La réplication est l’une des techniques de traitement utilisées pour la production d’éponges métalliques poreuses. Dans cet article, une mise en œuvre de la méthode de production d’aluminium poreux à cellules ouvertes est présentée en détail.
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Article de méthode
La réplication est l’une des techniques de traitement utilisées pour la production d’éponges métalliques poreuses. Dans cet article, une mise en œuvre de la méthode de production d’aluminium poreux à cellules ouvertes est présentée en détail.
Les mousses métalliques sont des matériaux intéressants à la fois une compréhension fondamentale et les applications pratiques point de vue. Utilisations ont été proposées, et dans de nombreux cas validé expérimentalement, pour plus de légèreté ou de l'impact d'absorption d'énergie des structures, comme échangeurs ou des électrodes thermiques de zone de haute surface, que les implants au corps, et beaucoup plus. Bien que de grands progrès ont été réalisés dans la compréhension de leurs relations structure-propriétés, le grand nombre de différentes techniques de traitement, chaque matériau produire avec des caractéristiques différentes et la structure, signifie que la compréhension des effets individuels de tous les aspects de la structure ne est pas complète. Le processus de réplication, où le métal en fusion est infiltré entre les grains d'un matériau de préforme amovible, permet un degré nettement élevé de contrôle et a été utilisé à bon escient pour élucider certaines de ces relations. Néanmoins, le processus comporte de nombreuses étapes qui dépendent de personne "savoir-faire", etce document vise à fournir une description détaillée de toutes les étapes d'une réalisation de ce procédé de traitement, en utilisant des matériaux et des équipements qui serait relativement facile à mettre en place dans un environnement de recherche. L'objectif de ce protocole et de ses variantes est de produire des mousses métalliques d'une manière simple et efficace, donnant la possibilité d'adapter les résultats des échantillons en modifiant certaines étapes du processus. En suivant ce, les mousses d'aluminium ouvert de cellules avec des tailles de pores de 1 à 2,36 mm de diamètre et de 61% à 77% de porosité peuvent être obtenus.
Les mousses métalliques ont attiré une grande quantité d'intérêt et les efforts de recherche au cours des dernières années, comme indiqué par le grand corps de travail cité dans vaste examen des articles tels que Banhart 1, Conde et al. 2 ou plus récemment Goodall et Mortensen 3. Parmi les méthodes utilisées pour la production de la matière, le processus de réplication se distingue par sa simplicité expérimentale et le degré de contrôle sur la structure finale de la mousse qui peut être offert. Il convient de noter que, bien que dans la littérature tels matériaux sont souvent décrits comme des mousses (et sont ici) car ils ne sont pas produites par les bulles de gaz dans un liquide, ils sont appelés de façon plus appropriée de métaux ou de métaux poreux microcellulaires.
Le premier rapport du processus de réplication était dans le début des années 1960 4, et il a été développé en outre à différentes étapes depuis lors, avec les progrès notables par le groupe de Mortensen de recherche à l'Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne en Suisse.
Le procédé repose sur la coulée du métal autour d'une préforme de particules qui définit la forme de la porosité dans le matériau final 2, 5. Après refroidissement de la préforme peut être éliminée par lessivage ou de la pyrolyse solvant qui provoque l'oxydation. Une utilisation populaire de cette technique utilise NaCl en tant que titulaire d'espace pour produire de l'aluminium 5-10 ou en alliage d'aluminium de 11 à 14 mousses. NaCl a plusieurs avantages tels que d'être facilement accessible, non toxique et peut être retiré de la mousse par dissolution dans l'eau. En ayant un point de 801 ° C température de fusion, il peut être utilisé avec des métaux ayant un point inférieur à cette valeur, le plus souvent en aluminium fonte, mais des exemples existent également à l'utilisation avec des matériaux tels que des verres métalliques massifs, par humidification d'un mélange de alliage liquide de verre en vrac métallique à base de palladium et de NaCl 15 granules. La substitution du NaCl avec des matériaux à point de fusion plus élevé permet également au production de mousses de fusion supérieurs métaux à point 16. Il peut se agir d'autres matériaux solubles dans l'eau ou insolubles, y compris les différents types de sable. Dans cette forme, le processus devient plus comme le moulage au sable classique, comme pour enlever le sable, jets d'eau à haute pression 17, 18 ou différentes formes de lavage 19 ou 20 d'agitation sont obligatoires.
