بحث وتطبيق حالة تطوير الرغوة المعدنية

الرغوة المعدنية هي مادة معدنية مسامية تشكل العديد من الفقاعات في القالب المعدني ، والمعروفة أيضًا بالرغوة المعدنية المسامية. نظرًا لاحتوائه على خصائص معدنية وبعض الخصائص الفيزيائية الخاصة لغير - المعادن ، فقد حظي باهتمام واسع النطاق في الداخل والخارج. في السنوات الأخيرة ، تم إحراز تقدم كبير في البحث النظري حول تطوير وتطبيق وتطوير المعدن الرغوي وخصائصه الهيكلية.

1. نظرة عامة على تطور الرغوة المعدنية في الداخل والخارج

منذ أن أضافت SOSNIK في الولايات المتحدة الزئبق لأول مرة إلى الألومنيوم لإنتاج الألمنيوم الرغوي في عام 1948 ، قام الباحثون بالكثير من العمل في إعداد المعدن الرغوي وبحوثه وتطويره. نظام الطريقة ثابت بشكل عام ، ويمكن تقسيمه إلى طريقة الصب ، وطريقة ترسيب المعادن ، وطريقة تعدين المساحيق ، وطريقة ترسيب الرذاذ ، وما إلى ذلك ، من بينها ، طريقة الصب هي الأكثر اقتصادا ، وقد أحرزت تقدمًا كبيرًا في التطبيق العملي في الآونة الأخيرة أعوام. على سبيل المثال ، نجحت شركة Roa الأمريكية والولايات المتحدة واليابان في إنتاج درجات سبائك الرصاص من مقاطع الألمنيوم الرغوية 7075 و ALMAG35 بطريقة الرغوة المباشرة وطريقة الاستثمار على التوالي.

من ظهور الرغوة المعدنية إلى السبعينيات والثمانينيات ، ركز البحث بشكل أساسي على تحضير الرغوة المعدنية. على سبيل المثال ، حل مشكلة زيادة اللزوجة في تحضير رغوة الألمنيوم له قوة دفع كبيرة لإعداد رغوة الألومنيوم ؛ بالإضافة إلى ذلك ، يعد اقتراح آلية قلب الفقاعة وتطبيقها تقدمًا كبيرًا في تحضير المعدن الرغوي. تشبه النظرية إضافة عامل نواة في عملية تصلب المعدن ، مما يجعل التشكيل المباشر للرغوة المعدنية ممكنًا.

الآن أصبح إنتاج الألمنيوم الرغوي قادرًا على تنفيذ الإنتاج المستمر من عملية الرغوة إلى عملية التشكيل.

(أ) للإنتاج المستمر للألمنيوم الكبير ؛ (ب) للإنتاج المستمر لألواح كبيرة ذات سماكة معينة ؛ (ج) للمسبوكات التي يمكن استخدامها لإنتاج شكل معين ؛ (د) للإنتاج المستمر لصب شكل معين. هذه الطريقة هي الحصول على رغوة معدنية منصهرة ثابتة وفقًا لنظرية قلب الفقاعة ، ثم سحبها للقولبة للحصول على منتج نهائي بالشكل المطلوب.

من ناحية أخرى ، استثمرت العديد من البلدان الكثير من القوى العاملة والموارد المادية لتحسين خصائص المعدن الرغوي ، ويشمل محتوى البحث بشكل أساسي صناعة السبائك أو المعالجة الحرارية أو تقوية الألياف أو طرق التعزيز الأخرى للمعادن الرغوية. من بينها ، مادة الرغوة المسامية ذات القوة العالية - التي طورها عالم المعادن الأوكراني Shapovalov هي الأكثر شيوعًا. تتمتع هذه المادة بدرجة عالية من السلامة الهيكلية ولديها قوة وصلابة أعلى بكثير من مواد الرغوة المسامية التقليدية.

بالإضافة إلى ذلك ، في السنوات الأخيرة ، تم إجراء دراسة منهجية أيضًا من الناحية النظرية للرغاوي المعدنية. بادئ ذي بدء ، في البحث حول المعلمات الهيكلية للرغوة المعدنية ، يشعر الناس بشكل متزايد بخصوصية الرغوة المعدنية في الهيكل المادي ، فهي ليست مجرد مادة هيكلية ، ولكنها مادة متعددة الوظائف لها العديد من الخصائص الفيزيائية. يمكن معرفة خصائصه الخاصة من هيكله. على سبيل المثال ، القياس والبحث عن المسامية المفتوحة والمسامية المغلقة للمسام المعدنية الرغوية ، والقياس الإحصائي لحجم المسام ، وقياس مساحة السطح المحددة وتأثير هذه المعلمات على أداء معدن الرغوة. ثانيًا ، هو دراسة خصائص المعدن الرغوي ، مثل خصائص التشوه وخصائص امتصاص الصوت وخصائص الاحتكاك الداخلي المثبطة لمعدن الرغوة. توفر هذه الدراسات الأساس النظري للبحوث التطبيقية.

