Penelitian Dan Penerapan Status Pengembangan Busa Logam

Busa logam adalah bahan logam berpori yang membentuk banyak gelembung dalam matriks logam, juga dikenal sebagai busa logam berpori. Karena memiliki sifat logam dan beberapa sifat fisik khusus non-logam, ia telah mendapat perhatian luas di dalam dan luar negeri. Dalam beberapa tahun terakhir, kemajuan besar telah dibuat dalam penelitian teoretis tentang pengembangan, penerapan dan pengembangan logam busa dan sifat strukturalnya.

1. Tinjauan perkembangan logam busa di dalam dan luar negeri

Sejak SOSNIK di Amerika Serikat pertama kali menambahkan merkuri ke aluminium untuk menghasilkan aluminium berbusa pada tahun 1948, para peneliti telah melakukan banyak pekerjaan pada persiapan, penelitian kinerja, dan pengembangan aplikasi logam berbusa. Sistem metode umumnya tetap, yang dapat dibagi menjadi metode pengecoran, metode pengendapan logam, metode metalurgi serbuk, metode pengendapan semprot, dll. Di antara mereka, metode pengecoran adalah yang paling ekonomis, dan telah membuat kemajuan besar dalam aplikasi praktis baru-baru ini. bertahun-tahun. Sebagai contoh, Perusahaan Roa Amerika dan Amerika Serikat dan Jepang telah berhasil menghasilkan nilai paduan timbal dari profil aluminium busa 7075 dan ALMAG35 masing-masing dengan metode pembusaan langsung dan metode pengecoran investasi.

Dari kemunculan busa logam hingga 1970-an dan 1980-an, penelitian terutama difokuskan pada persiapan busa logam. Misalnya, solusi masalah peningkatan viskositas dalam pembuatan busa aluminium memiliki dorongan yang besar untuk pembuatan busa aluminium; selain itu, usulan dan penerapan mekanisme inti gelembung merupakan terobosan besar dalam persiapan logam busa. Teorinya seperti menambahkan agen nukleasi dalam proses pemadatan logam, yang memungkinkan pembentukan langsung busa logam.

Kini produksi aluminium berbusa telah mampu melakukan produksi secara kontinyu mulai dari proses pembusaan hingga pembentukan.

(A) Untuk produksi aluminium besar secara terus menerus; (B) Untuk produksi pelat besar secara terus menerus dengan ketebalan tertentu; (c) Untuk coran yang dapat digunakan untuk menghasilkan bentuk tertentu; (D) Untuk produksi terus menerus dari pengecoran bentuk tertentu. Metode ini adalah untuk mendapatkan busa logam cair yang stabil menurut teori inti gelembung, dan kemudian menariknya keluar untuk dicetak untuk mendapatkan produk jadi dengan bentuk yang diinginkan.

Di sisi lain, berbagai negara telah menginvestasikan banyak tenaga kerja dan sumber daya material untuk meningkatkan sifat logam busa, dan konten penelitian terutama mencakup paduan, perlakuan panas, penguatan serat atau metode penguatan lainnya dari logam busa. Di antara mereka, bahan busa berpori kekuatan-tinggi Gasser yang dikembangkan oleh ahli metalurgi Ukraina Shapovalov adalah yang paling khas. Bahan ini memiliki tingkat integritas struktural yang tinggi dan memiliki kekuatan dan kekakuan yang jauh lebih tinggi daripada bahan busa berpori konvensional.

Selain itu, dalam beberapa tahun terakhir, studi sistematis busa logam juga telah dilakukan secara teori. Pertama-tama, dalam penelitian parameter struktural busa logam, orang semakin merasakan kekhasan busa logam dalam struktur fisik, bukan hanya bahan struktural, tetapi bahan multifungsi dengan banyak sifat fisik. Sifat-sifat khususnya dapat diketahui dari strukturnya. Misalnya, pengukuran dan penelitian porositas terbuka dan porositas tertutup pori-pori logam busa, pengukuran statistik ukuran pori, pengukuran luas permukaan spesifik dan pengaruh parameter ini terhadap kinerja logam busa. Kedua, mempelajari sifat-sifat logam busa, seperti karakteristik deformasi, karakteristik penyerapan suara, dan karakteristik gesekan internal redaman logam busa. Studi-studi ini memberikan dasar teoritis untuk penelitian terapan.

