تحقیق و کاربرد وضعیت توسعه فوم فلزی

فوم فلزی یک ماده فلزی متخلخل است که حباب های متعددی را در زمینه فلزی تشکیل می دهد که به آن فوم فلزی متخلخل نیز می گویند. از آنجایی که هم خواص فلزی و هم برخی از خواص فیزیکی ویژه غیر فلزات را دارد، توجه گسترده ای در داخل و خارج از کشور به خود جلب کرده است. در سال های اخیر، پیشرفت های زیادی در تحقیقات نظری در مورد توسعه، کاربرد و توسعه فوم فلز و خواص ساختاری آن حاصل شده است.

1. مروری بر توسعه فوم فلز در داخل و خارج از کشور

از زمانی که SOSNIK در ایالات متحده برای اولین بار در سال 1948 جیوه را به آلومینیوم برای تولید آلومینیوم فوم اضافه کرد، محققان کارهای زیادی در زمینه آماده سازی، تحقیقات عملکرد و توسعه کاربرد فلز فوم شده انجام دادند. سیستم روش به طور کلی ثابت است که می توان آن را به روش ریخته گری، روش رسوب فلز، روش متالورژی پودر، روش رسوب پاششی و غیره تقسیم کرد که در این میان روش ریخته گری اقتصادی ترین است و در کاربرد عملی اخیر پیشرفت زیادی داشته است. سال ها. به عنوان مثال، شرکت آمریکایی Roa و ایالات متحده و ژاپن با موفقیت گریدهای آلیاژ سرب پروفیل آلومینیوم فوم 7075 و ALMAG35 را به ترتیب با روش فوم کردن مستقیم و روش ریخته‌گری سرمایه‌گذاری تولید کرده‌اند.

از ظهور فوم فلزی تا دهه 1970 و 1980، تحقیقات عمدتاً بر روی تهیه فوم فلزی متمرکز بود. به عنوان مثال، حل مشکل افزایش ویسکوزیته در تهیه فوم آلومینیوم انگیزه زیادی برای تهیه فوم آلومینیوم دارد. علاوه بر این، پیشنهاد و استفاده از مکانیسم هسته حباب یک پیشرفت بزرگ در تهیه فوم فلز است. این تئوری مانند افزودن یک عامل هسته‌زا در فرآیند انجماد فلز است که تشکیل مستقیم فوم فلزی را ممکن می‌سازد.

در حال حاضر تولید آلومینیوم فوم شده توانسته است تولید مستمر را از فرآیند فوم دهی تا فرم دهی انجام دهد.

(الف) برای تولید مداوم آلومینیوم بزرگ؛ (ب) برای تولید مداوم صفحات بزرگ با ضخامت معین. ج) برای ریخته‌گری‌هایی که می‌توان از آنها برای تولید شکل خاصی استفاده کرد. (د) برای تولید مداوم یک ریخته گری شکل خاص. این روش به این صورت است که طبق تئوری هسته حباب، فوم فلزی مذاب پایدار به دست می آید و سپس آن را برای قالب گیری بیرون می آوریم تا محصول نهایی به شکل دلخواه به دست آید.

از سوی دیگر، کشورهای مختلف نیروی انسانی و منابع مادی زیادی را برای بهبود خواص فوم فلز سرمایه‌گذاری کرده‌اند و محتوای تحقیقاتی عمدتاً شامل آلیاژسازی، عملیات حرارتی، تقویت الیاف یا سایر روش‌های تقویت‌کننده فوم فلز است. در میان آنها، مواد فوم متخلخل{0}}گاسر با استحکام بالا که توسط متالورژیست اوکراینی شاپووالوف ساخته شده است، معمولی ترین آنهاست. این ماده از یکپارچگی ساختاری بالایی برخوردار بوده و از استحکام و سفتی بسیار بالاتری نسبت به مواد فوم متخلخل معمولی برخوردار است.

