Casting Protokolle für die Herstellung von Aluminium-Schäume Offenzellige vom Replikations Technik und der Auswirkungen auf die Porosität
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
Metallschäume sind interessante Materialien sowohl aus einem grundlegenden Verständnis und die praktische Anwendung der Sicht. Verwendungen vorgeschlagen worden, und in vielen Fällen experimentell validiert, für leichte oder aufprallenergieabsorbierende Struktur, wie hoher Oberfläche Wärmetauschern oder Elektroden, als Implantate für den Körper, und viele mehr. Obwohl große Fortschritte im Verständnis der Struktur-Eigenschafts-Beziehungen gemacht worden, die große Anzahl unterschiedlicher Verarbeitungstechniken, die jeweils erzeugende Material mit unterschiedlichen Eigenschaften und Struktur, bedeutet, dass das Verständnis der einzelnen Auswirkungen aller Aspekte der Struktur ist nicht vollständig. Der Replikationsprozess, wo geschmolzenes Metall zwischen den Körnern eines entfernbaren Vorform infiltriert, ermöglicht eine deutlich hohen Grad an Kontrolle und hat eine gute Wirkung verwendet worden, um einige dieser Beziehungen aufzuklären. Dennoch hat der Prozess viele Schritte, die Abhängigkeit von einzelnen "Know-how" sind, undDieses Papier zielt darauf ab, eine detaillierte Beschreibung aller Phasen der eine Ausführungsform dieser Verarbeitungsverfahren zu schaffen, mit Materialien und Geräten, die relativ einfach in einer Forschungsumgebung zu setzen wären. Das Ziel dieses Protokoll und seine Varianten ist es, Metallschäume in eine effektive und einfache Art und Weise zu produzieren, so dass die Möglichkeit, die Ergebnisse der Proben, indem Sie bestimmte Schritte innerhalb des Prozesses anpassen. Durch Anschluss an diese, können offenzellige Aluminiumschäume mit Porengrößen von 1 bis 2,36 mm Durchmesser und 61% bis 77% Porosität erzielt werden.
Introduction
Metallschäume haben eine große Menge an Interesse und die Forschungsanstrengungen in den letzten Jahren angezogen, wie durch die große Menge an Arbeit in weit reichende Überprüfung Artikel wie Banhart 1 zitiert gezeigt, Conde et al. 2 oder in jüngerer Zeit Goodall und Mortensen 3. Unter den für die Herstellung des Materials verwendeten Verfahren wird die Replikation durch die experimentelle Einfachheit und der Grad der Kontrolle über die endgültige Schaumstruktur, die angeboten werden können, unterschieden. Es sei darauf hingewiesen, dass, obwohl in der Literatur Solche Materialien werden häufig als Schäume beschrieben (und sind hier), da sie nicht durch Gasblasen erzeugt werden, innerhalb einer Flüssigkeit sie passender genannte poröse Metalle oder mikrozellularen Metalle werden.
Der erste Bericht über den Replikationsprozess war in den frühen 1960er Jahren 4, und es hat sich weiter in verschiedenen Stadien seitdem entwickelt worden, mit bemerkenswerten Fortschritte, die der Arbeitsgruppe von Mortensen an der Ecole Polytechnique Federale de Lausanne in der Schweiz.
Das Verfahren beruht auf dem Gießen des Metalls um eine Vorform von Teilchen, die die Form der Porosität im fertigen Materials definiert 2, 5. Nach dem Abkühlen des Vorformlings kann durch Lösungsmittel Auslaugen oder Pyrolyse entfernt werden kann, die Oxidation führt. Eine beliebte Anwendung dieser Technik nutzt NaCl als Abstandshalter auf Aluminium oder Aluminiumlegierung 5-10 11-14 Schäume herzustellen. NaCl hat mehrere Vorteile, wie leicht zugänglich, nicht toxisch und können aus dem Schaum, der durch Auflösen in Wasser entfernt werden. Durch einen Schmelzpunkt von 801 ° C, kann es mit Metallen, die einen Schmelzpunkt niedriger ist als dieser Wert, üblicherweise Aluminium angewendet werden, aber Beispiele existieren auch für die Verwendung mit Materialien wie metallischen Gläsern, durch Befeuchten einer Mischung aus Flüssigkeit Palladiumbasis Groß metallischem Glas Legierung und NaCl-Granulat 15. Substitution des NaCl mit höherem Schmelzpunkt Materialien erlaubt auch die produktion von Schäumen aus höheren Schmelzpunkt Metalle 16. Dies kann andere wasserlösliche Materialien oder unlösliche einschließlich verschiedener Arten von Sand umfassen. In dieser Form wird der Prozess mehr wie herkömmliche Sandguss, um die Sand, Hochdruckwasserstrahlen 17, 18 oder verschiedene Formen der Wasch 19 oder Rühren 20 erforderlich sind, zu entfernen.