Le processus essentiel 21 produit en prenant grains de NaCl et de les placer dans un moule 4, 22, 23. La méthode de base a été utilisé pour fabriquer l'aluminium et alliage d'aluminium de 24 à 26 mousses pour un large éventail d'enquêtes de comportement de la mousse. Des mesures supplémentaires ont été prises pour contrôler davantage la densité et d'accroître l'interconnectivité des pores; il se agit notamment de la densification de la préforme. Pour densifier la préforme, le frittage a été employée 27, 28 et a été utilisé dans des expériences différentes depuis 13, avec le comportement de frittageNaCl fonction de la température, granulométrie et la densité décrite par Goodall et al. 29. Une autre méthode utilisée à cette fin est pressage isostatique à froid (CIP) 5, 30; ce est une technique rapide qui peut atteindre un plus grand éventail de densités comparables. La procédure peut également être effectuée à l'état solide avec la poudre métallique et des grains de NaCl, puis il est parfois appelé le procédé de frittage et de 31 dissolution.
Une enquête complète de l'utilisation de la technique de réplication à ce jour et la comparaison avec d'autres techniques est donné dans Goodall et Mortensen 3.
Dans ce travail, nous rapportons dans les équipements de détail et de protocoles expérimentaux qui ont été utilisés pour le traitement des mousses métalliques par la méthode de réplication, et qui sont relativement faciles à mettre en œuvre dans un cadre de laboratoire de recherche. Il est important de reconnaître que d'autres versions de l'équipement, avec des capacités différentes existent dans la recherche d'autres groupes, et que, si le matériel présenté ici est adapté pour traiter le matériau, il ne est pas la seule version ou le protocole qui peut être faite à fonctionner. Dans tous les cas, une connaissance approfondie d'une méthode particulière est essentielle pour le succès expérimental.
Les protocoles précis utilisés sont détaillés ci-dessous. Les variations de protocole (A, B, C et D) ont de petits changements entre eux, principalement pour but de modifier la densité des mousses produites. La porosité a été calculée à partir de mesures de la masse volumique apparente des échantillons, le volume et la densité de l'aluminium (2,7 g / cm 3). Dans l'élaboration des procédés décrits pour la production de mousse d'aluminium par réplication, des tentatives ont été faites pour réduire la quantité d'équipements de pointe à la plus petite mesure du possible, de telle sorte que le procédé est aussi facile à mettre en oeuvre que possible. D'autres variantes qui peuvent être utilisées à différents stades sont décrits plus loin.
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REMARQUE: Les instructions ci-dessous sont pour le protocole A (Figure 1). Modifications pour Protocole B, C, et D sont énumérés ainsi.
1. Bar aluminium Préparation
2. Préparation Furnace
3. Préparation préformes
NOTE: En fonction de la hauteur de la mousse pour but, varier la quantité de NaCl à utiliser pour l'infiltration entre 100 g et 300 g.
4. Préparation Mold
5. Infiltration
6. Extraction de l'échantillon
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Sur la figure 4, la morphologie des grains de NaCl peut être vu (sphérique et angulaire), à des fins d'illustration. Les mousses obtenues au protocole A ont été faites en utilisant des grains de forme angulaire et le reste ont été faites avec les grains sphériques. Il a été trouvé que l'utilisation de différentes formes de NaCl grains ne avait aucun effet observable sur la porosité obtenue dans les échantillons.
A partir des résultats on peut déterminer que les échan...
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Le procédé de base décrit ici a été utilisé sous différentes formes par d'autres chercheurs. Certaines des variantes clés qui permettent mousses de différents types à créer sont discutés. En qualifiant ces mousses nous avons mesuré la porosité, car ce est une évaluation rapide et facile à faire, mais la caractérisation des autres caractéristiques structurelles, telles que la taille des pores, surface spécifique ou entretoise épaisseur pourrait être nécessaire pour obtenir une compréhension complète des caractéristiq...
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Les auteurs déclarent qu’ils n’ont pas d’intérêts financiers concurrents.
L'auteur correspondant aimerait remercier Conseil national des sciences et de la technologie CONACYT du gouvernement mexicain pour la fourniture d'une bourse.
