Kemajuan Penelitian Busa Aluminium Bahan Fungsional Baru

1. Perkenalan

Aluminium berbusa adalah jenis bahan fungsional baru, yang merupakan bahan logam ringan-seperti ultra-dengan banyak gelembung yang tersebar dalam matriks aluminium logam, dan porositas umumnya adalah 40 persen ~98 persen . Pada tahun 1948, Sonik mengusulkan metode untuk menyiapkan aluminium berbusa dengan menguapkan dan membusa merkuri dalam aluminium, dan kemudian Elliot berhasil menyiapkan aluminium berbusa pada tahun 1951. Pada 1960-an, American Ethyl Company menjadi basis pusat penelitian ilmiah untuk pengembangan busa aluminium. Pada tahun 1991, Institut Logam Industri Kyushu Jepang mengembangkan jalur proses untuk industrialisasi aluminium berbusa, dan sekarang bagian besar dan kecil dapat diproduksi dengan metode pembusaan dan perkolasi logam. Hingga saat ini, Amerika Serikat, Jepang, Inggris, Prancis, Kanada, dan negara-negara lain telah berturut-turut mengembangkan sejumlah paten teknis. Di negara saya, beberapa pekerjaan eksplorasi juga telah dilakukan pada penelitian dasar tentang proses persiapan aluminium berbusa, dan beberapa kemajuan telah dibuat.

Busa aluminium memiliki banyak sifat yang sangat baik karena strukturnya yang unik. Ini tidak hanya memiliki sifat ringan dari bahan berpori, tetapi juga memiliki sifat mekanik dan termal yang sangat baik, listrik dan sifat fisik lainnya yang dimiliki logam, seperti penetrasi, redaman, penyerapan energi, luas permukaan spesifik yang tinggi, pelindung elektromagnetik dan sifat lainnya. Sekarang, aplikasi utama dari aluminium berbusa adalah: panel tahan api dan penyerap suara-, bahan penyerap energi benturan, panel bangunan, pelat difusi gas semikonduktor, penukar panas, pelindung elektromagnetik, dan sebagainya. Ini dapat digunakan di bidang metalurgi, industri kimia, kedirgantaraan, pembuatan kapal, elektronik, manufaktur dan konstruksi mobil, dan ruang lingkup aplikasi terus berkembang.

2. Metode persiapan busa aluminium

2.1 Metode pengecoran

Metode pengecoran banyak digunakan dalam pembuatan aluminium berbusa, dan metode persiapannya relatif matang. Beberapa metode terkait diperkenalkan di bawah ini.

2.1.1 Metode pengecoran rembesan

Metode pengecoran perkolasi adalah dengan menyusupkan -suhu tinggi logam cair aluminium ke dalam rongga partikel pengisi di bawah tekanan tertentu, dan menghilangkan partikel larut yang tertutup dalam paduan aluminium setelah pemadatan, yaitu, untuk mendapatkan aluminium berbusa dengan struktur sel yang terhubung. Metode ini dapat dibagi lagi menjadi metode pengecoran infiltrasi tekanan atas dan metode pengecoran infiltrasi tekanan negatif. Metode pengecoran belerang tekanan atas adalah bahan elektroda dengan kekuatan, konduktivitas tinggi, perpindahan panas yang sangat baik dan ketahanan mulur dibandingkan dengan metode pengecoran infiltrasi tekanan negatif.

(3) Masa pakai rata-rata dispersi Al2O3-elektroda tembaga yang diperkuat untuk pengelasan pelat baja aluminized setebal 1,5mm adalah 7200 poin, yang dapat memenuhi kebutuhan pengelasan sabuk tahan ledakan -CPT.