تم تحقيق إنجازات كبيرة في تطبيق والبحث عن رغوة معدنية ، وتم إعداد القطع الصغيرة والكبيرة ودخلت مرحلة الإنتاج التجريبي والتطبيق. على سبيل المثال ، تُستخدم رغوة الألمنيوم التي تنتجها شركة Sumitomo Electric Co.، Ltd. اليابانية لتصنيع بعض الأجزاء - المقاومة للحرارة والمقاومة - للتآكل في السيارات وأجزاء من مكبرات الصوت ؛ على السكك الحديدية ، تُستخدم رغوة الألومنيوم في صنع جدران عازلة للصوت - لغرف توليد الطاقة لتكييف الهواء. بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدام الألمنيوم الرغوي أيضًا كمواد جهاز مقاومة للصدمات - للأجهزة الدقيقة.

بدأت الأبحاث المحلية على المعدن الرغوي في الثمانينيات فقط. بعد أكثر من 10 سنوات من الاستكشاف والبحث ، أتقنت بعض الوحدات البحثية مثل جامعة الجنوب الشرقي ، وأكاديمية قويتشو للعلوم ، وجامعة داليان للتكنولوجيا ، ومصنع معالجة الألمنيوم بجنوب غرب طريقة إنتاج المعدن الرغوي. من بينها ، تعد جامعة جنوب شرق وأكاديمية قويتشو للعلوم الأكثر تقدمًا. على وجه الخصوص ، أنتجت Guizhou Academy of Sciences بنجاح - قطاعات ألومنيوم واسعة النطاق باستخدام طريقة الرغوة المباشرة مع عوامل رغوة رخيصة. بعد الاختبار من قبل معهد الصوتيات التابع للأكاديمية الصينية للعلوم ووحدات أخرى ، وصل امتصاص الصوت والدرع وامتصاص الصدمات وتأثيرات مقاومة الصدمات والجاذبية النوعية ومؤشرات الأداء الأخرى إلى مؤشرات المنتجات الأجنبية المماثلة. في الوقت الحاضر ، جامعة Southeast نشطة للغاية في البحث عن تحضير وخصائص المعدن الرغوي. يركزون بشكل أساسي على تحضير الألمنيوم الرغوي بطريقة النضح ، وقد أجروا تجارب محاكاة على طريقة النضح وأعدوا الألمنيوم الرغوي بطريقة النضح. المواد البوليمرية المركبة ، لقد نجحت جامعة Hebei للتكنولوجيا في إعداد - رغوة حديدية عالية الذوبان عن طريق إضافة عوامل تشكيل المسام - ، وحققت نتائج مرضية.

فيما يتعلق بإعداد معدن الرغوة ، هناك العديد من الأبحاث المحلية حول طريقة الرغوة وطريقة التعدين وطريقة الترشيح ، وقد لحقوا بشكل أساسي مستوى الدول المتقدمة الأجنبية ، لكن البحث عن طريقة الإنتاج المستمر لا يزال فارغًا ، و يحتاج إلى تطوير للتكيف مع الظروف المحلية. طريقة الإنتاج المستمر.

من حيث الأداء النظري ، فإن البحث المحلي مبكر نسبيًا ، ومجال البحث في الأساس على المستوى الدولي الرائد ، مثل قياس المعلمات الهيكلية لمعدن الرغوة ، وأداء الحد من الضوضاء ، وأداء امتصاص الصوت تحت الماء ، وأداء التخميد ، وما إلى ذلك. تم إجراء الكثير من الأبحاث ، وحققت نتائج ملحوظة. عدد المسام في المعدن الرغوي ضخم ومختلف الأحجام. من الصعب للغاية قياس هذه المعلمات الهيكلية يدويًا. في الأدبيات ، يتم إدخال المعلومات الرسومية للمعدن الرغوي في الكمبيوتر ويتم إجراء معالجة البيانات لقياس متوسط ​​القطر وتوزيع حجم المسام للمسام. يحل مشكلة قياس المعلمات الهيكلية لمعدن الرغوة. الرغوة المعدنية هي نوع من المواد خفيفة الوزن وعالية التخميد مع بذور امتصاص الطاقة العالية. خاصية التخميد هي الاحتكاك الداخلي غير الخطي الذي يرتبط ارتباطًا وثيقًا بسعة الانفعال ، ولكن ليس له علاقة مهمة بتردد الانفعال. تم الإبلاغ عن البحث في هذا المجال في الخارج فقط في عام 1998.

