Фильтрация расплава через водорастворимые соли

В Харбинском университете науки и технологии в Китае разработана технология получения пористых заготовок из алюминия методом инфильтрации расплава через водорастворимые соли.

Экспериментальная процедура процесса инфильтрации выглядит следующим образом.

Схема процесса литья инфильтрации показана на рисунке 23. Пористую форму изготавливают ​​из предварительно сжатых растворимых частиц. Жидкий металл заливают в форму и он заполняет пустоты между частицами. После затвердевания и охлаждения металла заполненный композит затем обрабатывается до требуемой формы и размеров. И, наконец, наполнительные частицы быстро устраняются путем замачивания в растворителе (например, воде), а затем образуется пористый металл.

Рисунок 23 Схематическое изображение инфильтрационной разливки

1-прессовая нагрузка, 2-форма, 3 - Расплавленный алюминий,

4-наполнитель, 5-опорная плита

Плотность и пористость определяются заполнением формы, компактностью формы и давлением во время литья. Основные методы инфильтрации жидкого металла для производства пеноалюминия включают в себя:

- выбор гранулированного наполнителя с учетом следующих свойств: огнеупорность, прочность, химическая стойкость, форма и размер, стоимость и воздействие на окружающую среду. Гранулированный хлористый натрий был выбран в качестве наполнителя для данного исследования, так как удовлетворяет всем вышестоящим свойствам.

- формование процесса должно строго контролироваться, чтобы достичь равномерного уплотнения гранул соли с однородной и высокой пористостью. Метод уплотнения тряской был принят в этом исследовании. Более высокое давление является благоприятным для лучшего компактирования. Однако, слишком высокого давления следует избегать, чтобы предотвратить сдавливание частиц соли.

- основные технические параметры, которые влияют на процесс проникновения включают температуру подогрева формы и наполнителя, температуры заливки расплавленного алюминия и проникающего давления. Материалы в естественном формате трудно удовлетворяют указанным выше требованиям. Частицы соли сушат при низкой температуре и выпекают при высокой температуре. После проникновения, комплекс алюминиевый расплав – частица быстро извлекают из пресс-формы и обрабатывают, матрицу нужно мыть и чистить, чтобы избежать дальнейшей коррозии.

Полученные по данной технологии детали представлены на рисунке 24.

Рисунок 24 – Пеноалюминиевые образцы различной формы и размеров, которые обрабатываются из больших пеноалюминиевых плит

Изображенные детали получали путем порезки из плит пеноалюминия большого размера, изготовленных путем фильтрации расплавленного алюминия через водорастворимый наполнитель – пищевую соль [55].

Данные проведенного анализа литературных источников и патентного поиска показывают, что в технике, в различных отраслях промышленности широкое применение получают новые конструкционные материалы – пенометаллы: пеномедь, пеноникель, пенотитан, пеноалюминий, пеносталь, пенонихром и др., обладающие комплексом высоких физических, теплофизических, прочностных, электротехнических, антиударных и других характеристик.

Показано, что среди пенометаллов особое место, благодаря своим свойствам и прежде всего легкости (малой плотности) и в то же время достаточной прочности занимает пеноалюминий.

Показано, что из большого числа способов получения пенометаллов, включая пеноалюминий, наиболее широкое применение получили методы литья (жидкофазный) и порошковой металлургии (твердофазный). Также пеноалюминий получают методом вдувания в расплав порообразователей, замешиванием в расплав порообразователей, пропиткой расплава засыпки водорастворимого порообразователя, фильтрацией расплава через водорастворимые соли.

Установлено, что в качестве порофоров (пенообразователей) для инициирования процесса вспенивания используют гидриды Ti, Ba, Zr, Mg, РЗМ, карбоната кальция .

Рассмотрены научно-технические достижения и производственный опыт зарубежных и отечественных НИИ, университетов, компаний, фирм, ОАО и т. п. в создании оборудования и технологии получения пеноалюминия (пенометаллов) и большой номенклатуры изделий из него, например, глушители выхлопа, двери (в автомобилестроении), сендвич-панели (в строительстве) и т.д.