Ini memiliki keuntungan dari operasi proses yang sederhana, kecepatan pemanasan awal yang cepat, produktivitas dan hasil yang tinggi, faktor keamanan yang besar, investasi peralatan yang kecil, dan produksi mekanis yang mudah. Di antaranya, pemilihan dan pemrosesan partikel pengisi sangat penting, yang memiliki karakteristik sebagai berikut: ketahanan panas yang cukup, tidak meleleh pada suhu penuangan; kekuatan dan kekakuan yang cukup, tidak pecah dan berubah bentuk di bawah pengaruh tekanan rembesan; penghilangan yang baik Partikel pengisi dalam pori-pori tiga-dimensi dapat dihilangkan seluruhnya dengan pelarut atau larutan berair setelah cairan aluminium mengeras; stabilitas kimia, tidak bereaksi dengan cairan aluminium. Metode ini mudah dioperasikan, dan porositas rata-rata dapat mencapai 70 persen , yang cocok untuk produksi skala besar-. Saat ini, metode perkolasi tidak hanya digunakan dalam pembuatan busa aluminium, tetapi juga dalam produksi bahan busa seperti seng, magnesium, timbal, timah, dan besi, yang dapat digunakan untuk membuat bagian dengan bentuk yang kompleks.

2.1.2 Tambahkan metode bola

Metode penambahan bola adalah menambahkan partikel atau bola berongga ke paduan aluminium cair, memperkuat pengadukan, dan membuang cairan aluminium yang masih dalam aliran relatif untuk mendapatkan paduan aluminium dan komposit partikel, dan kemudian melarutkan dan menghilangkan matriks paduan aluminium. . Partikel larut, dan busa aluminium sel-terhubung diperoleh.

2.1.3 Metode pengecoran investasi

Pertama, bahan spons busa kontinu tiga-dimensi dengan porositas tertentu digunakan sebagai bahan induk, dan kemudian bahan tahan api-untuk-dihilangkan yang mudah dibuang ke dalam spons{{ 3}}seperti busa, dikeringkan dan dikeraskan untuk membentuk bentuk prefabrikasi, dan kemudian dibakar untuk mengeraskan bahan tahan api dan membuatnya Spons busa diuapkan dan didekomposisi, dan kemudian bentuk awal ditempatkan dalam cetakan logam, dituangkan ke dalam logam cair, dan tekanan tertentu diterapkan padanya atau pengecoran vakum dilakukan untuk mengisi pori-pori cetakan dengan logam cair, dan dikeluarkan setelah pendinginan. Blok bahan tahan api dapat diperoleh jaringan tiga-dimensi melalui-sel busa aluminium. Busa aluminium yang dihasilkan oleh proses persiapan pengecoran investasi ini memiliki penetrasi tiga-dimensi yang baik, dan proses tersebut memiliki berbagai aplikasi dan tidak-korosif, serta memiliki prospek yang baik dalam pembuatan cairan -produk permeabel.

2.1.4 Metode berbusa

Ada dua jenis metode pembusaan gas dan metode pembusaan cairan logam. Metode pembusaan gas adalah meniupkan gas ke dalam lelehan logam cair menjadi busa pada lelehan logam. Gas yang digunakan untuk pembusaan dapat berupa oksigen, argon, udara, uap air, karbon dioksida, dll. Kunci teknisnya adalah lelehan harus memiliki viskositas yang sesuai, komposisi logam harus memastikan kisaran suhu pembusaan yang cukup lebar, dan busa yang terbentuk harus memiliki stabilitas yang cukup untuk memastikan bahwa busa tidak pecah selama proses pengumpulan dan pencetakan berikutnya. Metode pembusaan gas saat ini merupakan metode termurah untuk memproduksi busa logam. Ukuran busa sangat besar, dan porositas produk aluminium berbusa bisa mencapai 97 persen. Metode pembusaan logam cair banyak digunakan pada hari-hari awal, terutama menambahkan TiH2, ZrH2, CaH2 dan bahan pembusa lainnya ke paduan aluminium cair, dan kemudian pemanasan untuk menguraikan bahan pembusa untuk melepaskan gas, dan ekspansi gas dibuat paduan aluminium menjadi busa, dan kemudian didinginkan Artinya, produk aluminium berbusa diperoleh. Busa aluminium yang dibuat dengan metode ini termasuk dalam busa aluminium sel -tertutup. Struktur dan porositas pori-pori berhubungan dengan viskositas logam cair dan waktu pembusaan. Mengontrol viskositas logam cair dan waktu berbusa selama proses peleburan dapat mengontrol porositas. Namun, pori-pori tidak tergantung satu sama lain, ukuran dan distribusinya tidak merata, dan kontrolnya rumit.