من حيث التطبيق ، هناك القليل من الأبحاث المحلية. على الرغم من أن البحث حول الأداء النظري قد اقترح الكثير من إمكانيات التطبيق ، إلا أنه منفصل عن تطوير التطبيقات ، ولا يوجد تقرير عن تطبيق معدن الرغوة.

2. حالة إعداد الحديد الرغوي

على الرغم من أن الرغوة المعدنية لها تاريخ يصل إلى ما يقرب من 50 عامًا ، إلا أن البحث والتطوير للرغوة المعدنية يعتمد في الغالب على المعادن الخفيفة ، خاصة أن البحث عن الألمنيوم الرغوي هو الأكثر شمولاً. ويرجع ذلك إلى انخفاض نقطة انصهار الألمنيوم وسبائكه ، وخصائص الصب الجيدة ، وسهولة التعامل مع المعدن المنصهر. بالإضافة إلى ذلك ، تشتمل المواد التي يمكن استخدامها لصنع معدن رغوي على معادن ذات نقطة انصهار منخفضة مثل cu و Zn وسبائكها ، ولكن هذه المواد أقل شمولاً بكثير من البحث والتطوير في رغوة الألمنيوم.

للبحث عن رغوة معدنية عالية نقطة الانصهار ، هناك سبائك نيكل - قائمة على - وقائمة على - نيكل ، وطريقة الإنتاج هي بشكل أساسي تلبيد مسحوق المعادن. ظهرت التقارير في هذا الصدد في السنوات الأخيرة فقط ، مثل استخدام سبائك النيكل - لإنتاج أقطاب كهربائية مسامية رفيعة.

تعد تقارير البحث عن الحديد الرغوي أكثر ندرة ، ولم يتم العثور إلا على عدد قليل من التقارير ذات الصلة بالحديد - الذي يحتوي على معدن رغوي من الذهب التايواني ، أحدها النحاس - Fe. إنتاج معدن الرغوة ، حيث يكون محتوى الحديد (جزء الكتلة) 60 في المائة إلى 80 في المائة ، و 10 في المائة إلى 30 في المائة ، والتي يتم الحصول عليها عن طريق تلبيد مسحوق المعادن ، وتكون مساميته من 10 في المائة إلى 35 في المائة [3U] ؛ آخر Fe - Cr - AI. RE Taijin، Fe يمثل 70 في المائة ~ 8O في المائة ، ينتج أيضًا عن طريق طريقة التلبيد ، ويوجد الحديد على شكل ألياف "؛ يوجد أيضًا مسحوق Fe ومسحوق معدني آخر ملتصق بهيكل شبكة راتينج لزج ، ثم يتم تلبيده للحصول على صفيحة رغوية معدنية رقيقة ، تستخدم كقطب كهربائي.بالإضافة إلى ذلك ، هناك تقارير عن تحضير رغوة الحديد بطريقة التسرب ، وتقارير عن تحضير رغوة الحديد بطريقة الكرة المجوفة ، لكنها لم يتم تعميمها .

باختصار ، لا يزال تحضير وتطبيق رغوة الحديد عالية الذوبان - في مهدها ، والطريقة معقدة وبسيطة نسبيًا. لذلك ، من الضروري البحث وتطوير طرق تحضير لرغوة الحديد عالية الذوبان - وغيرها من المعادن النقطية - عالية الانصهار - وسبائكها ، لاستخدامها في أسرع وقت ممكن هذه المادة الوظيفية ذات الخصائص الخاصة كثيرة تساهم في البشرية.

3. خصائص وتطبيقات الرغوة المعدنية

نظرًا لوجود العديد من الثقوب في المعدن الرغوي ، فإن الحجم والعدد والتوحيد والاتصال وإغلاق الثقوب سيؤثر على أدائه.

