Главная
Акустика помещений
Домашний кинотеатр
Акустические системы
Многоканальная система
Музыкальный центр
Минисистема
Наборы акустики
Цифровые аудиоплееры
Авто-звук
Инфо
Контакты


Вспененный алюминий.

В последние годы проявляется повышенный интерес к двум пористым материалам на основе алюминия, обладающим многими привлекательными свойствами. Материал с закрытыми порами, получаемый методом вспенивания расплавленного или полурасплавленного алюминия, называют пеноалюминием. Другой материал с открытыми порами, именуемый пористым алюминием, получают методом литейного производства с использованием удаляемого наполнителя или путем гальванического покрытия на удаляемом затем пенополиуретане.

Пеноалюминий.

Свойства пеноалюминия.

В ходе исследований пеноалюминия в институте перспективных материалов им. Фраунгофера (германия) установлено, что наряду с теплоизоляционными и звукопоглощающими свойствами пеноалюминий показывает при деформации сильно нелинейное поведение, характерное для пористых структур. Это свойство может быть использовано для демпфирования удара. Электрическая и термическая проводимости значительно меньше, чем у сплошного металла, но лежат в области свойств обычных металлических материалов. Как и вспененные пластмассы, металлические пены обладают отличными энергоабсорбирующими свойствами, но на более высоком уровне прочности. Широкая температурная область применения и негорючесть материала являются другими его преимуществами. Хорошая рециклируемость пеноалюминия представляет собой не менее ценный параметр. Материал хорошо обрабатывается пилением, сверлением, фрезерованием, обточкой. В качестве способов соединения могут быть использованы склеивание, пайка или специальная сварка.

В отличие от ячеистых бетонов и древесностружечных плит у пеноалюминия низкая гигроскопичность (1- 3%), что обусловливает морозостойкость и отсутствие трещин при перепаде температур. Его не нужно пропитывать антисептиками и антипиренами. На его поверхность свободно наклеиваются различные декоративные материалы, он хорошо воспринимает краску.

Применение.

Алюминиевые пены используются для защиты от удара, для повышения жесткости полых профилей, для изготовления негорючих фасадных элементов зданий и легких и огнестойких кабин лифтов, в производстве теплостойких демпфирующих материалов, для упрочнения анкеров в бетонных стенах.

Наибольший интерес к пеноалюминию проявляют иностранные автомобилестроители. В 1998 году на автошоу в детройте вильгельм карманн представил новинку, в которой при изготовлении кузова использовались трехслойные алюминиевые листы с алюминиевой пеной (afs - aluminium foam sandwich). Такой материал обладает высокой удельной жесткостью, малой термической и электрической проводимостью, не горит и хорошо подходит для поглощения или демпфирования энергии. Низкая масса подобной конструкции уменьшает расход бензина. Кузов на 50% легче соответствующего стального, но в 10 раз стабильней. Трехмерные многослойные структуры усиливают жесткость рамы, из них можно изготавливать также заднюю стенку кузова и сидения. Карманн предлагает идею безопасного автомобиля xxi века, в котором будут использоваться не плоские алюминиевые элементы, а трехмерные многослойные детали с пеноалюминием - от дверец до сложной группы днища. Такие детали очень легкие и имеют в 15 раз более высокую жесткость, чем обычные листовые конструкции. Заметны преимущества пеноалюминия по шумоглушению при повышенных частотах (более 800 гц).

Фирма neuman alufoam (австрия) изготавливает из алюминиевой пены корпусные ненагруженные детали автомобилей и гасители бокового удара, которые закладываются в боковые дверцы. Плотность деталей из пеноа люминия - 0,5-0,6 г/см3. Отмечается, что закрытая внешняя оболочка, окружающая пористую структуру, обеспечивает многократно более высокую жесткость, чем структуры с открытой пористостью. Фирма выпускает также детали кузова и ходовой части, работающие на изгиб и кручение для усиления их жесткости. Кроме того, пеноалюминий может использоваться в качестве литейных стержней. После литья они остаются в готовой фасонной отливке взамен пустот, которые предусмотрены для облегчения автомобиля, что дает определенные преимущества в прочности и уменьшает затраты на удаление обычных песчаных стержней.