Рассмотрены работы, в которых приведены технологические особенности получения отливок (цилиндра, детали с фланцем) из пеноалюминия и изделия (например, глушитель выхлопа автомобиля) из пористого литого алюминия. Отмечены трудности проведения операции замешивания в расплав твердых частиц и возникающие дефекты – неравномерность распределения и разные размеры пор в объеме отливок.

Проведен анализ иностранных и отечественных исследований пористых гранул, используемых в строительстве и металлургии.

Список использованных источников:

1. Пористые Материалы [Электронный ресурс], [2011]. – Режим доступа: http://nayilz.narod.ru/PorM et/pormater.html.

2. Сарафанов, М. А. Новая технология и оборудование для получе-ния конструкционных материалов на основе пеноалюминия / М. А. Сарафа-нов // Тяжелое машиностроение. - 2011. – №2. – С. 34 - 38.

3. Пенометалл..[Электронный ресурс] // Электронный словарь, [2011]. – Режим доступа: http://dic.academic.ru/dic.nsf/bse/119310/Пенометалл

4. Пенометалл [Электронный ресурс]. – Режим доступа:.. http://nttport.mskobr.ru/services/iadb/materialsdb/detail.php?ID=6663 (дата обращ 28.11.12).

5. Металл будущего станет пористым [Электронный.ресурс] // А. Богданова, [2011]. – Режим доступа: http://www.еquipnet.ru/articles/other/oth er_556.html.

6. Металлическая пена [Электронный ресурс] // А.. Богданова – Режим доступа: http://www.equipn et.ru/articles/ other/other_556.html.

7. Пеноматериалы (пенометаллы) [Электронный ресурс], [2011]. – Режим доступа: http://ekokataliz.ru/penomaterials/

8. Металл будущего станет пористым [Электронный ресурс] // информационно - аналитическое обозрение – Режим доступа: http://www.ec onomy.az/archives/2570 (дата обращ. 01.04.12).

9. Пеноникель [Электронный ресурс]. – Режим доступа:.. http://penometall.narod.ru/pornickel.html (дата обращ. 28.11.12).

10. Copper Foam for Heat Elimination, Metal Foam, Cu Foam, Nickel Foam [Electronic resource]. – Режим доступа:.. http://vk.com/im?peers=16474643_53910172_63475416&sel=124766057 (дата обращ. 28.11.12).

11. Copper Foam [Electronic resource]. – Режим доступа:.. http://www.corun.com/ent/product-show.asp?id=380 (дата обращ. 28.11.12).

12. Stainless-Steel-Foam [Electronic resource].– Режим..доступа: http: //www.grc.nasa.gov/www/rt/2004/rs/rs04llerch1.html. (дата обращ. 01.04.12).

13. Пеноалюминий [Электронный ресурс] // Энциклопедия современной техники, [2011]. – Режим доступа: http://www.bibliotekar.ru/spra vochnik-181-3/168.htm.

14. Вспененный алюминий [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://21acoustic.ru/foamtech/products/materials/foam/ (дата обращ 28.11.12).

15. Алюминий [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.periodictable.ru/013Al/Al.html (дата обращ 28.11.12).

16. Новые наукоемкие технологии как новая кровь в организме общества [Электронный ресурс]. – Режим доступа:.. http://rusograd.xpomo.com/base/tehnology.html (дата обращ. 28.11.12).

17. Пористое железо [Электронный ресурс]. – Режим доступа:.. http://www.ngpedia.ru/id016995p1.html (дата обращ. 28.11.12).

18. Пенометалл [Электронный ресурс]. – Режим доступа:.. http://www.ngpedia.ru/id244951p1.html (дата обращ 28.11.12).

19. Шрадер, В. Обработка и сварка полуфабрикатов из пластмасс: учебник / В. Шрадер. – M.: Машиностроение 1980. - 292 c.