3.1 المعلمات والخصائص الهيكلية

1) حجم المسام: يشير حجم المسام عمومًا إلى متوسط ​​قطر المسام ، وهو المعلمة الأساسية لمعدن الرغوة. يكون حجم مسام المعدن الرغوي أكبر بشكل عام ، O. 1-1 0 مم أو أكثر (بشكل عام ، لا تزيد فتحة معدن المسحوق عن 0.3 مم).

2) المسامية الكلية ، المسامية الفعالة: المسامية الكلية تشير إلى نسبة الحجم الذي تشغله المسام إلى الحجم الكلي (والذي يمكن الحصول عليه بطريقة الوزن). نظرًا لعدم توصيل جميع المسام ببعضها البعض ، فإن نسبة المسام المتصلة إلى الحجم الكلي تسمى المسامية الفعالة. فقط عندما تكون جميع المسام متصلة ، فإن مسامية L الكلية تساوي مسامية L. تعتبر مسامية الرغوة المعدنية عالية نسبيًا ، وتتراوح مساميتها بين 40 في المائة و 90 في المائة.

3) من خلال المسامية: نسبة متوسط ​​قطر قناة المسام إلى متوسط ​​قطر المسام في أي قسم هو من خلال المسامية.

4) الثقل النوعي ومساحة السطح المحددة: الثقل النوعي للمعدن الرغوي خفيف. بشكل عام فقط 1 / 10-3 / 5 من نفس الحجم من المعدن. مساحة سطحه المحددة أكبر ، وهي lO-40cm² / cm³

3.2 خصائص الأداء

3.2.1 الوزن الخفيف والثقل النوعي الصغير

نظرًا لوجود العديد من الثقوب الكبيرة والصغيرة في القالب المعدني ، فمن الواضح أن هذه المادة خفيفة الوزن. الثقل النوعي صغير. تتراوح الثقل النوعي للألومنيوم الرغوي من {0}. 2 إلى 0.5 جم / سم ، ومتوسط ​​قيمته هو 1/10 فقط من الألومنيوم.

3.2.2 الخصائص الميكانيكية

قوة الشد للمعدن الرغوي منخفضة نسبيًا. القوة المحددة منخفضة نسبيًا أيضًا ، لكن قوة الانضغاط وقوة الانحناء عالية. تبلغ قوة شد الألمنيوم الرغوي حوالي 1/100 فقط من قوة الألمنيوم ، والقوة المحددة حوالي 1/10 من تلك الخاصة بالألمنيوم. الألمنيوم الرغوي له قابلية منخفضة للفصل. على سبيل المثال ، لا تحتوي رغوة الألومنيوم على ليونة معدن الألمنيوم ، ولا يحدث أي تشوه بلاستيكي تقريبًا تحت الضغط. يُقاس معامل مرونة الألمنيوم الرغوي عن طريق اختبار الانحناء بحوالي 1 / 50-1 / 100 من سبيكة الألومنيوم.

3.2.3 خصائص امتصاص طاقة الصدمة

تتميز المادة المعدنية الإسفنجية بشبكة فريدة ، وبنية غير {0}} مسامية اتجاهية ، وليس لها تأثير ارتداد. من خلال - اختبار الإجهاد لهذه المادة ، تبين أن إجهادها يتأخر بشدة عن الإجهاد ، وفي الإجهاد الانضغاطي - منحنى الإجهاد E الخط الذي يحتوي على هضبة طويلة ، تعتبر الرغوة المعدنية مادة مع خصائص امتصاص الطاقة عالية التأثير.

3.2.4 الخصائص الفيزيائية الحرارية

يتمتع المعدن الرغوي عمومًا بمقاومة عالية للحرارة ، حتى إذا وصلت درجة الحرارة إلى نقطة انصهار السبائك الأساسية ، فلن تذوب. على سبيل المثال ، سبائك ALMAG لها نطاق درجة حرارة 560-640. C ، ولكن يتم تسخين سبيكة الرغوة ALMAG إلى 1400 في الغلاف الجوي. لا يذوب C أيضًا.

3.2.5 أداء الإرسال

النفاذية هي خاصية - متشعبة من خلال - رغوة معدنية للخلايا. من خلال تعديل هيكل المسام المعدني الرغوي (مثل المسامية ، حجم المسام ، من خلال المسامية ، إلخ). يمكن الحصول على المواد المعدنية الرغوية بمتطلبات نفاذية مختلفة.