2.1.5 Metode solidifikasi eutektik

Gas memiliki kelarutan tertentu dalam logam cair, dan itu meningkat dengan meningkatnya tekanan dan suhu. Ketika kelarutan gas dalam logam mencapai nilai yang telah ditentukan, logam dan fase gas mengalami pemadatan eutektik untuk mendapatkan busa aluminium yang diinginkan. , dengan secara tepat mengontrol kondisi pendinginan (tekanan, laju pendinginan, arah pembuangan panas), busa aluminium berporositas tinggi-isotropik dan anisotropik dengan berbagai bentuk pori dapat diperoleh [18].

2.2 Metode pengendapan

2.2.1 Metode pengendapan sputter

Metode pengendapan sputter adalah dengan menggunakan teknologi sputtering untuk menyemprotkan bubuk dengan gas inert secara merata pada logam paduan aluminium, dan memanaskannya hingga titik leleh logam, sehingga gas yang ditambahkan dalam matriks logam mengembang menjadi lubang, dan setelah itu pendinginan, itu adalah aluminium berbusa dengan struktur berbusa diperoleh. Fraksi volume pori produk yang diperoleh dengan metode ini dapat dikontrol dengan mengontrol tekanan parsial gas inert dalam deposisi, dan fraksi massa gas inklusi dapat divariasikan dalam kisaran {{0} },015 persen menjadi 0,23 persen .

2.2.2 Deposisi Penguapan Uap

Dalam atmosfer inert bertekanan relatif tinggi (102~103Pa), logam aluminium diuapkan secara perlahan, dan atom logam yang diuapkan mengalami serangkaian tumbukan dan hamburan dengan gas inert dalam proses maju, dan dengan cepat kehilangan energi kinetik, sehingga sebagian mengembun untuk membentuk asap logam, Asap logam disimpan di bawah aksi gravitasinya sendiri dan dibawa oleh aliran gas inert, dan terus mendingin selama proses ke bawah, dan akhirnya mencapai dasar. Karena suhunya yang rendah, atom sulit untuk bermigrasi atau berdifusi, sehingga partikel asap logam hanya menumpuk secara longgar untuk membentuk struktur busa Seluler. Busa aluminium yang dihasilkan dengan teknik ini berbeda dengan aluminium berbusa dengan struktur makroskopik. Ini terdiri dari sejumlah besar partikel logam dan pori mikro sub-mikron-skala, dan densitasnya sekitar 1 persen dari densitas logam induk aluminium, dan minimumnya adalah 0,15 persen .

2.2.3 Elektrodeposisi

Metode ini adalah untuk menutupi plastik berbusa dengan beberapa langkah seperti perawatan pengerasan, perawatan sensitisasi dan aktivasi, pra-pelapisan kimia dan pelapisan kimia, dll., dan kemudian memanaskan plastik berbusa untuk terurai untuk mendapatkan aluminium berbusa. Di antara mereka, dua proses perawatan sensitisasi dan aktivasi memainkan peran yang sangat penting. Perlakuan sensitisasi adalah membuat permukaan bagian yang dikasar menyerap ion pereduksi, sehingga selama perlakuan aktivasi ion, permukaan bagian tersebut membentuk lapisan dengan sifat katalitik. Peran lapisan logam mulia, sehingga pelapisan tanpa listrik dapat dilakukan secara spontan, sehingga busa menjadi semikonduktor, yang pada gilirannya mendorong keberhasilan pelapisan aluminium. Busa aluminium yang dibuat dengan metode ini memiliki konektivitas pori yang baik, distribusi yang seragam, dan porositas yang besar, tetapi ketebalan produk terbatas dan biayanya tinggi.