علاوه بر این، در سال های اخیر، مطالعه سیستماتیک فوم های فلزی نیز به صورت تئوری انجام شده است. اول از همه، در تحقیق بر روی پارامترهای ساختاری فوم فلزی، مردم به طور فزاینده ای ویژگی فوم فلزی را در ساختار فیزیکی احساس می کنند، این فوم نه تنها یک ماده ساختاری است، بلکه یک ماده چند منظوره با خواص فیزیکی فراوان است. از ساختار آن می توان به خواص ویژه آن پی برد. به عنوان مثال، اندازه گیری و تحقیق تخلخل باز و تخلخل بسته منافذ فلز فوم، اندازه گیری آماری اندازه منافذ، اندازه گیری سطح ویژه و تأثیر این پارامترها بر عملکرد فلز فوم. ثانیاً، بررسی خواص فلز فوم، مانند ویژگی‌های تغییر شکل، ویژگی‌های جذب صدا و ویژگی‌های اصطکاک داخلی میرایی فلز فوم است. این مطالعات مبنایی نظری برای تحقیقات کاربردی فراهم می کند.

دستاوردهای بزرگی در کاربرد و تحقیق فوم فلز حاصل شده و قطعات ریز و درشت آماده شده و وارد مرحله تولید و کاربرد آزمایشی شده است. برای مثال، فوم آلومینیومی تولید شده توسط شرکت ژاپنی Sumitomo Electric Co., Ltd. برای تولید برخی از قطعات خودروها و قطعات بلندگوهای مقاوم در برابر حرارت و{0}}مقاوم در برابر حرارت و سایش استفاده می‌شود. در راه‌آهن، از فوم آلومینیوم برای ساخت دیوارهای عایق صدا برای تهویه مطبوع اتاق‌های تولید برق استفاده می‌شود. علاوه بر این، آلومینیوم فوم شده نیز به عنوان یک ماده ضد ضربه-برای ابزار دقیق استفاده می‌شود.

تحقیقات داخلی در مورد فلز فوم تنها در دهه 1980 آغاز شد. پس از بیش از 10 سال اکتشاف و تحقیق، برخی از واحدهای تحقیقاتی مانند دانشگاه جنوب شرقی، آکادمی علوم گوئیژو، دانشگاه صنعتی دالیان، کارخانه پردازش آلومینیوم جنوب غربی در ابتدا بر روش تولید فوم فلز مسلط شدند. در میان آنها، دانشگاه جنوب شرقی و آکادمی علوم گوئیژو پیشرفته ترین هستند. به طور خاص، آکادمی علوم گویژو با استفاده از روش فوم کردن مستقیم با مواد کف کننده ارزان، پروفیل های فوم آلومینیومی در مقیاس بزرگ- را با موفقیت تولید کرده است. پس از آزمایش توسط موسسه آکوستیک آکادمی علوم چین و سایر واحدها، اثرات جذب صدا، محافظ، جذب ضربه و مقاومت ضربه، وزن مخصوص و سایر شاخص های عملکرد به شاخص های محصولات مشابه خارجی رسیده است. در حال حاضر دانشگاه جنوب شرقی در تحقیق در مورد تهیه و خواص فلز فوم شده بسیار فعال است. آنها عمدتاً بر روی تهیه آلومینیوم فوم شده به روش تراوش تمرکز می کنند و آزمایشات شبیه سازی را روی روش تراوش انجام داده و آلومینیوم فوم شده را به روش تراوش تهیه می کنند. مواد کامپوزیت پلیمری، دانشگاه فناوری هبی با افزودن مواد تشکیل دهنده منافذ- فوم آهن با ذوب بالا را با موفقیت آماده کرده و به نتایج رضایت بخشی دست یافته است.

از نظر تهیه فوم فلز، تحقیقات داخلی زیادی در مورد روش کف کردن، روش متالورژی و روش نفوذ وجود دارد و اساساً به سطح کشورهای پیشرفته خارجی رسیده است، اما تحقیقات در مورد روش تولید مداوم هنوز خالی است. باید توسعه یابد تا با شرایط داخلی سازگار شود. روش تولید مستمر.