Der grundlegende Prozess 21 schreitet indem Körner NaCl und sie in eine Form 4, 22, 23. Das Grundverfahren wurde verwendet, um Aluminium und Aluminiumlegierungen Schäume 24-26 für eine Vielzahl von Schaumverhalten Untersuchungen zu machen. Es wurden weitere Schritte eingeleitet, um die Dichte weiter zu kontrollieren und die Interkonnektivität der Poren zu erhöhen; diese umfassen die Verdichtung der Vorform. Den Vorformling zu verdichten, wurde das Sintern verwendet worden 27, 28 und ist seit dem 13. in verschiedenen Experimenten verwendet wurde, mit dem SinterverhaltenNaCl bezogen auf die Temperatur, Korngröße und Dichte von Goodall et al. 29 beschrieben. Eine weitere für diesen Zweck verwendete Verfahren ist isostatisches Kaltpressen (CIP), 5, 30; Dies ist ein schnelleres Verfahren, das ein größeres Spektrum von vergleichbaren Dichten erreichen können. Das Verfahren kann auch im festen Zustand mit Metallpulver und NaCl Körner durchgeführt werden, und wird dann manchmal das Sintern und Lösungsprozess 31.
Eine vollständige Übersicht über die Verwendung des Replikationstechnik bisher und Vergleich mit anderen Techniken ist Goodall und Mortensen 3 angegeben.
In dieser Arbeit im Detail Anlagen berichten wir und experimentelle Protokolle, die für die Verarbeitung von Metallschäumen von der Replikationsmethode verwendet wurden, und die sich relativ leicht in einem Forschungslabor Einstellung zu implementieren. Es ist wichtig zu erkennen, dass auch andere Versionen der Geräte, mit unterschiedlichen Fähigkeiten in anderen Forschungs g existierenruppen, und dass, während das hier vorgestellte Gerät ist geeignet, um das Material zu verarbeiten, ist es nicht die einzige Version oder Protokoll, das gemacht ist, um zu arbeiten. In jedem Fall ist ein gründliches Verständnis der ein bestimmtes Verfahren die für experimentelle Erfolg.
Die genauen verwendeten Protokolle sind unten aufgeführt. Die Protokollvarianten (A, B, C und D) haben kleine Veränderungen zwischen ihnen, vor allem dazu bestimmt, um die Dichte der hergestellten Schaumstoffe verändern. Die Porosität wurde aus Messungen der Schüttgewicht der Proben, deren Volumen und der Dichte von Aluminium berechnet wurde (2,7 g / cm 3). Bei der Entwicklung der für Aluminiumschaumerzeugung durch Replikation beschriebenen Verfahren, wurden Versuche unternommen, um die Menge von moderner Ausrüstung auf das kleinstmögliche Maß zu reduzieren, so dass das Verfahren so einfach wie möglich durchzuführen. Andere Varianten, die in unterschiedlichen Phasen verwendet werden können, werden später diskutiert.
Protocol
Representative Results
Discussion
Die hier beschriebene grundlegende Verfahren wurde in verschiedenen Formen von anderen Forschern benutzt worden. Einige der Hauptvarianten, die Schäume verschiedener Typen geschaffen werden kann diskutiert. Bei der Beschreibung diese Schäume haben wir die Porosität gemessen wird, da dies eine schnelle und einfache Beurteilung zu machen, aber Charakterisierung anderer struktureller Eigenschaften, wie Porengröße, spezifische Oberfläche oder Strebendicke erforderlich sein, um ein umfassendes Verständnis der Schaumei…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Die entsprechende Autor möchte Nationalrat für Wissenschaft und Technologie CONACYT der mexikanischen Regierung für die Bereitstellung eines Stipendiums zu bestätigen.
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
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