2.2.4 Aluminium Elektroplating Garam Cair

Aluminium elektroplating garam cair adalah sejenis busa aluminium berpori yang dibuat dengan proses elektrodeposisi dalam garam cair yang mengandung garam aluminium, dengan plastik busa sebagai katoda elektroda dan pelat aluminium sebagai anoda. Busa aluminium yang dibuat dengan metode ini memiliki porositas tinggi dan pori-pori seragam.

2.3 Metalurgi serbuk

2.3.1 Metode pembusaan bubuk

Metode pembusaan serbuk adalah dengan mencampur serbuk aluminium dengan bahan pembusa (TiH2), dan dikompres secara aksial pada suhu tertentu untuk mendapatkan bentuk awal dengan struktur kedap udara. Sebuah metode untuk memperluas produk untuk mendapatkan aluminium berbusa. Pencampuran, pengepresan, dan pembusaan adalah tiga mata rantai penting dalam metode pembusaan bubuk. Pada saat yang sama, dengan menyesuaikan parameter dalam proses pembusaan (jumlah bahan pembusa, suhu pembusaan, dan waktu pembusaan), aluminium berbusa dengan struktur sel yang berbeda dapat diperoleh.

2.3.2 Metode pembentukan bubur

Metode pencetakan bubur adalah membentuk suspensi bubuk aluminium logam, bahan pembusa (asam fluorida, aluminium hidroksida atau asam ortofosfat) dan pembawa organik, mengaduknya menjadi keadaan yang mengandung busa, dan kemudian memasukkannya ke dalam cetakan dan memanaskannya Setelah kalsinasi , aluminium logam padat dengan struktur berpori dapat diperoleh. Metode ini pada awalnya digunakan untuk membuat bahan Be, Fe, Cu, dan stainless steel berbusa, dan kemudian untuk membuat aluminium berbusa. Tetapi kekuatan produk sangat rendah.

2.3.3 Metode pencetakan bubuk

Metode pencetakan bubuk adalah metode pencampuran bubuk logam aluminium dengan bahan pembusa (TiH2), membentuknya dengan tekanan dingin atau panas, dan kemudian disinter menjadi aluminium berbusa. Ini memiliki dua keuntungan penting: satu adalah bahwa hal itu dapat digunakan untuk komposisi paduan yang lebih luas daripada metode lain, sehingga mengontrol sifat mekanik busa aluminium; Sandwich-berbentuk busa aluminium, dan busa aluminium-struktur turbin yang diisi

2.3.4 Metode sintering bubuk longgar

Prinsip dari metode loose powder sintering adalah ketika partikel-partikel halus bersentuhan satu sama lain, mereka dapat terikat satu sama lain melalui aksi tegangan permukaan. Serbuk aluminium logam halus ini dimasukkan ke dalam cetakan untuk disinter, dan partikel-partikel tersebut diikat satu sama lain untuk membentuk badan sinter yang berpori. Metode ini juga dapat digunakan untuk menghasilkan filter dengan porositas biasanya 40 persen sampai 60 persen.

2.3.5 Metode sintering spons impregnasi

Dalam metalurgi serbuk, bahan spons juga dapat digunakan sebagai struktur penopang sementara untuk menghasilkan busa aluminium berpori -yang tinggi dan seragam. Bahan organik spons dipotong menjadi bentuk yang diinginkan dan kemudian diinfiltrasi dengan bubur yang mengandung bubuk logam aluminium untuk diproses (pembawa suspensi adalah air dan cairan organik). Spons terendam-seperti bahan organik dikeringkan untuk menghilangkan fluks, dan setelah pendinginan, aluminium logam berbusa dengan porositas tinggi struktur tiga-dimensi dapat diperoleh. Metode ini juga digunakan untuk menghasilkan lembaran perak berbusa dengan porositas 70 sampai 90 persen.