از نظر عملکرد نظری، تحقیقات داخلی نسبتاً زودرس است و زمینه تحقیق اساساً در سطح بین المللی پیشرو است، مانند اندازه گیری پارامترهای ساختاری فلز فوم، عملکرد کاهش نویز، عملکرد جذب صدای زیر آب، عملکرد میرایی و غیره. تحقیقات زیادی انجام شده و به نتایج قابل توجهی دست یافته است. تعداد منافذ در فوم فلز بسیار زیاد است و اندازه آن متفاوت است. اندازه گیری دستی این پارامترهای ساختاری بسیار دشوار است. در ادبیات، اطلاعات گرافیکی فلز فوم به کامپیوتر وارد می‌شود و پردازش داده‌ها برای اندازه‌گیری میانگین قطر و توزیع اندازه حفره‌ها انجام می‌شود. این مشکل اندازه گیری پارامترهای ساختاری فلز فوم را حل می کند. فوم فلزی نوعی ماده سبک وزن و با میرایی بالا با دانه های جذب انرژی بالا است. مشخصه میرایی آن اصطکاک داخلی غیرخطی است که ارتباط نزدیکی با دامنه کرنش دارد، اما ارتباط معنی‌داری با فرکانس کرنش ندارد. تحقیقات در این زمینه تنها در سال 1998 در خارج از کشور گزارش شده است.

از نظر کاربرد، تحقیقات داخلی کمی وجود دارد. اگرچه تحقیقات بر روی عملکرد نظری امکانات کاربردی زیادی را ارائه کرده است، اما از توسعه برنامه جدا شده است و گزارشی در مورد کاربرد فوم فلز وجود ندارد.

2. وضعیت آماده سازی فوم آهن

اگرچه فوم فلزی سابقه ای نزدیک به 50 سال دارد، اما تحقیق و توسعه فوم فلزی بیشتر بر اساس فلزات سبک است، به ویژه تحقیقات روی آلومینیوم فوم شده گسترده ترین است. این به دلیل نقطه ذوب پایین آلومینیوم و آلیاژهای آن، خواص ریخته گری خوب و حمل آسان فلز مذاب است. علاوه بر این، موادی که می توان برای ساخت فوم فلز استفاده کرد شامل فلزات با نقطه ذوب پایین مانند مس، روی و آلیاژهای آنها می شود، اما این مواد نسبت به تحقیق و توسعه فوم آلومینیوم وسعت بسیار کمتری دارند.

برای تحقیق فوم فلزی با نقطه ذوب بالا، عمدتاً آلیاژهای مبتنی بر Ni-، Ti- و D{2}} وجود دارد و روش تولید عمدتاً پخت متالورژی پودر است. گزارش‌هایی در این رابطه فقط در سال‌های اخیر ظاهر شده است، مانند استفاده از آلیاژهای مبتنی بر Ni- برای تولید الکترودهای متخلخل نازک.

گزارش‌های تحقیقاتی در مورد آهن فوم شده حتی نادرتر هستند، فقط چند گزارش مرتبط در مورد آهن-حاوی فلز فوم طلای تایوان یافت شده است، یکی مس-Fe. تولید فوم فلزی sn که در آن مقدار آهن (کسر جرمی) 60 تا 80 درصد و مس 10 تا 30 درصد است که از پخت متالورژی پودر به دست می‌آید و تخلخل آن 10 تا 35 درصد است. [3U]؛ Fe{9}}Cr{10}}AI دیگر. RE تایجین، آهن 70 درصد تا 8O درصد را به خود اختصاص می دهد، همچنین با روش پخت تولید می شود، آهن به شکل الیاف وجود دارد. یک ورق فوم نازک فلزی که به عنوان الکترود استفاده می شود.علاوه بر این، گزارش هایی در مورد تهیه فوم آهن به روش تراوش و گزارش هایی در مورد تهیه فوم آهن به روش گوی توخالی وجود دارد، اما رایج نشده است. .

در یک کلام، تهیه و استفاده از فوم آهن با ذوب بالا{0} تنها در مراحل اولیه است و روش نسبتاً پیچیده و ساده است. بنابراین، تحقیق و توسعه روش های آماده سازی فوم آهن با ذوب بالا و سایر فلزات با نقطه ذوب بالا و آلیاژهای آنها ضروری است تا در اسرع وقت از آنها استفاده شود. این ماده کاربردی با بسیاری از خواص ویژه به بشر کمک می کند.

3. ویژگی ها و کاربردهای فوم فلزی

از آنجایی که سوراخ های زیادی در فوم فلز وجود دارد، اندازه، تعداد، یکنواختی، اتصال و بسته شدن سوراخ ها بر عملکرد آن تأثیر می گذارد.