Пеноматериалы фирмы cymat в виде профилей прямоугольного сечения используются для амортизаторов дверец легковых автомобилей и аварийных перегородок. В отличие от сотовой конструкции алюминиевого материала пеноалюминий изотропен и может противостоять удару под любым углом.

Пеноалюминий применяется в строительстве в виде несгораемых перегородок и облицовочного материала.

Фирма alulight international gmbh, созданная недавно путем объединения капиталов ряда немецких и австрийских компаний, предлагает следующие виды изделий из материала alutigtrt, который представляет собой пеноалюминий плотностью от 300 до 1000 кг/м3:

- корпусные шумозаглушающие детали;

- электромагнитные экраны в виде настенных и потолочных плит, защищающих от проникновения или излучения электромагнитных волн частотой от 0,1 до 1000 мгц, а также корпуса электронных приборов;

- тепловые экраны;

- легкий строительный материал как несгораемую альтернативу дереву и пластмассам (может поставляться в виде плит с максимальными размерами 625х625 мм, толщиной от 8 до 25 мм);

- гасители удара для автомобильного и рельсового транспорта;

- шумогасители, работающие в тяжелых условиях (высокая температура, влажность, пыль, вибрация), в стерильных или пожароопасных помещениях (самолетах, отелях, универмагах, промышленных зданиях).

На выставке aluminium'2000 в эссене была представлена новинка - плита из пеноалюминия с прочностью, подобной прочности армированного бетона. Фирма alulight указывает следующие возможные области применения таких плит:

- строительство и архитектура (магазины, киоски, стеллажи, столы, мебель, выставочные стенды, внутренние и внешние фасады, разделительные перегородки, потолки и полы);

- транспорт и машиностроение (стенки рельсового транспорта, кораблей, системы безопасности и надстроек для легковых автомашин, авиаконтейнеры, троллеи, фундаменты машин, направляющие элементы, шумозащитные колпаки).

Способ изготовления.

Наибольшее распространение получила разработанная институтом фраунгофера порошковая технология производства пеноалюминия. В качестве исходного материала используются порошки алюминия или алюминиевых сплавов, которые смешиваются с порофором (веществом, при нагреве выделяющим газовую составляющую), например гидридом титана. Доля порофора незначительна и составляет, как правило, менее 1%. Подготовленная смесь уплотняется путем горячего прессования. Предварительная заготовка имеет вид прутка или профиля. Заготовка внешне не отличается от обычного металла и может в дальнейшем деформироваться в полуфабрикат прокаткой или прессованием в зависимости от вида конечного вспененного изделия. Полученный полуфабрикат подвергается операции вспенивания путем нагрева до температуры, близкой к температуре плавления используемого сплава. В этих условиях выделяющийся в результате термического разложения порофора газ образует в металле пенную структуру. После достижения желаемого увеличения объема процесс заканчивается охлаждением материала, и пенная структура стабилизируется. При этом образуются закрытые поры. Плотность пеноалюминия может составлять от 0,4 до 1 г/см3.

Для изготовления фасонных деталей используется различная техника вспенивания. Например, для получения деталей сложной формы, близкой к конечному изделию, применяются полые стальные, разборные формы, в которые закладывается определенное количество отпрессованной заготовки с порофором. При нагреве до указанной выше температуры пена заполняет свободное пространство формы, и после охлаждения получается желаемая деталь с закрытой пористостью. Примерно так же можно изготовить заполненные пеной полые профили или трубы, в результате чего при малой массе значительно повышаются жесткость деталей и их энергоабсорбирующие свойства. Из прокатанной в листы предварительной заготовки путем вспенивания получают плиты различной толщины. Можно также изготовить трехслойные (сандвичевые) структуры, в которых внешние слои состоят из сплошного металла (например, алюминиевого сплава), а сердцевина - из пеноалюминия. Путем деформирования перед вспениванием многослойной заготовки в трехмерный полуфабрикат получают также легкие сандвичевые конструкции сложной формы.