2.3.6 Metode sintering serat

Kawat logam aluminium yang digunakan dalam metode ini adalah kawat logam yang diperoleh dengan menggambar mekanik atau metode lainnya. Kawat aluminium logam dibuat menjadi cincin kempa dengan metode slip casting atau cincin kempa mekanis, dan kemudian disinter untuk mencapai kekuatan yang dibutuhkan. dan porositas. Busa aluminium berpori yang dibuat dengan metode ini memiliki keunggulan yang cukup menonjol: porositas yang lebih tinggi daripada sintering bubuk yang dapat diperoleh, hingga 95 persen; semua pori-pori adalah pori-pori yang saling berhubungan; porositas maksimum tetap dipertahankan. Sifat struktural; pada porositas yang sama, kekuatan dan ketangguhan beberapa kali lebih tinggi daripada metalurgi serbuk. Ini juga dapat digunakan untuk memproduksi berbagai filter logam, seperti baja tahan karat, tembaga, nikel, nichrome, dll.

2.3.7 Metode pelarutan sintering

Metode disolusi sintering adalah metode baru untuk pembuatan aluminium berbusa yang dikembangkan dalam beberapa tahun terakhir. Ini adalah metode pembuatan melalui-busa aluminium sel dengan mencampur, memberi tekanan, sintering, dan melarutkan bubuk aluminium dan partikel pengisi. Ini memiliki karakteristik bahwa bentuk, ukuran, porositas dan distribusi pori-pori dapat dikontrol secara tepat, dan memiliki indeks kualitas dan harga yang komprehensif. Ini adalah metode yang efektif untuk menghasilkan busa aluminium dengan kepadatan -sedang dengan bukaan halus seragam atau gradien.

3. Sifat dan aplikasi busa aluminium

Dalam hal struktur, busa aluminium dapat dibagi menjadi dua jenis: busa aluminium sel-tertutup dan busa aluminium sel-terbuka. Karakteristik organisasi dan morfologi busa aluminium, termasuk struktur pori-pori (terbuka atau tertutup), kepadatan relatif, ukuran pori, bentuk pori, ketebalan dinding pori, anisotropi, dll. Mikroskop elektron dan tomografi sinar-X digunakan untuk analisis dan penelitian, dan penelitian di bidang ini berkembang pesat. Karena struktur yang berbeda, sifat-sifatnya sangat berbeda, sehingga memiliki kegunaan yang berbeda. Dibandingkan dengan aluminium logam tradisional, aluminium berbusa memiliki karakteristik berikut dan banyak digunakan dalam metalurgi, industri kimia, kedirgantaraan, pembuatan kapal, elektronik, manufaktur mobil dan industri konstruksi. dan bidang lainnya telah banyak digunakan.

3.1 Kepadatan rendah

Karena aluminium foam memiliki pori-pori besar dan kecil dalam matriks aluminium, maka ia memiliki kerapatan yang lebih kecil. Kepadatan busa aluminium dapat bervariasi dalam rentang yang luas, dan porositas maksimum yang dapat diperoleh saat ini dapat mencapai 97 persen , dan ukuran porinya berkisar dari beberapa mikrometer hingga puluhan milimeter. Semakin rendah kepadatannya. Dapat digunakan dalam kotak kemasan, terutama kontainer angkutan udara.

3.2 Tahan panas yang kuat

Aluminium berbusa memiliki ketahanan panas yang tinggi, dan tidak akan meleleh bahkan jika mencapai titik leleh paduan. Umumnya, suhu leleh paduan aluminium berkisar antara 560 hingga 700 e, tetapi aluminium berbusa tidak meleleh bahkan ketika dipanaskan hingga 1400 derajat . Selain itu, tidak melepaskan gas berbahaya pada suhu tinggi, dan dapat menggantikan resin berbusa dan produk asbes sebagai bahan tahan-isolasi dan panas-dan bagian inti dari berbagai penukar panas dalam banyak kesempatan.

3.3 Permeabilitas yang baik

Busa aluminium dapat digunakan sebagai bahan filter untuk menyaring partikel padat dari cairan atau gas. Umumnya, permeabilitas meningkat dengan bertambahnya ukuran pori, tetapi juga dipengaruhi oleh kekasaran permukaan. permeabilitas. Ini dapat digunakan untuk membuat filter untuk berbagai cairan dan gas.

