Материалы, оборудование и методы исследования композиционной заготовки для получения пористого алюминия

Введение 6
1 Литературно – патентный обзор 8
1.1 Получение пористого алюминия 9
1.2 Получение композиционного материала 12
1.3 Пористый алюминий и его использование 17
1.4 Патентный поиск 19
2 Материалы, оборудование и методы исследования композиционной заготовки для получения пористого алюминия 24
2.1 Требования к наполнителю 24
2.2 Требования к основе 27
2.3 Приборы и методы исследования композиционной заготовки, полученной центробежным литьем 32
2.3.1 Центробежная установка 34
2.3.2 Приборы для исследования полученных изделий 38
2.4 Методика исследования 42
3 Влияние режимов работы центробежной машины на качество композиционной заготовки для получения пористого алюминия 46
3.1 Результаты экспериментального исследования 46
3. 2 Влияние режимов работы центробежной машины на вымываемость наполнителя из композиционной заготовки 51
Заключение 57
Список используемой литературы 58
Приложение 63

Весь текст будет доступен после покупки

Одним из наиболее важных направлений научно-технического прогресса является создание новых технологических процессов получения конструкционных и функциональных материалов. Одним из таковых функциональных материалов являются пористые металлы.
Пористые металлы находят широкое применение в различных областях производства. Номенклатура продукции из пористых металлов достаточно широка: антифрикционные материалы, фрикционные материалы, фильтры, шумогасящие элементы, демпферы. Пористые металлы в основном изготавливают спеканием (трудно получить пористый алюминий, так как на его поверхности формируется прочная и тугоплавкая оксидная пленка) [1], методами порошковой металлургии, литьем под высоким давлением (изделия имеют либо низкую прочность, либо низкую гидравлическую проницаемость), вспениванием расплава газообразующими гидридами (имеют неоднородную, трудно прогнозируемую и крупнопористую структуру) [1, 2], пропиткой наполнителя вакуумным всасыванием с последующим его удалением [3]. Поэтому можно считать, что в настоящее время проблема получения пористого алюминия решена не полностью.

Весь текст будет доступен после покупки

1 Литературно – патентный обзор
Пористые металлы, используемые для фильтрации, в основном изготавливают спеканием. Однако подобным способом чрезвычайно трудно получить пористый алюминий, потому что на его поверхности формируется прочная и тугоплавкая оксидная пленка. Но алюминий всё же является чрезвычайно привлекательным материалом в силу низкого удельного веса, высокой удельной прочности, теплопроводности и коррозионной стойкости. Неоднократно проводились опыты, чтобы изготовить пористый алюминий методами порошковой металлургии с использованием растворяющих оксидную пленку флюсов или под высоким давлением, но получаемые изделия имели либо низкую прочность, либо низкую гидравлическую проницаемость [3].
Большую часть пористого алюминия получают вспениванием расплава газообразующими гидридами. Пенометаллы имеют неоднородную, труднопрогнозируемую и крупнопористую структуру, что ограничивает их применение конструкционными материалами. Введение порофора в порошковую металлошихту заранее обеспечивает достаточно приемлемую однородность структуры – пенометалл по этой технологии, к примеру, используется в качестве шумопоглощающих щитов [4].
Широкое промышленное применение так же получила технология литья пористого алюминия по выжигаемой модели, в качестве которой используется полимерная губка. Изделия, изготовленные по этой технологии, имеют крупнопористую структуру. Только использование в качестве наполнителя водорастворимых солей позволяет создавать структуру пор, благоприятную для фильтрации и конкурировать с пористыми металлами, изготовленными методами порошковой металлургии.
1.1 Получение пористого алюминия
В последние годы стало появляться все больше разработок в области вспененных металлов. Наибольший интерес для различных отраслей промышленности представляет пористый алюминий [5]. Структура пористого материала представлена на рисунке 1.1. Между частицами металла имеется воздушная прослойка, которая и придает объем и пористость итоговому материалу.

