Вдувание в расплав порообразователей

Методом вдувания в расплав порообразователя (продувку расплава газом под давлением) пористый материал (пеноалюминий) получают по следующей технологии.

Поток сжатой дисперсной смеси расплава металла с газом подают под уровень расплава под давлением, превышающем сумму атмосферного и металлостатического давлений, вытесняют область расплава, прилегающую к месту подачи диспергированной смеси, а часть этой смеси непрерывно отводят и охлаждают до затвердевания. Для оптимизации процесса литья поддерживают объем области газожидкометаллической смеси под уровнем расплава постоянным, уравнивая расход поступающей смеси, скорость ее затвердевания и скорость вывода затвердевшего вспененного металла. Данный способ позволяет получить пеноалюминий с пористостью 90%, регулируемой дисперсией пор и степенью однородности. По сравнению с известной промышленно освоенной технологией себестоимость производства на 40% ниже. Наиболее благоприятный режим образования однородного высокопористого пеноалюминия, пористость 90%, интервал дисперсий пор 2-3 мм, заключается в подаче сжатой газожидко-металлической смеси при объемном соотношении расплава к газу 1-9 и при давлении смеси, превышающем сумму атмосферного и металлостатического давлений на 5-20 кПа. Глубина места подачи не имеет решающего значения и определяется параметрами кристаллизации слитка, обычно 100-300 мм [38].

В другом патенте этих же авторов предложена похожая, но немного измененная схема получения пеноалюминия. Сущность заключается в том, что сжатие смеси производят за время, не превышающее время динамической релаксации формы частиц диспергированного расплава, а затем статическое давление в потоке полученной пены до ее затвердевания поддерживают равным атмосферному. При получении вспененного металла по данной технологии достигается пористость материала до 92%, однородность, дисперсность пор 2 - 3 мм, снижается себестоимость производства.

Сущность предлагаемого технического решения заключается в образовании металлической пены регулируемого качества за счет быстрого сжатия дисперсной газожидкометаллической смеси до атмосферного давления в процессе ее образования с последующим поддержанием статического давления в потоке пены до ее отвердевания, равным атмосферному.

Таким образом, осуществляется инверсия (обращение) газожидкометаллической смеси, где сплошной средой является газ, а дисперсной - расплав, в динамически устойчивую пену требуемого регулируемого газосодержания без применения каких-либо добавочных порообразующих, увеличивающих вязкость или уменьшающих коэффициент поверхностного натяжения расплава веществ [39].

Еще один патент этих же авторов описывает получение пеноалюминия с регулируемой пористостью до 90% (дисперсия пор 1-3 мм) по следующей технологии. Поток расплава диспергируют в потоке аэрозоля, содержащего ультрадисперсные частицы твердого адсорбирующего газового вещества, а статистическое давление в потоке диспергированной смеси перед охлаждением увеличивают до атмосферного. В качестве дисперсной фазы аэрозоля используют, например, двуокись кремния в виде аэросила.

Сущность предлагаемого технического решения заключается в образовании газожидкометаллической смеси регулируемого качества, где сплошной средой является газ, а дисперсной расплав, с последующей контролируемой инверсией смеси в расплав, насыщенный пузырьками газа, где сплошная среда - расплав, а дисперсная газ [40].

Данный метод был разработан и широко освоен в Norsk Hydro - норвежской нефтегазовой и металлургической компании. Norsk Hydro специализируется на добыче нефти и газа, а также на производстве алюминия (третья в мире компания по производству этого металла), так же на ее базе производится и пеноалюминий [41].

При производстве пеноалюминия непрерывно осуществляют приготовление расплавленного композиционного металлического материала, содержащего металлическую матрицу и тонкоизмельченные упрочняющие частицы, вспенивают расплав для образования пор путем подачи в расплав газа и накапливают полученный пенометалл на поверхности расплава. Расплавленный металлический композиционный материал можно получать расплавлением композиционного материала с металлической матрицей или добавкой и распределением упрочняющих частиц в расплавленном металле или сплаве при помощи активного газа. В качестве активного газа можно использовать двуокись углерода, а в качестве упрочняющих частиц - огнеупорные частицы. Расплавленным композиционным материалом может быть матрица из алюминия или алюминиевого сплава, упрочненная керамическими или интерметаллическими частицами [42].