3.1 پارامترها و ویژگی های ساختاری

1) اندازه منافذ: اندازه منافذ عموماً به میانگین قطر منافذ اشاره دارد که پارامتر اصلی فلز فوم است. اندازه منافذ فلز فوم معمولاً بزرگتر است، O. 1-10 میلی متر یا بیشتر (به طور کلی، دهانه فلز متالورژی پودر بیشتر از 0.3 میلی متر نیست).

2) تخلخل کل، تخلخل مؤثر: تخلخل کل به نسبت حجم اشغال شده توسط منافذ به حجم کل (که با روش توزین به دست می آید) اطلاق می شود. از آنجایی که همه منافذ به یکدیگر متصل نیستند، نسبت منافذ متصل به حجم کل را تخلخل مؤثر می نامند. تنها زمانی که همه منافذ به هم متصل باشند، تخلخل L کل برابر با تخلخل L موثر است. تخلخل فوم فلزی نسبتاً زیاد است و تخلخل آن بین 40 تا 90 درصد است.

3) از طریق تخلخل: نسبت قطر کانال منفذ متوسط ​​به قطر متوسط ​​منافذ در هر مقطع، تخلخل عبوری است.

4) وزن مخصوص و سطح ویژه: وزن مخصوص فلز فوم سبک است. به طور کلی فقط 1/10-3/5 از همان حجم فلز. سطح ویژه آن بزرگتر است که lO-40cm²/cm³ است

3.2 ویژگی های عملکرد

3.2.1 وزن سبک و وزن مخصوص کوچک

به دلیل وجود سوراخ های بزرگ و کوچک زیاد در زمینه فلزی، این ماده به وضوح وزن سبکی دارد. وزن مخصوص کم است. وزن مخصوص آلومینیوم فوم شده از {{0}}.2 تا 0.5 گرم در سانتی متر متغیر است و مقدار متوسط ​​آن تنها 10/1 نسبت آلومینیوم است.

3.2.2 خواص مکانیکی

استحکام کششی فلز فوم نسبتاً کم است. مقاومت ویژه نیز نسبتاً کم است، اما مقاومت فشاری و مقاومت خمشی زیاد است. استحکام کششی آلومینیوم فوم شده تنها حدود 100/1 آلومینیوم و استحکام ویژه حدود 10/1 آلومینیوم است. آلومینیوم فوم دار قابلیت جداسازی کمی دارد. به عنوان مثال، فوم آلومینیوم انعطاف پذیری آلومینیوم فلزی را ندارد و تقریباً هیچ تغییر شکل پلاستیکی تحت فشار رخ نمی دهد. مدول الاستیک آلومینیوم فوم شده اندازه گیری شده با آزمایش خمشی حدود 1/50-1/100 از آلیاژ آلومینیوم است.

3.2.3 ویژگی های جذب انرژی شوک

مواد فوم فلزی دارای شبکه منحصر به فرد، ساختار متخلخل غیر جهت دار، و بدون اثر برگشتی است. از طریق آزمایش تنش-این ماده، مشخص شد که کرنش آن به شدت از تنش عقب می‌افتد، و در تنش فشاری-خط منحنی کرنش E حاوی یک فلات طولانی، فوم فلزی یک ماده است. با خواص جذب انرژی ضربه ای بالا.

3.2.4 خواص ترموفیزیکی

فلز فوم دار به طور کلی مقاومت حرارتی بالایی دارد، حتی اگر دما به نقطه ذوب آلیاژ پایه برسد، حل نمی شود. به عنوان مثال آلیاژهای ALMAG دارای محدوده دمایی 560-640 هستند. C، اما آلیاژ فوم آلیاژ ALMAG تا 1400 در جو گرم می شود. C هم حل نمی شود.

3.2.5 عملکرد انتقال

نفوذپذیری یک چنگال-ویژگی فوم فلزی سلولی است. از طریق تنظیم ساختار منافذ فوم فلزی (مانند تخلخل، اندازه منافذ، از طریق تخلخل، و غیره). مواد فلزی فوم دار با نیازهای نفوذپذیری مختلف را می توان به دست آورد.