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| Nom | Entreprise | Numéro de catalogue | Commentaires |
|---|---|---|---|
| Sel | Hydrosoft | Sel granulaire 25 kg 855754 | http://www.travisperkins.co.uk/p/hydrosoft-granular-salt-25kg/855754/3893446 |
| Aluminium | William Rowland | Lingots d’aluminium pur à 99,87 % 25 ; kg de fût | http://www.william-rowland.com/products/high-purity-metals#product-id-1 |
| Creuset | Morgan Advance Materials | Syncarb Creuset | http://www.morganmms.com/crucibles-foundry-products/crucibles/syncarb/ |
| four | Elite Thermal Systems | TLCF10/27-3216CP & 2116 O/T | http://www.elitefurnaces.com/eng/products/furnaces/1200%20Top%20Loading%20Furnaces.php |
| Moule à bar | L’Université de Sheffield | Sur Mesure | En Acier Inoxydable 304, 15 ; cm de hauteur, 5 ; cm de diamètre intérieur, 6 ; cm diamètre extérieur |
| Scie à ruban | Clarke | CBS45MD (6 » x 4 1/2 ») 370W 060710025 | http://www.machinemart.co.uk/shop/product/details/cbs45md-41-2in-x-6in-metal-cutting-ban |
| Papier de verre | Wickes | Specialist papier de verre humide et sec 501885 | http://www.wickes.co.uk/Specialist-Wet+Dry-Sandpaper-PK4/p/501885 |
| Tamis | Fisher Scientific | Fisherbrand 200 mm diamater | http://www.fisher.co.uk/product/brand_listing.php/F/Fisherbrand/Sieve |
| Balance | Precisa | XB 6200C | http://www.precisa.co.uk/precision_balances.php |
| Nitrure de bore | Kennametal | 500 ml bombe | aérosolhttp://www.kennametal.com/content/dam/kennametal/kennametal/common/Resources/Catalogs-Literature/Advanced%20Materials%20and%20Wear%20Components/B-13-03401_ceramic_powders |
| Moule d’infiltration _brochure_EN.pdf, base et couvercle | L’Université de Sheffield | Acier | inoxydable 304 sur mesure, 15 ; cm de hauteur, 5,1 ; cm de diamètre intérieur, 6 ; cm diamètre extérieur |
| Moule cylindrique | L’Université de Sheffield | Fabriqué sur mesure | Acier à faible teneur en carbone 1020, 15 cm de hauteur, 5 cm de diamètre intérieur, 6 cm de diamètre extérieur |
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| Écrous en acier inoxydable | Matlock | M8 A2 acier plat hexagonal | https://www.cromwell.co.uk/CTL6423008F |
| rondelles en acier inoxydable | Matlock | M8 A2 | https://www.cromwell.co.uk/CTL6464008H |
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| BOC | HP 1500 | http://www.boconline.co.uk/en/products-and-supply/speciality-equipment/regulators/single-stage-regulators/hp1500-series/hp1500-series.html | |
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| Plaque chauffante d’agitation | Corning | Plaque chauffante d’agitation Corning Modèle 6798-420d | http://www.corning.com/lifesciences/us_canada/en/technical_resources/product_guid/shp/shp.aspx |
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| Barre d’agitation | Fisher Scientific | 11848862 - Barre d’agitation en PTFE + Anneau 25x6 mm | https://webshop.fishersci.com/insight2_uk/getProduct.do;jsessionid=16D5812 D71B8CB37B475E94281E2BEA 5.ukhigjavappp11 ?productCode=11848862& resultSet Position=0 |
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| Feuille de céramique | Morgan Advance Materials | Kaowool Blanket 2 mm d’épaisseur | http://www.morganthermalceramics.com/downloads/datasheets?f[0]=field_type %3A84 |
| Table vibrante | Peveril Machines | Table Vibrante Pevco 1.25 ; m x 0,625 ; m x 0,6 m | https://peverilmachinery.co.uk/equipment/vibrating-tables |
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A journal reference was corrected in the publication of Casting Protocols for the Production of Open Cell Aluminum Foams by the Replication Technique and the Effect on Porosity. Reference 21 and 22 were originally merged together as one reference. They have been separated into references 21 and 22 in the article. The reference numbers have been updated in the article to reflect this additional reference citation. It has been updated from:
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