Другие способы

Помимо литейного и порошкового в настоящее время существует несколько принципиально различных способов получения пенометаллов: суспензионный (шликерный), химический, гальванический, газофазный, их комбинации. Распространены методы пропитки и продувки расплава газами [7].

Большой интерес также представляют многослойные конструкции типа «сэндвич», состоящие из двух (или более) связанных между собой панелей пеноалюминия и блокированные снаружи различными металлами (конструкционная сталь, коррозионностойкая сталь, алюминиевые сплавы и др.), что обеспечивает достаточную удельную прочность [2].

Сэндвич–панели из пеноалюминия состоят из двух металлических листов из плотного металла снаружи и металлического ядра (внутри), изготовленного из пеноалюминиевого сплава. Такие панели – это высококачественный строительный материал с хорошими свойствами по жесткости и поглощению энергии. На рисунке 12 представлена сендвич – панель пеноалюминия [36].

Рисунок 12 – Пеноалюминиевая сэндвич–панель:

1 –литой каркас, 2 – вспененная часть [36]

Области применения сэндвич–панелей из пеноалюминия:

транспорт - перегородки, полы, внутренняя облицовка на авиалайнерах, судах, в железнодорожных вагонах; для автомобиля - бамперы, кожуха, шумоизоляция, фильтрующий заполнитель глушителя;

строительство - пожаробезопасная, биостойкая облицовка, полы и подвесные потолки с функцией защиты от электромагнитных излучений;

промышленность - шумозащитные кожуха для оборудования, теплоизоляция, фильтры, носители катализаторов в неагрессивных средах [36].

Еще одна технология получения пористой структуры – изготовление пеногранул.

Пеногранулы были изобретены в Институте Фраунгофера (Германия) и имеют оригинальное название – APM (Advanced Pore Morphology), в последствии технология была освоена и в России в ОАО «ВИЛС».

Пеногранула - представ­ляет собой по конфигурации сферу диамет­ром 5-20 мм, покрытую сплошной окисной пленкой («кожей»), с поровой структурой в объеме, сформировавшейся в процессе вспенивания частицы плотного полуфабри­ката. На рисунке 13 представлен внешний вид пеногранул [33].

Рисунок 13 – Внешний вид пеногранул [33]

Как показал опыт, конфигурация плот­ной частицы не имеет существенного значе­ния, так как в результате вспенивания, про­ходящего в поле действия сил поверхностно­го натяжения, пеногранула приобретает сфе­рическую или достаточно близкую к ней форму. Совокупность таких частиц образует дисперсный пеноматериал, причем равномерность свойств такого материала, вслед­ствие высокой воспроизводимости структуры материала в каждой отдельно взятой его частице, существенно выше, чем в любом из известных образцов сплошного пеноматериала [37].

Плотность пеногранул может быть получе­на в достаточно широком диапазоне 0,15-1,0 г/см³. Дисперсный пеноматериал (пеногранулы) может использоваться в виде засыпок в полости, простенки и пустоты, а также формоваться в фасонные изделия с применением различного рода связующих материалов (клеев, смол, бетонов и т.п.).

В сравнении со сплошными пеноматериалами пеногранулы обладают рядом суще­ственных преимуществ:

- универсальностью в применении, ко­торая обусловлена легкостью придания любой конфигурации изделию из пеногра­нул путем заполнения соответствующей формы;

- возможностью создания комбиниро­ванных пористых систем как с закрытой, так и с открытой пористостью. Это весьма важно, например, для пористых систем шумо- и виброглушения, для которых суще­ствование закрытых пор создает эффект отражения звуковых волн, а наличие от­крытых пор - эффект их поглощения;

- более высокими (на поря­док) теплоизолирующими свой­ствами (особенно в засыпке) по сравнению со сплошными пеноматериалами, поскольку такая пористая система не имеет сквоз­ного теплопроводящего металли­ческого каркаса;

- при сжатии оболочки, запол­ненной пеногранулами, меняется характер потери устойчивости, и оболочка складывается ровными мелкими гофрами, а не разруша­ется. При этом деформа­ция под постоянной нагрузкой до­стигает 75-85 %. При таком ха­рактере кривой деформации обеспечивается высокий уровень энергопоглощения, например при ударе, что делает материал перспективным как для изготовления различных буферных устройств, так и для повышения жесткости и энергоемкости полых корпусных деталей, например автомобиля [37].

Технологическая схема получе­ния пеногранул представлена на рисунке 14. Она мало отличается от классической порошковой техно­логии получения сплошных пеноматериалов в виде листов, плит, прут­ков и других известных полуфабри­катов. В качестве дополнения к ней вводится операция дробления плот­ного полуфабриката на частицы, которые затем подвергают вспени­ванию с образованием пеногра­нул [37].

Рисунок 14 – Технологическая схема получения сферических частиц пеноалюминия методом порошковой металлургии [37]

Основные проблемы здесь, как и при производстве сплошных пеноматериалов, возникают при органи­зации вспенивания. Этот процесс, протекающий в диапазоне фазово­го перехода «твердое-жидкое» ме­таллической матрицы материала, требует тонкого регулирования температурно-временных параметров и создания наибо­лее благоприятных условий формообразова­ния тестообразной массы, в которую перехо­дит металл полуфабриката. Даже кратковре­менные задержки или передержки металла в этом состоянии приводят к резкому сниже­нию степени вспенивания (относительного прироста объема) и качества пеноматериала. Вспенивание небольших партий дробленого полуфабриката (в виде кусочков проволоки или кусочков листов) с получением пеногра­нул в ОАО «ВИЛС» проводили переносной газовой горелкой на открытой подложке в режиме поштучной обработки. Такой способ оказался наиболее эффективным на стадии лабораторного экс­перимента, так как позволял визуально на­блюдать за процессом на всех стадиях и оперативно реагировать на режимы [37].

Размеры полученных пеногранул состав­ляли в диаметре от 5 мм до 20 мм, а плотность материала изменялась в пределах 0,15-0,8 г/см³. Данные образцы были продемонстриро­ваны на выставках потенциальным потре­бителям и неизменно вызывали большой интерес и предложения опробовать матери­ал в конкретных приложениях. Часть таких апробаций была выполнена, а по результа­там работы были высказаны положитель­ные оценки и желание приобретать матери­ал промышленными партиями. Варианты технических решений по конструкции обо­рудования для производства промышлен­ных партий алюминиевых пеногранул суще­ствуют, но они требуют экспериментальной проверки [37].

На рисунках 15 и 16 представлены пеногранулы, производимые в Институте Фраунгофера (Германия).

Рисунок 15 – Пеногранулы, производимые в Институте Фраунгофера (Германия) [36]

Рисунок 16 – Различные комбинации с пеногранулами произведенными в Институте Фраунгофера (Германия) [36]

В итоге можно сказать:

1. По ряду свойств дисперсный гранулиро­ванный пеноалюминий обладает очевидны­ми преимуществами перед сплошными пеноалюминиевыми материалами, в том числе универсальностью при формировании порис­тых структур различного назначения.

2. Пеногранулы - легкий, экологически чистый дисперсный материал, способный кон­курировать на рынке пеноматериалов. Для его производства в промышленных масшта­бах существует апробированная технология, приспособленная к существующему метал­лургическому оборудованию, за исключени­ем оборудования для вспенивания, которое необходимо создать [37].