Рисунок 1.1 – Типовая структура пористых металлов
Этот материал обладает следующими свойствами:
а) низкая плотность;
б) высокий уровень энергопоглощения и звукопоглощения;
в) не гигроскопичность;
г) хорошая теплоизоляция и устойчивость к огню;
д) высокая удельная жесткость и возможность поглощения большого количества энергии;
е) экологическая чистота [6].
На сегодняшний день существует большое количество способов получения пористого алюминия:
а) Вспенивание алюминиевого расплава. Сущность данной группы методов заключается в том, что расплав металла диспергируют в потоке разреженного газа с непрерывным сжатием получаемой газометаллической смеси до атмосферного давления с образованием пены [7].
б) Смешивание порошков алюминиевого сплава и порообразователя [5].
в) Введение порообразователя в расплав алюминиевого сплава [8]. Расплав алюминиевого сплава разливают в кристаллизатор скольжения с одновременным введением порообразователя, формируют слиток со скоростью, обеспечивающей затвердевание расплава до начала активного разложения порообразователя, охлаждают его, подвергают горячей деформации с получением формы готового изделия, помещают в форму и подвергают высокотемпературной обработке [9].
г) Введение порообразователя в расплав алюминиевого сплава с дальнейшим распылением смеси [18]. В расплав алюминиевого сплава вводят тугоплавкие частицы керамического материала и сливают в распылитель с одновременным введением в расплав порообразователя. Полученный металл имеет закрытые поры, пористость – 60 %, размер пор от 20 до 300 мкм.
д) Литьё алюминиевого сплава в форму с водорастворимыми веществами [20]. Водорастворимый порообразователь помещают в форму, нагревают его выше температуры ликвидуса алюминиевого сплава. Расплав заливают в нагретую до той же температуры форму, заполненную гранулами из водорастворимых солей (хлорид кальция, бария, фторид калия) [11], охлаждают, извлекают из формы и помещают в воду для удаления порообразователя. Полученный материал имеет открытые поры, величиной от 0,01 до 5 мм (в качестве порообразователя – водорастворимая соль) и от 0,5 до 5 мм (в качестве порообразователя – смесь соды и желатина) [12].
е) Смешивание порошков алюминиевого сплава и порообразователя в планетарной мельнице [12]. Полученный материал обладает закрытыми порами и имеет плотность от 0,6 до 1,0 г/см3 . Представленными методами получают пористые изделия на основе пеноалюминия.
ж) Анодное окисление.
и) Метод плавающей зоны.
к) Вытяжка алюминиевых трубок [13]. Исходная трубка из чистого алюминия или деформируемых сплавов алюминия повышенной пластичности нагревается до температуры, близкой к температуре плавления. Затем трубка вытягивается в вытяжной машине с получением трубки меньшего диаметра. Полученная трубка разрезается на определенное количество отрезков, которые в свою очередь вкладываются в отрезок исходной трубки [9]. Получившееся изделие также нагревается до температуры размягчения и подвергается вытяжке. Данная операция повторяется от 3 до 5 раз до получения многоканальной структуры [8]. Полученный материал имеет упорядоченную структуру прямолинейных непрерывающихся микроканалов с диаметром от 0,1 до 200 мкм, и прочность, соизмеримую с проностью сплошных материалов [14, 16].

Весь текст будет доступен после покупки

1. Витязь, П.А. Пористые порошковые материалы и изделия из них [Текст]: учеб. для вузов / П.А. Витязь, В.М. Капцевич, В.К. Шелег. – Мн.: Высш. шк, 1987. – 335с.
2. Белов, С.В. Пористые металлы в машиностроении [Текст]: монография – 2–е изд. перераб. и доп. / С.В. Белов. – М.: Машиностроение, 1981. – 247с.
3. Фурман, Е.Л. Литье под регулируемым давлением пористых изделий [Текст] / Е.Л. Фурман, А.Б. Финкельштейн, А.В. Чечулин // Литейное производство. – 1995. – 4. – С. 50–51.
4. Тепловой пробой диэлектрических анодных пленок [Текст]: Учебное пособие/Костров Д.В., Мирзоев, Р.А. Электрохимия. 1987. Т. 23. 5. С.
595 – 605.
5. Портной, К.И. Структура и свойства композиционных материалов [Текст]: монография / Портной К.И., [и др.] В.М. – М.: Машиностроение, 1979. – 255 с.
6. Пористые композиты на основе оксид-алюминиевых керметов (синтез и свойства) [Текст]: / В.Ю. Гаврилов [и др.] - Новосибирск: Изд-во СО РАН, филиал Тео", 2004. - 205 с
7. Мацуда, Сокомото. Разработка и использование газопроницаемых металлов [Текст]: / Сокомото Мацуда [и др] // Коге дзайре - 1987, №2. -
С. 47-50
8. Мондольфо, Л.Ф. Структура и свойства алюминиевых сплавов [Текст]: / Л.Ф.Мондольфо - М.: Металлургия, 1979. - 640 с. 59. Мальцева, Г.Н. Коррозия и защита оборудования от коррозии / Г.Н.Мальцева - Пенза: ПТУ, 2001. - 211 с

Весь текст будет доступен после покупки