Casting protocolli per la produzione di cellule aperte alluminio Schiume dalla tecnica di replica e l'effetto sulla porosità

Schiume metalliche hanno attirato una grande quantità di interessi e di attività di ricerca in questi ultimi anni, come dimostra il grande corpo di lavoro citati in ampio respiro articoli di revisione, come Banhart ^1, Conde et al. ² o più recentemente Goodall e Mortensen ^3. Tra i metodi utilizzati per la produzione del materiale, il processo di replica si distingue per la sua semplicità sperimentale e il grado di controllo sulla struttura finale di schiuma che può essere offerto. Occorre notare che, sebbene in letteratura tali materiali sono spesso descritti come schiume (e sono qui) in quanto non sono prodotte da bolle di gas all'interno di un liquido sono più appropriatamente chiamati metalli porosi o metalli microcellulari.

La prima relazione del processo di replica è stato nei primi anni del 1960 ^4, ed è stato ulteriormente sviluppato in diverse fasi da allora, con notevoli progressi da parte del gruppo di ricerca di Mortensen presso l'Ecole Polytechnique Federale de Lausanne in Svizzera.

Il processo si basa sulla colata del metallo intorno ad una preforma di particelle che definisce la forma della porosità nel materiale finale ^{2, 5.} Dopo raffreddamento la preforma può essere rimosso mediante lisciviazione solvente o pirolisi che causa l'ossidazione. Un uso popolare di questa tecnica utilizza NaCl come supporto spazio per produrre alluminio o lega di alluminio ^5-10 schiume ^11-14. NaCl ha diversi vantaggi come essere facilmente accessibile, non tossico e può essere rimosso dalla schiuma per dissoluzione in acqua. Avendo un punto di fusione di 801 ° C, può essere usato con i metalli che hanno un punto di fusione inferiore a questo valore, più comunemente alluminio, ma esistono anche esempi di utilizzo con materiali come bicchieri bulk metalliche, da un mix di umidificazione lega di vetro massa metallica liquido a base di palladio e NaCl granuli ^15. Sostituzione del NaCl con materiali punto di fusione più elevato consente anche la produzione di schiume di alto punto di fusione dei metalli ^16. Questo può includere altri materiali idrosolubili, o quelli insolubili compresi diversi tipi di sabbia. In questa forma il processo diventa più simile a colata in sabbia convenzionale per rimuovere la sabbia, getti d'acqua ad alta pressione ^{17, 18} o forme diverse di lavaggio ¹⁹ o agitazione ²⁰ sono obbligatori.

Il processo di base ²¹ procede prendendo grani di NaCl e metterli in uno stampo ^{4, 22, 23.} Il metodo di base è stato utilizzato per rendere alluminio e leghe di alluminio schiume ^24-26 per una vasta gamma di indagini comportamento schiuma. Sono state introdotte misure supplementari per controllare ulteriormente la densità e per aumentare l'interconnettività dei pori; questi includono la densificazione della preforma. Per densificare preforma, sinterizzazione è stato impiegato ^{27, 28} ed è stato utilizzato in esperimenti diversi dal ^13, con il comportamento di sinterizzazioneNaCl in base alla temperatura, granulometria e densità descritto da Goodall et al. ^29. Un altro metodo usato per questo scopo è isostatica a freddo (CIP) ^{5, 30;} questa è una tecnica più veloce che può raggiungere un più ampio spettro di densità paragonabili. La procedura può anche essere eseguita allo stato solido con polvere di metallo e grani NaCl, e viene a volte chiamato sinterizzazione e Dissoluzione Processo ^31.

Un'indagine completa dell'uso della tecnica replica finora e confronto con altre tecniche è dato in Goodall e Mortensen ^3.

In questo lavoro si riportano in dettaglio equipaggiamento e protocolli sperimentali che sono stati utilizzati per la lavorazione di schiume metalliche con il metodo di replica, e che sono relativamente facili da implementare in un ambiente di laboratorio di ricerca. È importante riconoscere che altre varianti di un'attrezzatura, con esistono diverse capacità in altre ricerche gruppi, e che, mentre l'apparecchio qui presentato è adatto per elaborare il materiale, non è la sola versione o protocollo che può essere fatto funzionare. In ogni caso, una comprensione approfondita di un metodo particolare è essenziale per il successo sperimentale.

I protocolli precisi utilizzati sono di seguito dettagliati. Le variazioni di protocollo (A, B, C e D) hanno piccole modifiche tra loro, principalmente destinato ad alterare la densità delle schiume prodotte. La porosità è stata calcolata misurando la densità apparente dei campioni, il loro volume e la densità di alluminio (2,7 g / cm ^3). Nello sviluppare i metodi descritti per la produzione di schiuma di alluminio dalla replica, sono stati fatti tentativi per ridurre la quantità di attrezzature avanzate al più piccolo quanto possibile, in modo tale che il metodo è facile da implementare possibile. Altre variazioni che possono essere utilizzati in diverse fasi sono discussi più avanti.