Prestasi besar telah dibuat dalam aplikasi dan penelitian logam busa, dan potongan kecil dan besar telah disiapkan dan memasuki tahap produksi percobaan dan aplikasi. Misalnya, busa aluminium yang diproduksi oleh Sumitomo Electric Co., Ltd. Jepang digunakan untuk memproduksi beberapa bagian mobil dan bagian pengeras suara yang-tahan-tahan dan abrasi-; pada rel kereta api, busa aluminium digunakan untuk membuat dinding kedap suara untuk ruang pembangkit listrik-AC. Selain itu, aluminium berbusa juga digunakan sebagai bahan perangkat -tahan guncangan untuk instrumen presisi.

Penelitian domestik tentang logam busa baru dimulai pada 1980-an. Setelah lebih dari 10 tahun eksplorasi dan penelitian, beberapa unit penelitian seperti Universitas Tenggara, Akademi Ilmu Pengetahuan Guizhou, Universitas Teknologi Dalian, Pabrik Pengolahan Aluminium Barat Daya pada awalnya menguasai metode produksi logam busa. Di antara mereka, Universitas Tenggara dan Akademi Ilmu Pengetahuan Guizhou adalah yang paling maju. Secara khusus, Akademi Ilmu Pengetahuan Guizhou telah berhasil memproduksi profil busa aluminium-skala besar dengan menggunakan metode pembusaan langsung dengan bahan pembusa murah. Setelah pengujian oleh Institut Akustik Akademi Ilmu Pengetahuan China dan unit lainnya, penyerapan suara, pelindung, penyerapan goncangan dan efek ketahanan benturan, gravitasi spesifik Dan indikator kinerja lainnya, telah mencapai indikator produk asing serupa. Saat ini, Universitas Tenggara sangat aktif dalam penelitian tentang persiapan dan sifat-sifat logam berbusa. Mereka terutama berfokus pada persiapan aluminium berbusa dengan metode rembesan, dan telah melakukan eksperimen simulasi pada metode rembesan dan menyiapkan aluminium berbusa dengan metode rembesan. Bahan komposit polimer, Universitas Teknologi Hebei telah berhasil menyiapkan busa besi-lebur tinggi dengan menambahkan bahan pembentuk-pori, dan mencapai hasil yang memuaskan.

Dalam hal persiapan logam busa, ada banyak penelitian dalam negeri tentang metode pembusaan, metode metalurgi dan metode perkolasi, dan mereka pada dasarnya telah mengejar tingkat negara-negara maju di luar negeri, tetapi penelitian tentang metode produksi berkelanjutan masih kosong, dan perlu dikembangkan untuk beradaptasi dengan kondisi domestik. Metode produksi terus menerus.

Dalam hal kinerja teoritis, penelitian dalam negeri relatif awal, dan bidang penelitian pada dasarnya di tingkat internasional terkemuka, seperti pengukuran parameter struktural logam busa, kinerja pengurangan kebisingan, kinerja penyerapan suara bawah air, kinerja redaman, dll. banyak penelitian telah dilakukan, dan mencapai hasil yang cukup besar. Jumlah pori-pori dalam logam busa sangat besar dan ukurannya berbeda. Sangat sulit untuk mengukur parameter struktural ini secara manual. Dalam literatur, informasi grafis dari logam busa dimasukkan ke dalam komputer dan pengolahan data dilakukan untuk mengukur diameter rata-rata dan distribusi ukuran pori pori-pori. Ini memecahkan masalah pengukuran parameter struktural logam busa. Busa logam adalah sejenis bahan ringan dan redaman tinggi dengan biji penyerapan energi tinggi. Karakteristik redamannya adalah gesekan internal nonlinier yang berkaitan erat dengan amplitudo regangan, tetapi tidak memiliki hubungan yang signifikan dengan frekuensi regangan. Penelitian di bidang ini baru dilaporkan di luar negeri pada tahun 1998.

Dalam hal aplikasi, ada beberapa penelitian dalam negeri. Meskipun penelitian tentang kinerja teoritis telah mengusulkan banyak kemungkinan aplikasi, itu dipisahkan dari pengembangan aplikasi, dan tidak ada laporan tentang penerapan logam busa.

2. Status persiapan besi berbusa

Meskipun busa logam memiliki sejarah hampir 50 tahun, penelitian dan pengembangan busa logam sebagian besar didasarkan pada logam ringan, terutama penelitian tentang aluminium berbusa yang paling luas. Ini karena titik leleh aluminium dan paduannya yang rendah, sifat pengecoran yang baik, dan penanganan logam cair yang mudah. Selain itu, bahan yang dapat digunakan untuk membuat logam busa termasuk logam dengan titik leleh rendah seperti cu, Zn dan paduannya, tetapi bahan ini jauh lebih luas daripada penelitian dan pengembangan aluminium busa.