20. Фурман Е. Л. Перспективы технологий получения и применения пористых отливок / Е. Л. Фурман, А. Б. Финкельштейн, М. Л. Черный // Литейщик России. – 2012. - №9. – С.27 - 29.

21. Пеноалюминий [Электронный ресурс] // Энциклопедия современной техники, [2011]. – Режим доступа: http://www.bibliotekar.ru/spra vochnik-181-3/168.htm.

22. Пеностекло [Электронный ресурс] // Википедия. Свободная энциклопедия, [2011]. – Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki/Пеностек ло.

23. Вспененный алюминий [Электронный ресурс], [2011]. – Режим доступа: http://www.cosmus.ru/stat/Vspenennyialyminiivposlednie.html.

24. Химические вспениватели (порофоры) [Электронный ресурс], [2011]. – Режим доступа: http://www.rfa-engineering.ru/additives7.html.

25. Гидрид титана [Электронный ресурс]: // Википедия. Свободная энциклопедия, [2011]. – Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki/Гидрид _титана.

26. Гидрид бария [Электронный ресурс] // Википедия. Свободная энциклопедия, [2011]. – Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki/Гидрид _бария.

27. Гидрид Магния [Электронный ресурс] // Википедия. Свободная энциклопедия, [2011]. – Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki/%C3%E8 %E4%F0%E8%E4_%EC%E0%E3%ED%E8%FF.

28. Гидрид циркония [Электронный ресурс], [2011]. – Режим досту-па: http:/ /www.metal-profi.ru/substances/545.htm.

29. Карбонат кальция [Электронный ресурс] // Википедия. Свободная энциклопедия, [2011]. – Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/wik i/%ca%e0 %f0%e1%ee% ed%e0%f2_%ea%e0 %eb%fc %f6%e8%ff.

30. Иванов, Д. О. Перспективные методы получения пеноалюминия // Д. О. Иванов, А. А. Аксенов // Металлургия машиностроения. – 2008. – № 6. – С. 35 – 38.

31. Canadian Manufacturing - Cymat [Electronic resource]. – Режим доступа:.. http://www.canadianmanufacturing.com/ (дата обращ. 28.11.12).

32. Вспененный алюминий [Электронный ресурс] // С. Цукрова..– Режим доступа: http://www.terra-project.ru/architect/Vspenennyi_alyminii_v_ poslednie.html.

33. Fraunhofer IFAM [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.ifam.fraunhofer.de/ (дата обращ. 29.10.12)

34. Свойства пеноалюминия [Электронный ресурс], [2011]. – Режим доступа: http://nvcemt.ru/a83352-svojstva-penoalyuminiya.html (дата обращ. 28.11.12).

35. Пенометаллы на основе алюминиевых сплавов [Электронный ресурс], [2011] – Режим доступа: http://tump.dnpp.dep.mos.ru/tump/vl/kp/kp3L 131_new.jsp?head=1&show=77233&f=77233/06.htm

36. Aluminiumfoamsandwich (пеноалюминиевая сэндвич – панель) [Electronic resource] // Wikipedia, the free encyclopedia, [2011]. – Режим досту-па: http://en.wikipedia.оrg/wiki/Aluminium_foam_sandwich.

37. Научная жизнь. Дискуссии / ОАО ВИЛС // Технология легких сплавов. – 2006. – №2-3 – C.208–221.

38. Пат. № 2026394 РФ, C22C1/08, C22B21/00. Способ получения вспененного алюминия / В. Н. Буньков, Е. Ю. Решетников, В. П. Бугаков. - № 5060351/02, заявл. 25.08.1992; опубл. 09.01.1995.

39. Пат. № 2016113 РФ, C22C1/08. Способ получения вспененного металла / В. Н. Буньков, Е. Ю. Решетников, В. В. Глызин, С. В. Ливанцов. - № 5042556/02, заявл. 20.05.1992; опубл. 15.07.1994.

