Способ получения пористого материала

Способ получения пористого материала

Реферат

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано в строительстве, автомобилестроении, авиастроении и других отраслях, где требуется сочетание таких свойств материала, как легкость, плавучесть, негорючесть, тепловая и звуковая защита.

Известен способ получения пористых полуфабрикатов марки ALPORAS из расплава алюминия вспениванием при замешивании в него частиц порофора TiH₂ (патент US №4713277, С22С, 1987 г.).

Недостатком этого способа является узкая номенклатура получаемых полуфабрикатов как по размерам, так и конфигурации: производят только плоские плиты размером до 5-250×600×2000 мм. Пористая структура неоднородная и нерегулируемая. Кроме того, процесс взрывоопасен из-за выделения большого количества Н₂ при разложении в расплаве TiH₂.

Известен способ получения пористого материала путем вспенивания плотной порофоросодержащей заготовки из алюминиевого сплава, включающий нагрев неподвижной заготовки со скоростью 46±0,2°С/мин и ее охлаждение (F.Simaneik, N.Minarikova. S.Culak and J.Kovaeik Effect of foaming parameters on the pore size - Влияние параметров вспенивания на размер пор - Metal Foams and Porous Metal Structure, MVT Veriag, 1999 у., р.105) - прототип.

Недостатком этого способа является неоднородность поровой структуры, соответственно низкий выход годного и низкая производительность.

Предлагаемый способ получения пористого материала путем вспенивания плотной порофоросодержащей заготовки из алюминиевых сплавов включает нагрев заготовки со скоростью 200-1000°С/мин, перемещение заготовки и источника нагрева относительно друг друга со скоростью 1-20 мм/с и охлаждение.

Перед охлаждением вспененную заготовку деформируют.

Предлагаемый способ отличается от прототипа тем, что плотную порофоросодержащую заготовку из алюминиевых сплавов нагревают со скоростью 200-1000°С/мин, при этом заготовку и источник нагрева перемещают относительно друг друга со скоростью 1-20 мм/с.

Для получения пористого алюминия заданной плотности, толщины и вида поверхности перед охлаждением вспенивающуюся заготовку деформируют.

Техническим результатом предлагаемого способа является повышение однородности поровой структуры пеноалюминия, регулирование его плотности, толщины, вида поверхности и, соответственно, увеличение выхода годного и производительности процесса вспенивания.

Предлагаемый способ позволяет ускорить в десятки раз, синхронизировать и координировать по времени процессы, протекающие при нагреве движущейся плотной порофоросодержащей заготовки, например, из алюминиевого сплава и порофора TiH₂: одновременное разложение всех частиц порофора с образованием газовых пузырьков, появление твердожидкой фазы алюминиевого сплава и охлаждение, предотвращающее коагуляцию пор. В результате получают материал с однородной пористой структурой и, как следствие, происходит повышение выхода годного с одновременным увеличением производительности технологического процесса вспенивания.

Предлагаемый способ получения пористого материала путем вспенивания плотной порофоросодержащей заготовки из алюминиевых сплавов был опробован на листах, которые были получены методом порошковой металлургии, обеспечивающим равномерное распределение частиц порофора в объеме плотного материала.

Использовали порошок алюминиевого сплава марки 01959 и порошок порофора TiH₂.

Пример осуществления способа

Методом порошковой металлургии из капсулированной порошковой смеси (смешали порошок алюминиевого сплав марки 01959 и порофор TiH₂ - 1 мас.%, засыпали в алюминиевую капсулу, отрессовали полосу, которую прокатали на листы) получили плотную (плотность ≅ 2,7 г/см³) порофоросодержащую заготовку - 4 листа размером:

лист №1 4×1050×1050 мм массой 12 кг,

лист №2 2×1050×1050 мм массой 6 кг,

лист №3 8×1050×1050 мм массой 24 кг,

лист №4 4×1050×1050 мм массой 12 кг.

Лист №1 перемещали относительно неподвижного источника нагрева со скоростью 10 мм/с и нагревали со скоростью 600°С/мин. После охлаждения получили пористый материал - лист размером 20×1010×1010 мм массой 12 кг, соответственно, плотностью 0,54 г/см³.

Макроструктура характеризуется высокой степенью однородности: 95% пор имели размер 4,0±0,5 мм, поверхность имела легкую волнистость из-за изменения толщины листа в пределах (20±1) мм. Выход годного составил 100%. Время вспенивания - 3 минуты, соответственно производительность 12 кг/3 мин = 4 кг/мин.

Полученный пористый материал - лист - использовали как составной элемент шумозащитного экрана.

Лист №2 нагрели со скоростью 400°С/мин, перемещая источник нагрева со скоростью 15 мм/с относительно неподвижного листа. Вспенивающийся лист деформировали (прогладили валком) и охладили.

Получили пористый материал - лист размером 12×1005×1005 мм массой 6 кг, соответственно, плотностью 0,45 г/см³, поверхность не имела волнистости, так как толщина листа по его длине практически не изменялась: она лежала в пределах 12±0,1 мм.

Макроструктура характеризуется высокой степенью однородности: 97% пор имели размер 2,5±0,4 мм. Выход годного составил 100%. Время вспенивания - 2 минуты, соответственно производительность 6 кг/2 мин = 3 кг/мин.

Полученный пористый материал - лист - использовали как составной элемент пожарозащитной обшивки перегородок в офисе.

Лист №3 нагрели со скоростью 1000°С, перемещая источник нагрева и лист относительно друг друга со скоростью 5 мм/с. Вспенивающийся лист деформировали (прогладили валком) и охладили.

Получили пористый материал - лист размером 32×1005×1005 мм, массой 24 кг, соответственно плотностью 0,68 г/см³, поверхность не имела волнистости, так как толщина листа практически не изменялась: она лежала в пределах 32,00±0,05 мм.

Макроструктура пор характеризуется высокой степенью однородности: 96% пор имели размер 5,0±0,1 мм. Выход годного составил 100%. Время вспенивания - 5 минут, соответственно производительность 24 кг/5 мин = 4,8 кг/мин.

Полученный пористый материал - лист - использовали как составной элемент кожуха трансформатора, защищающий от возгорания и от электромагнитного излучения.

Опробовали получение пористого материала по способу-прототипу на том же материале - лист №4.

Неподвижный лист нагрели со скоростью 46±0,2°С/мин и охладили. Получили пористый материал - лист размером 20×1010×1010 мм, массой 12 кг соответственно, плотностью 0,65 г/см³.

Макроструктура характеризуется низкой степенью однородности: 95% пор имели размер 4,0±2 мм, поверхность имела значительную волнистость из-за изменения толщины листа от 16 мм до 25 мм. Выход годного составил всего 60%. Время вспенивания - 20 минут, соответственно производительность 12 кг/20 мин = 0,6 кг/мин

Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить однородность поровой структуры пористого материала до 95-97% и довести выход годного до 100% и увеличить производительность в 5-8 раз по сравнению с известным способом.

1. Способ получения пористого материала путем вспенивания плотной порофоросодержащей заготовки из алюминиевых сплавов, включающий нагрев и охлаждение, отличающийся тем, что нагрев заготовки ведут со скоростью 200-1000°С/мин, при этом заготовку и источник нагрева перемещают относительно друг друга со скоростью 1-20 мм/с.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед охлаждением вспенивающуюся заготовку деформируют.