3.4 Luas permukaan spesifik yang besar

Menggunakan luas permukaan spesifik yang besar dari busa aluminium untuk mencapai pertukaran panas yang tinggi, ini adalah bahan yang baik untuk membuat pemanas dan penukar panas. Selain itu, juga dapat digunakan sebagai pembawa reaksi kimia yang membutuhkan permukaan besar, seperti pembawa katalis. , elektroda berpori, bahan pelat untuk baterai isi ulang, penukar panas, penyerap energi dan pembawa katalis, dll.

3.5 Insulasi suara yang kuat

Busa aluminium dapat menyerap energi suara melalui getaran dinding lubang, dan dapat digunakan untuk meredam dan menghilangkan kebisingan. Secara umum, kinerja penyerapan suara melalui-busa aluminium sel lebih baik. Ukuran lubang mempengaruhi kinerja penyerapan untuk seluruh rentang frekuensi gelombang suara. Semakin kecil lubang, semakin besar kapasitas penyerapan suara.

Performa penyerapan suara yang tinggi dapat diperoleh dengan mengubah ukuran dan bentuk pori-pori busa aluminium. Ini dapat digunakan untuk bagian dekoratif interior dan eksterior, dinding gorden, panel pintu partisi yang dapat dipindahkan dalam industri konstruksi, membuat-panel penyerap suara-berperforma tinggi,-dinding insulasi suara, berbagai knalpot, dll.

3.6 Memiliki kinerja tinggi dalam menyerap energi benturan

Aluminium berbusa tidak terarah seperti bahan sarang lebah, juga tidak memiliki efek pantulan seperti bahan busa polimer. Ini memiliki sifat penyerapan goncangan yang baik dan merupakan bahan yang baik untuk membuat bagian yang tahan benturan-. Hal ini dapat digunakan dalam rem otomotif, tensioner, dan pelindung lengan dan bumper di peralatan kedirgantaraan. Besar kecilnya redamannya berhubungan dengan besar kecilnya ukuran pori pori. Ini dapat digunakan untuk bantalan pengaman untuk elevator dan konveyor, lapisan penyerap goncangan dan penyerapan energi untuk pelindung gerinda-kecepatan tinggi, alas untuk peralatan mesin-presisi tinggi, dll.

3.7 Sifat mekanik

Sifat mekanik busa aluminium terutama ditentukan oleh kepadatannya, tetapi ukuran, struktur dan distribusi pori-pori juga merupakan parameter penting yang menentukan sifat mekanik. Di bawah aksi tegangan tekan, setelah material mengalami deformasi elastis awal, busa aluminium memasuki platform kurva tegangan, yaitu, busa aluminium mulai pecah, dan tegangan pada dasarnya tetap tidak berubah selama tahap penghancuran busa. Setelah sejumlah besar deformasi plastis, busa telah benar-benar pecah, dan material memasuki kepadatan Selama fase kimia, tegangan meningkat dengan cepat. Modulus Young dan modulus geser busa aluminium meningkat dengan meningkatnya densitas.

3.8 Kinerja perisai elektromagnetik

Busa aluminium memiliki efek pelindung yang baik pada gelombang elektromagnetik-frekuensi tinggi, yang dapat mengurangi interferensi elektromagnetik hingga lebih dari 80 persen . Busa aluminium sel-tertutup dengan ketebalan 5mm dan porositas 90 persen , kinerja pelindung elektromagnetik pada 60 ~ 1000MHz adalah 35 ~ 75dB, yang dapat digunakan di ruang pelindung elektromagnetik (penutup), penutup instrumen elektronik, ruang rekaman radio, pelindung elektromagnetik dan acara lainnya.

3.9 Properti lainnya

Busa aluminium juga memiliki sensitivitas gas, tahan api, katalisis, dll. Konduktivitas listrik aluminium berbusa sangat dipengaruhi oleh kerapatan relatif, sedangkan ukuran ukuran pori memiliki sedikit pengaruh pada konduktivitas listrik. Diharapkan memiliki prospek aplikasi yang baik di bidang baru seperti kedirgantaraan, telekomunikasi dan perlindungan lingkungan.