absorption d'énergie des structures, comme échangeurs ou des électrodes thermiques de zone de haute surface, que les implants au corps, et beaucoup plus. Bien que de grands progrès ont été réalisés dans la compréhension de leurs relations structure-propriétés, le grand nombre de différentes techniques de traitement, chaque matériau produire avec des caractéristiques différentes et la structure, signifie que la compréhension des effets individuels de tous les aspects de la structure ne est pas complète. Le processus de réplication, où le métal en fusion est infiltré entre les grains d'un matériau de préforme amovible, permet un degré nettement élevé de contrôle et a été utilisé à bon escient pour élucider certaines de ces relations. Néanmoins, le processus comporte de nombreuses étapes qui dépendent de personne "savoir-faire", etce document vise à fournir une description détaillée de toutes les étapes d'une réalisation de ce procédé de traitement, en utilisant des matériaux et des équipements qui serait relativement facile à mettre en place dans un environnement de recherche. L'objectif de ce protocole et de ses variantes est de produire des mousses métalliques d'une manière simple et efficace, donnant la possibilité d'adapter les résultats des échantillons en modifiant certaines étapes du processus. En suivant ce, les mousses d'aluminium ouvert de cellules avec des tailles de pores de 1 à 2,36 mm de diamètre et de 61% à 77% de porosité peuvent être obtenus.
Introduction
Les mousses métalliques ont attiré une grande quantité d'intérêt et les efforts de recherche au cours des dernières années, comme indiqué par le grand corps de travail cité dans vaste examen des articles tels que Banhart 1, Conde et al. 2 ou plus récemment Goodall et Mortensen 3. Parmi les méthodes utilisées pour la production de la matière, le processus de réplication se distingue par sa simplicité expérimentale et le degré de contrôle sur la structure finale de la mousse qui peut être offert. Il convient de noter que, bien que dans la littérature tels matériaux sont souvent décrits comme des mousses (et sont ici) car ils ne sont pas produites par les bulles de gaz dans un liquide, ils sont appelés de façon plus appropriée de métaux ou de métaux poreux microcellulaires.
Le premier rapport du processus de réplication était dans le début des années 1960 4, et il a été développé en outre à différentes étapes depuis lors, avec les progrès notables par le groupe de Mortensen de recherche à l'Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne en Suisse.
Le procédé repose sur la coulée du métal autour d'une préforme de particules qui définit la forme de la porosité dans le matériau final 2, 5. Après refroidissement de la préforme peut être éliminée par lessivage ou de la pyrolyse solvant qui provoque l'oxydation. Une utilisation populaire de cette technique utilise NaCl en tant que titulaire d'espace pour produire de l'aluminium 5-10 ou en alliage d'aluminium de 11 à 14 mousses. NaCl a plusieurs avantages tels que d'être facilement accessible, non toxique et peut être retiré de la mousse par dissolution dans l'eau. En ayant un point de 801 ° C température de fusion, il peut être utilisé avec des métaux ayant un point inférieur à cette valeur, le plus souvent en aluminium fonte, mais des exemples existent également à l'utilisation avec des matériaux tels que des verres métalliques massifs, par humidification d'un mélange de alliage liquide de verre en vrac métallique à base de palladium et de NaCl 15 granules. La substitution du NaCl avec des matériaux à point de fusion plus élevé permet également au production de mousses de fusion supérieurs métaux à point 16. Il peut se agir d'autres matériaux solubles dans l'eau ou insolubles, y compris les différents types de sable. Dans cette forme, le processus devient plus comme le moulage au sable classique, comme pour enlever le sable, jets d'eau à haute pression 17, 18 ou différentes formes de lavage 19 ou 20 d'agitation sont obligatoires.
Le processus essentiel 21 produit en prenant grains de NaCl et de les placer dans un moule 4, 22, 23. La méthode de base a été utilisé pour fabriquer l'aluminium et alliage d'aluminium de 24 à 26 mousses pour un large éventail d'enquêtes de comportement de la mousse. Des mesures supplémentaires ont été prises pour contrôler davantage la densité et d'accroître l'interconnectivité des pores; il se agit notamment de la densification de la préforme. Pour densifier la préforme, le frittage a été employée 27, 28 et a été utilisé dans des expériences différentes depuis 13, avec le comportement de frittageNaCl fonction de la température, granulométrie et la densité décrite par Goodall et al. 29. Une autre méthode utilisée à cette fin est pressage isostatique à froid (CIP) 5, 30; ce est une technique rapide qui peut atteindre un plus grand éventail de densités comparables. La procédure peut également être effectuée à l'état solide avec la poudre métallique et des grains de NaCl, puis il est parfois appelé le procédé de frittage et de 31 dissolution.
Une enquête complète de l'utilisation de la technique de réplication à ce jour et la comparaison avec d'autres techniques est donné dans Goodall et Mortensen 3.
Dans ce travail, nous rapportons dans les équipements de détail et de protocoles expérimentaux qui ont été utilisés pour le traitement des mousses métalliques par la méthode de réplication, et qui sont relativement faciles à mettre en œuvre dans un cadre de laboratoire de recherche. Il est important de reconnaître que d'autres versions de l'équipement, avec des capacités différentes existent dans la recherche d'autres groupes, et que, si le matériel présenté ici est adapté pour traiter le matériau, il ne est pas la seule version ou le protocole qui peut être faite à fonctionner. Dans tous les cas, une connaissance approfondie d'une méthode particulière est essentielle pour le succès expérimental.
Les protocoles précis utilisés sont détaillés ci-dessous. Les variations de protocole (A, B, C et D) ont de petits changements entre eux, principalement pour but de modifier la densité des mousses produites. La porosité a été calculée à partir de mesures de la masse volumique apparente des échantillons, le volume et la densité de l'aluminium (2,7 g / cm 3). Dans l'élaboration des procédés décrits pour la production de mousse d'aluminium par réplication, des tentatives ont été faites pour réduire la quantité d'équipements de pointe à la plus petite mesure du possible, de telle sorte que le procédé est aussi facile à mettre en oeuvre que possible. D'autres variantes qui peuvent être utilisées à différents stades sont décrits plus loin.
Protocol
Representative Results
Discussion
Le procédé de base décrit ici a été utilisé sous différentes formes par d'autres chercheurs. Certaines des variantes clés qui permettent mousses de différents types à créer sont discutés. En qualifiant ces mousses nous avons mesuré la porosité, car ce est une évaluation rapide et facile à faire, mais la caractérisation des autres caractéristiques structurelles, telles que la taille des pores, surface spécifique ou entretoise épaisseur pourrait être nécessaire pour obtenir une compréhension com…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
L'auteur correspondant aimerait remercier Conseil national des sciences et de la technologie CONACYT du gouvernement mexicain pour la fourniture d'une bourse.
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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