Untuk penelitian busa logam titik leleh tinggi, terutama ada paduan berbasis Ni-, Ti-dan berbasis D-, dan metode produksinya terutama sintering metalurgi serbuk. Laporan mengenai hal ini baru muncul dalam beberapa tahun terakhir, seperti penggunaan paduan berbasis Ni-untuk menghasilkan elektroda berpori tipis.

Laporan penelitian tentang besi berbusa bahkan lebih jarang, hanya beberapa laporan terkait besi-mengandung logam busa emas Taiwan yang ditemukan, salah satunya adalah Cu-Fe. Produksi logam busa sn, di mana kandungan Fe (fraksi massa) adalah 60 persen hingga 80 persen , dan cu 10 persen hingga 30 persen , yang diperoleh dengan sintering metalurgi serbuk, dan porositasnya 10 persen hingga 35 persen [3U]; Fe-Cr-AI lainnya. RE Taijin, Fe menyumbang 70 persen ~ 8O persen, juga diproduksi dengan metode sintering, Fe ada dalam bentuk serat"; ada juga bubuk Fe dan bubuk logam lain yang menempel pada struktur kisi resin lengket, dan kemudian disinter untuk mendapatkan lembaran busa logam tipis, yang digunakan sebagai elektroda. Selain itu, ada laporan tentang pembuatan busa besi dengan metode rembesan, dan laporan tentang pembuatan busa besi dengan metode bola berongga, tetapi belum dipopulerkan .

Singkatnya, persiapan dan penerapan busa besi -lebur tinggi masih dalam tahap awal, dan metodenya relatif kompleks dan sederhana. Oleh karena itu, perlu dilakukan penelitian dan pengembangan metode preparasi untuk busa besi -lebur tinggi dan logam -titik leleh-tinggi lainnya serta paduannya, agar dapat digunakan sesegera mungkin Bahan fungsional dengan banyak sifat khusus ini berkontribusi pada umat manusia.

3. Karakteristik dan aplikasi busa logam

Karena ada banyak lubang di logam busa, ukuran, jumlah, keseragaman, konektivitas dan penutupan lubang akan mempengaruhi kinerjanya.

3.1 Parameter dan karakteristik struktural

1) Ukuran pori: Ukuran pori umumnya mengacu pada diameter rata-rata pori, yang merupakan parameter dasar logam busa. Ukuran pori logam busa umumnya lebih besar, O. 1-10mm atau lebih (umumnya, bukaan logam metalurgi serbuk tidak lebih dari 0,3 mm).

2) Porositas total, porositas efektif: Porositas total mengacu pada rasio volume yang ditempati oleh pori-pori dengan volume total (yang dapat diperoleh dengan metode penimbangan). Karena tidak semua pori terhubung satu sama lain, rasio pori-pori yang terhubung dengan volume total disebut porositas efektif. Hanya ketika semua pori-pori terhubung, porositas L total sama dengan porositas L efektif. Porositas busa logam relatif tinggi, dan porositasnya antara 40 persen dan 90 persen .

3) Melalui porositas: rasio diameter saluran pori rata-rata dengan diameter pori rata-rata pada setiap bagian adalah melalui porositas.

4) Berat jenis dan luas permukaan spesifik: berat jenis logam busa ringan. Umumnya hanya 1/10-3/5 dari volume logam yang sama. Luas permukaan spesifiknya lebih besar, yaitu lO-40cm²/cm³

3.2 Karakteristik kinerja

3.2.1 Ringan dan berat jenis kecil

Karena adanya banyak lubang besar dan kecil di matriks logam, bahan ini jelas ringan. Berat jenisnya kecil. Berat jenis aluminium berbusa berkisar dari {{0}}.2 hingga 0,5 g/cm, dan nilai rata-ratanya hanya 1/10 dari aluminium.

3.2.2 Sifat mekanik

Kekuatan tarik logam busa relatif rendah. Kuat spesifiknya juga relatif rendah, tetapi kuat tekan dan kuat lenturnya tinggi. Kekuatan tarik aluminium berbusa hanya sekitar 1/100 aluminium, dan kekuatan spesifik sekitar 1/10 aluminium. Aluminium berbusa memiliki keterpisahan yang rendah. Misalnya, busa aluminium tidak memiliki keuletan seperti aluminium logam, dan hampir tidak ada deformasi plastis yang terjadi di bawah tekanan. Modulus elastisitas aluminium berbusa yang diukur dengan uji lentur adalah sekitar 1/50-1/100 dari paduan aluminium.

3.2.3 Karakteristik penyerapan energi kejut

Bahan logam busa memiliki jaringan yang unik, struktur berpori non-arah, dan tidak ada efek pantulan. Melalui uji tegangan-regangan bahan ini, ditemukan bahwa regangannya sangat tertinggal di belakang tegangan, dan dalam garis kurva tegangan-regangan E Mengandung dataran tinggi yang panjang, busa logam adalah bahan dengan sifat penyerapan energi dampak tinggi.