3.2.6 الصوتيات والكهرباء

من خلال الرغوة المعدنية - ، عندما تلامس الموجة الصوتية السطح المعدني ، فإنها تدخل فتحة الرغوة المعدنية من خلال الانعكاس المنتشر ، ويحول الاهتزاز الداخلي للمعدن طاقة الصوت إلى طاقة حرارية ، والتي تلعب دور في الحد من الضوضاء. تم استخدام الموجات الكهرومغناطيسية لاختبار معدن الرغوة ، ووجد أن المعدن الرغوي له أيضًا تأثير في امتصاص الموجات الكهرومغناطيسية ، لذلك كان للمعدن الرغوي أيضًا تأثير تدريع على الموجات الكهرومغناطيسية.

3.3 تطبيق المعدن الرغوي

في ضوء الأنواع المختلفة من المعدن الرغوي المذكور أعلاه ، هناك العديد من مجالات التطبيق المقابلة لمعدن الرغوة. الحاجة إلى التطبيق هي أيضًا أهمية تطوير هذا النوع الجديد من المواد.

3.3.1 الاستفادة من الخصائص الفيزيائية الحرارية الممتازة

يحتوي المعدن الرغوي على مساحة سطح كبيرة محددة ، ويمكن استخدامه لصنع مبادلات حرارية ومشعات من خلال المعدن الرغوي الخلوي - ؛ بالنسبة للمعدن الرغوي الخلوي المغلق - ، يمكن استخدامه كمادة عازلة للحرارة.

3.3.2 الاستفادة من خصائص امتصاص طاقة الصدمة

إنه أحد الاستخدامات المهمة للمعدن الرغوي لتصنيع المخازن المؤقتة وامتصاص الصدمات. وتتراوح تطبيقاته من صدمات السيارة إلى معدات هبوط المركبة الفضائية ، وقد تم استخدامه بنجاح في المصاعد ، ومنصات أمان الناقل ، وبطانات امتصاص الطاقة - لدروع - الطاحونة عالية السرعة .

3.3.3 الاستفادة من النفاذية

باستخدام نفاذية الرغوة المعدنية ، يمكن استخدامها كمادة مهمة لإعداد المرشحات. بالمقارنة مع مسحوق المعادن المسامي ، فإنه يتميز بخصائص حجم المسام الكبير والمسامية العالية ، وللمرشح المصنوع به مجموعة واسعة من التطبيقات ، والتي يمكن استخدامها لتصفية الجسيمات الصلبة من السائل أو الهواء أو تدفقات الهواء الأخرى.

3.3.4 استخدام الخصائص الصوتية والكهرومغناطيسية

باستخدام خصائص امتصاص الصوت - للمعدن الرغوي ، يتم استخدامه بشكل أساسي لتقليل الضوضاء وتقليل الضوضاء ، مثل كاتم صوت التوهين لمحطات الطاقة البخارية ، والأدوات الهوائية ، والسيارات ، وما إلى ذلك. في اليابان ، تم الحصول على نتائج واعدة في - غرف مولد قطار عالي السرعة واستوديوهات تسجيل الراديو وامتصاص صوت شينكانسن.

3.3.5 استخدامات أخرى

يمكن أيضًا استخدام الفقاعات المعدنية في صناعة البناء ، مثل الأجزاء الزخرفية الداخلية والخارجية للمباني ، والجدران الستائرية ، والجدران ، وما إلى ذلك ؛ يمكن استخدامه أيضًا كحامل كمبيوتر ؛ صناديق تغليف متنوعة ، إلخ ... باستخدام مقاومة المعدن الرغوي للحريق ، يمكن استخدامها للمواد المقاومة للصهر في صناعات مثل البناء ؛ أو عن طريق معالجة ثقوبها ، يمكن استخدامها لمواد مثبطة للهب. في الصناعة الكيميائية ، يمكن استخدامه كناقل محفز. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أيضًا استخدام الرغوة المعدنية كقطب كهربائي مسامي.

خلاصة القول ، إن تطبيق المعدن الرغوي واسع للغاية ، ويمكن استخدامه في العديد من المجالات مثل صناعة البناء ، وصناعة الطيران ، وصناعة الكمبيوتر ، وصناعة النقل والتعبئة ، ومع التحسين المستمر لعملية إنتاج المعادن الرغوية وأبحاثها و التطوير مع التعميق المستمر ، لا يزال مجال تطبيق المعدن الرغوي يتوسع. لذلك ، فإن البحث عن المعدن الرغوي وتطويره له قيمة تطبيق عملية كبيرة.