Компания cymat aluminium по лицензии фирмы alcan international начала производство пеноматериалов на своей новой линии в г. Кингстон (шт. Онтарио, канада). При этом используется способ, разработанный компанией norsk-hydro, при котором в расплав алюминия с добавленными в него для повышения вязкости частицами оксида алюминия и карбида кремния вдувается с помощью импеллера газ. Возникающая на поверхности пена снимается конвейерной лентой в виде вспененной плиты, пористость которой может варьироваться от 80 до 97%. Начальная цена материала - $8-11 за 1 кг. Фирма alcan использует до 15% керамических частиц с целью стабилизации пеноматериала и предотвращения его разрушения, и при этом компания cymat планирует осуществлять контроль плотности пеноматериала с погрешностью 0,5% от заданной.

В россии производство пеноалюминия было впервые освоено в вилсе. Там используется порошковая технология, изготавливаются листы и плиты толщиной от 3 до 85 мм, шириной до 1000 мм. Плотность пеноалюминия может составлять от 0,3 до 2 г/см3.

Опытное производство деталей из пеноалюминия порошковым способом освоено также на каменск-уральском металлургическом заводе. Были выпущены плиты, фасонные изделия, а также заполненные алюминиевой пеной трубы.

Пористый алюминий.

Свойства.

Плотность пористого алюминия лежит обычно в диапазоне от 0,9 до 1,2 г/см3, что соответствует пористости от 55 до 67%. Механические свойства этого материала изучались до последнего времени не так интенсивно, как пеноалюминия. Механическое поведение его весьма близко к тому, какое имеют пены с закрытой пористостью: начальный, почти линейный подъем напряжения сменяется областью значительной пластической деформации и затем при очень большой деформации переходит в уплотнение всей структуры при соответствующих высоких усилиях. Они требуются, чтобы деформировать пористую структуру. Таким образом, материал обладает высокой жесткостью. Прочность на сжатие соответствует почти тем же значениям, что и у пеноалюминия.

Проницаемость.

Для многих сфер применения желательна контролируемая и управляемая проницаемость материала газами или жидкостями.

Пористый алюминий имеет высокую развитую внутреннюю поверхность, составляющую при плотности 1,1 г/см3 от 1 до 2 м2/г. Это свойство может быть использовано в компактных теплообменниках.

Акустические характеристики.

Эти показатели несколько хуже, чем у специальных шумогасящих материалов, однако пористый алюминий имеет много других полезных свойств (негорючесть, высокая стойкость к температурным изменениям, негигроскопичность и др.), Которые делают выгодным его применение для шумоглушения.

Возможности применения.

Пористые металлы, например спеченная бронза, употребляются уже давно. Поэтому возможные области применения пористого алюминия аналогичны.

- Шумоглушители. Пористый алюминий используется в конструкциях шумоглушителей, в которых путем декомпрессии шум, возникающий от выхода газа, уменьшается (например, в пневматических установках и компрессорах). Шумогасящие элементы, изготовленные из неплотно спеченных порошков бронзы или стали, довольно дороги. Пористый алюминий, полученный литейным способом, может быть при изготовлении сочленен со сплошным металлом с резьбой, и соединение с выходом газа при этом становится простым. Первые технические испытания показали, что таким образом достигаются по крайней мере те же результаты, что и у спеченной бронзы.

- Фильтры. Область применения пористого алюминия.

В качестве фильтров довольно широка. Ими можно отделять твердые частички, например сажи, от жидкостей или газов.

- Носители катализаторов. Вследствие развитой внутренней поверхности в комбинации с хорошей проницаемостью пористый алюминий может использоваться в качестве несущей решетки для катализаторов. Высокая теплопроводность материала имеет значение при сильных экзотермических реакциях, например, при окислении этилена в этиленоксид.

- Теплообменники. Высокая теплопроводность алюминия предполагает использование пористых конструкций из этого металла с развитой поверхностью для теплообмена между жидкостями, газами или между жидкостью и газом. Фирма erg materials & aerospace (г. Окленд, шт. Калифорния, сша) производит пористый алюминий, который используется в компактных низкотемпературных теплообменниках для искусственных спутников земли.

- Другие области применения. Пористые материалы, в том числе алюминий, могут употребляться в качестве накопителей жидкости для последующей ее дозированной подачи, например, в пористых валках, в деталях подшипников скольжения (поры заполняют смазкой). При подаче газа через пористые материалы его можно в распределенном виде барботировать в жидкость или с помощью воздушной подушки создать поверхность скольжения (воздушный подшипник). Наконец, пористый алюминий благодаря своей теплопроводности используется в конструкциях пламягасителей.