3.2.6 آکوستیک و برق

برای فوم فلزی از طریق سوراخ، هنگامی که موج صوتی با سطح فلز تماس می‌گیرد، از طریق بازتاب منتشر وارد سوراخ فوم فلزی می‌شود و ارتعاش داخلی فلز انرژی صوتی را به انرژی گرمایی تبدیل می‌کند، که یک نقش در کاهش نویز برای آزمایش فوم فلز از امواج الکترومغناطیسی استفاده شد و مشخص شد که فوم فلز نیز اثر جذب امواج الکترومغناطیسی را دارد، بنابراین فلز فوم نیز اثر محافظی بر امواج الکترومغناطیسی دارد.

3.3 کاربرد فوم فلز

با توجه به انواع مختلفی از فوم فلزی که در بالا ذکر شد، زمینه های کاربردی بسیاری از فوم فلز وجود دارد. نیاز به کاربرد نیز اهمیت توسعه این نوع جدید از مواد است.

3.3.1 از خواص ترموفیزیکی عالی استفاده کنید

فلز فوم دار دارای سطح ویژه بزرگی است و می توان از آن برای ساخت مبدل های حرارتی و رادیاتور برای-فلز فوم سلولی استفاده کرد. برای فلزات فومدار سلولی بسته، می توان از آن به عنوان یک ماده عایق حرارتی استفاده کرد.

3.3.2 از ویژگی های جذب انرژی شوک استفاده کنید

یکی از کاربردهای مهم فوم فلزی برای ساخت بافر و ضربه گیر است. کاربردهای آن از بافل ضربه ای ماشین تا ارابه فرود فضاپیما را شامل می شود و با موفقیت در آسانسورها، بالشتک های ایمنی نوار نقاله و پوشش های{0}}جذب انرژی برای سپرهای آسیاب با سرعت بالا استفاده شده است. .

3.3.3 استفاده از نفوذپذیری

با استفاده از نفوذپذیری فوم فلزی، می توان از آن به عنوان یک ماده مهم برای تهیه فیلترها استفاده کرد. در مقایسه با فلز متخلخل متالورژی پودر، دارای ویژگی های اندازه منافذ بزرگ و تخلخل بالا است و فیلتر ساخته شده با آن دارای طیف گسترده ای از کاربردها است که می تواند برای فیلتر کردن ذرات جامد از مایع، هوا یا سایر جریان های هوا استفاده شود.

3.3.4 استفاده از خواص صوتی و الکترومغناطیسی

با استفاده از خواص جذب صدا-فلز فوم، عمدتاً برای کاهش نویز و کاهش نویز استفاده می‌شود، مانند صدا خفه کن برای نیروگاه‌های بخار، ابزارهای پنوماتیک، اتومبیل‌ها و غیره. در ژاپن نتایج امیدوارکننده‌ای در این زمینه به دست آمده است. اتاق‌های-سازنده قطارهای پرسرعت، استودیوهای ضبط رادیویی، و جذب صدای شینکانسن.

3.3.5 سایر کاربردها

فلز حبابدار همچنین می تواند در صنعت ساخت و ساز مانند قطعات تزئینی داخلی و خارجی ساختمان ها، دیوارهای پرده، دیوارها و غیره استفاده شود. همچنین می توان از آن به عنوان پایه کامپیوتر استفاده کرد. انواع جعبه های بسته بندی و ... با استفاده از مقاومت فلز فوم در برابر آتش می توان از آن برای مواد نسوز در صنایعی مانند ساختمان سازی استفاده کرد. یا با فرآوری سوراخ های آن می توان از آن برای مواد مقاوم در برابر شعله استفاده کرد. در صنایع شیمیایی می توان از آن به عنوان حامل کاتالیزور استفاده کرد. علاوه بر این می توان از فوم فلزی به عنوان الکترود متخلخل نیز استفاده کرد.

به طور خلاصه، کاربرد فوم فلز بسیار گسترده است، می توان از آن در بسیاری از زمینه ها مانند صنعت ساختمان، صنعت هوانوردی، صنعت کامپیوتر، صنعت حمل و نقل و بسته بندی استفاده کرد و با بهبود مستمر فرآیند تولید فوم فلز و تحقیقات آن و توسعه با عمیق شدن مداوم، زمینه کاربرد فلز فوم هنوز در حال گسترش است. بنابراین، تحقیق و توسعه فلز فوم دارای ارزش کاربردی عملی زیادی است.