40. Пат. № 2068455 РФ, C22C1/08, C22B21/00. Способ получения пеноалюминия / В. Н. Буньков, Е. Ю. Решетников, В. В. Глызин, С. В. Ливанцов. - № 5042890/02, заявл. 20.05.1992; опубл. 27.10.1996.

41. Norsk Hydro [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki/Norsk_Hydro (дата обращ. 28.11.12).

42. Пат. № 2046151 DE/NO, C22C1/08. Способ получения пенометалла / Вольфганг Вальтер Рух [DE], Бьерн Киркеваг [NO]. - № 5011037/02, заявл. 11.07.1990; опубл. 20.10.1995.

43. Изготовление отливок из пеноалюминия [Электронный ресурс] // А. А. Яблонский, В. Г. Могилатенко, И. М. Гурия, О. И. Малай, [2011]. – Режим доступа: http://sciencebsea.narod.ru/2009/mashin_2009_2/jablonsky_iz got.htm.

44. Пат. № 2180361 РФ, C22C1/08, B22D11/04, B22D21/04. Способ получения изделий из пеноалюминия / В. С. Романова, И. С. Полькин, А. М. Пономаренко, В. В. Яковенко, М. Б. Новикова, С. Г. Вачьянц, В. К. Король. - № 99116105/02, заявл. 20.07.1999; опубл. 10.03.2002.

45. Пат. № 2233346 РФ, C22C21/10, C22C1/08, C22F1/053, B22D11/04. Алюминиевый сплав для получения пеноалюминия и способ получения изделий из него / А. М. Пономаренко, В. С. Романова, И. С. Полькин, М. Б. Новикова, Е. М. Трубкина, А. М. Бисьев. - № 2003111419/02, заявл. 22.04.2003; опубл. 27.07.2004.

46. Пат. № 2292253 РФ, B22D25/00. Способ получения литых деталей / А. А. Черный, В. А. Черный, С. И. Соломонидина. - № 2003111419/02, заявл. 22.04.2003; опубл. 27.07.2004.

47. Пат. № 2378087 РФ, В22Д 25/00, В22Д 27/00. Способ получения отливки из пеноалюминия / А. А. Черный, В. А. Черный, С. В. Соло-монидина, Н. Б. Качелина. - № 2008141045/02, заявл. 15.10.2008; опубл. 10.01.2010.

48. Пат. № 60 – 18465 Япония, С22С 1/08. Способ изготовления изделий из пористых металлов, 1985.

49. Фурман, Е. Л. Механические свойства пористого литого алюми-ния / Е.Л. Фурман, А.Б. Финкельштейн, Н.Ю. Новожилов // Цветные метал-лы. – 2007.- №4. - С.120-122.

50. Фурман, Е. Л. Пористый литой алюминий / Е. Л. Фурман, А. Б. Финкельштейн //. - Литейное производство. – 1997. - №8 - 9. - С.56 - 57.

51. Получении пропиткой пористых отливок из алюминиевых сплавов / А.Б. Финкельштейн // Литейное производство. – 2010. – №5 – C.13–15.

52. Казанцев, С. П. Особенности технологии изготовления тонко-стенных пористых отливок с цельнометаллической частью / С. П. Казанцев, А. Б. Финкельштейн, И. С. Казанцев // Литейщик России. – 2005. – №9. – C. 31–35.

53. Пат. № 2455378 РФ, C22C1/08, C22C21/00. Способ получения пеноалюминия / Ю. Ю. Хохлов, А. И. Ковтунов, Д. А. Семистенов. - № 2011114769/02, заявл. 14.04.2011; опубл. 10.07.2012.

54. Пат. № 2400552 РФ, C22C1/08, C22B21/00, B22D21/04. Способ получения пеноалюминия / А. И. Ковтунов, Т. В. Чермашенцева, Д. А. Семистенов, В. П. Сидоров. - № 2008146788/02, заявл. 26.11.2008; опубл. 27.09.2010.

55. Preparation of big size open-cell aluminum foam board using infiltration casting [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www. foundryworld.com/uploadfile/200922749198421.pdf (дата обращ. 23.04.13).