Способ производства.

Известный с давних пор способ состоит в заливке капсулы с наполнителем расплавленным металлом. После удаления наполнителя остается тело с открытыми по рами, соединенными между собой. Путем выбора наполнителя можно варьировать плотность материала и морфологию пор в широких пределах. В прошлом изготовленные по этому способу материалы имели недостатки (например, остатки наполнителя, неоконченное заполнение промежутков между частицами наполнителя), или процесс изготовления оказывал негативное воздействие на окружающую среду. Новые варианты этого способа позволяют преодолеть указанные недостатки. Согласно такой схеме процесс производства подразделяется на следующие 4 стадии.

1. Подготовка наполнителя, при этом предпочтительно применять неорганические гранулы, но можно также использовать засыпку из органических материалов.

2. Инфильтрация засыпки наполнителя металлом. Чтобы обеспечить сквозное заполнение промежутков между гранулами, инфильтрацию проводят под повышенным давлением или под разряжением.

3. Удаление материала наполнителя путем растворения или выбивания.

4. Обточка полученной пористой заготовки, резка на требуемые размеры или другая механообработка.

Преимущества указанного способа:

- исходные материалы сравнительно недороги - как наполнитель, так и алюминий, который может использоваться в виде низкосортных ломов и отходов;

- не загрязняет окружающую среду, при тщательном выборе наполнителя отсутствуют заметные загрязнения продуктами крекинга или растворения;

- рециклируемость: материал может быть использован полностью вновь, как обычные литые детали;

- могут быть изготовлены сочлененные структуры: при литье в одном цикле возможно прочное соединение пористых и сплошных материалов;

- возможность придания изделию конечной формы.

В россии технология изготовления пористого алюминия была разработана на кафедре литейного производства уральского политехнического института. При содействии упи на кумзе был освоен выпуск различных деталей из пористого алюминия. Методом кокильного литья были изготовлены круглые слитки диаметром 100 и 200 мм, а также плоские слитки размерами 100х500х800 мм и 200х500х800 мм. После механической обработки и резки были получены пористые диски и плиты различных размеров с двумя видами пор 0-1,4 мм и 1,4-5 мм. Пористость полученных деталей составляла 52-61%, плотность материала - от 1,04 до 1,38 г/см3.

Заключение.

Несмотря на преимущества применения описанных новых материалов в машиностроении, строительстве, электротехнике и других отраслях промышленности, масштабы их внедрения в настоящее время невелики. Технология производства пеноалюминия и пористого алюминия все еще находится на начальной стадии своего становления, и ее необходимо совершенствовать. Например, операция вспенивания промежуточной заготовки при порошковом способе производства пеноалюминия требует создания нового, не имеющего аналогов термического агрегата. Для разработки и сооружения такого агрегата необходимы значительные средства, которые могут быть выделены только при условии долговременных и достаточно объемных заказов на пеноалюминий.

Изготовление на кумзе образцов изделий из пеноалюминия и пористого алюминия позволило определить основные параметры технологии их производства. При этом в значительной степени используется имеющееся оборудование. Намечено создание специализированных участков по производству пеноалюминия и пористого алюминия на существующих площадях прессового и литейного цехов. Теперь дело за потребителями этих перспективных материалов.

Физико-механические свойства пеноалюминия и других пористых материалов. Свойство пеноалюминий алюминий ад31 древесно- дубовая плита плита из

(плотность - 0,7-0,8 г/см3) стружечная плита пенобетона плотность, г/см3 0,3-2 2,7 0,25-1,1 0,69 0,3-1,2 гигроскопичность, % 1-3 - 4-6 12 28-40 прочность, мпа 45 250 0,4-3,5 5-123 0,8-80 модуль юнга, мпа 45oo0 70oo0 0,4-35 107,7 1700-7500 теплопроводность, вт (м к) 4-5 140 0,046-0,18 0,35 0,12-0,37 относительное удлинение, % 0,3-1 10-15 - - - звукопроводность, дб/см 1,1 50 - 2,4 - специфические свойства негорючий, - трудногорючий, горючий, при негорючий,

экологически чистый при горении горении выделяет большая

выделят фонолы угарный газ гигроскопичность

с. Цукров,

к.Т.Н., Московское представительство оао "нумз".