3.2.4 Sifat termofisika

Logam berbusa umumnya memiliki ketahanan panas yang tinggi, bahkan jika suhu mencapai titik leleh paduan dasar, itu tidak akan larut. Misalnya, paduan ALMAG memiliki kisaran suhu 560-640. C, tetapi paduan busa paduan ALMAG dipanaskan hingga 1400 di atmosfer. C juga tidak larut.

3.2.5 Kinerja transmisi

Permeabilitas adalah karakteristik-garpu dari-busa logam sel tembus. Melalui penyesuaian struktur pori logam busa (seperti porositas, ukuran pori, melalui porositas, dll.). Bahan logam berbusa dengan persyaratan permeabilitas yang berbeda dapat diperoleh.

3.2.6 Akustik dan Listrik

Untuk melalui-busa logam lubang, ketika gelombang suara menyentuh permukaan logam, gelombang suara memasuki lubang busa logam melalui refleksi difus, dan getaran internal logam mengubah energi suara menjadi energi panas, yang memainkan peran berperan dalam pengurangan kebisingan. Gelombang elektromagnetik digunakan untuk menguji logam busa, dan ditemukan bahwa logam busa juga memiliki efek menyerap gelombang elektromagnetik, sehingga logam busa juga memiliki efek perisai pada gelombang elektromagnetik.

3.3 Penerapan logam busa

Mengingat berbagai jenis logam busa yang disebutkan di atas, ada banyak bidang aplikasi logam busa yang sesuai. Kebutuhan aplikasi juga merupakan arti penting dari pengembangan jenis material baru ini.

3.3.1 Memanfaatkan sifat termofisika yang sangat baik

Logam berbusa memiliki luas permukaan spesifik yang besar, dan dapat digunakan untuk membuat penukar panas dan radiator untuk-logam berbusa sel; untuk logam berbusa sel-tertutup, dapat digunakan sebagai bahan insulasi termal.

3.3.2 Memanfaatkan karakteristik penyerapan energi kejut

Ini adalah salah satu kegunaan penting dari logam busa untuk pembuatan penyangga dan peredam kejut. Aplikasinya berkisar dari penyekat benturan mobil hingga roda pendarat pesawat ruang angkasa, dan telah berhasil digunakan di elevator, bantalan pengaman konveyor, dan lapisan penyerap energi-untuk pelindung penggiling berkecepatan tinggi- .

3.3.3 Memanfaatkan permeabilitas

Menggunakan permeabilitas busa logam, dapat digunakan sebagai bahan penting untuk persiapan filter. Dibandingkan dengan metalurgi serbuk logam berpori, ia memiliki karakteristik ukuran pori besar dan porositas tinggi, dan filter yang dibuat dengannya memiliki berbagai aplikasi, yang dapat digunakan untuk menyaring partikel padat dari cairan, udara, atau aliran udara lainnya.

3.3.4 Menggunakan sifat akustik dan elektromagnetik

Menggunakan suara-sifat menyerap suara dari logam busa, ini terutama digunakan untuk pengurangan kebisingan dan pengurangan kebisingan, seperti peredam peredam untuk pembangkit listrik tenaga uap, alat pneumatik, mobil, dll. Di Jepang, hasil yang menjanjikan telah diperoleh di ruang pembangkit-kereta api berkecepatan tinggi, studio rekaman radio, dan penyerapan suara Shinkansen.

3.3.5 Kegunaan lain

Gelembung logam juga dapat digunakan dalam industri konstruksi, seperti bagian dekoratif interior dan eksterior bangunan, dinding tirai, dinding, dll .; itu juga dapat digunakan sebagai dudukan komputer; berbagai kotak kemasan, dll. … Menggunakan ketahanan api dari logam busa, dapat digunakan untuk bahan tahan api di industri seperti konstruksi; atau dengan mengolah lubangnya, dapat digunakan untuk bahan tahan api. Dalam industri kimia, dapat digunakan sebagai pembawa katalis. Selain itu, busa logam juga dapat digunakan sebagai elektroda berpori.

Singkatnya, aplikasi logam busa cukup luas, dapat digunakan di berbagai bidang seperti industri konstruksi, industri penerbangan, industri komputer, transportasi dan industri pengemasan, dan dengan peningkatan berkelanjutan proses produksi logam busa dan penelitian dan penelitiannya. pengembangan Dengan pendalaman terus menerus, bidang aplikasi logam busa masih berkembang. Oleh karena itu, penelitian dan pengembangan logam busa memiliki nilai aplikasi praktis yang besar.