La replica è una delle tecniche di lavorazione utilizzate per la produzione di spugne metalliche porose. In questo articolo viene mostrata in dettaglio un'implementazione del metodo per la produzione di alluminio poroso a celle aperte.
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Articolo metodologico
La replica è una delle tecniche di lavorazione utilizzate per la produzione di spugne metalliche porose. In questo articolo viene mostrata in dettaglio un'implementazione del metodo per la produzione di alluminio poroso a celle aperte.
Schiume di metallo sono i materiali interessanti sia da una comprensione fondamentale e pratico punto di vista delle applicazioni. Usi sono stati proposti, ed in molti casi convalidato sperimentalmente, per il peso leggero o energia d'urto di assorbimento strutture, come scambiatori di calore o elettrodi elevata area superficiale, come protesi al corpo, e molti altri. Sebbene siano stati compiuti grandi progressi nella comprensione delle relazioni struttura-proprietà, il gran numero di diverse tecniche di lavorazione, ciascun materiale producendo con caratteristiche e la struttura differenti, significa che la comprensione degli effetti individuali di tutti gli aspetti della struttura non è completa. Il processo di replica, in cui il metallo fuso è infiltrato tra i granuli di materiale preforma amovibile, consente un marcatamente elevato grado di controllo ed è stato utilizzato con buoni risultati per chiarire alcuni di questi rapporti. Tuttavia, il processo ha molti passi che dipendono individuale "know-how", equesto documento si propone di fornire una descrizione dettagliata di tutte le fasi di una forma di realizzazione del presente metodo di lavorazione, utilizzando materiali e attrezzature che sarebbe relativamente facile da installare in un ambiente di ricerca. Lo scopo di questo protocollo e le sue varianti è quello di produrre schiume metalliche in modo efficace e semplice, dando la possibilità di adattare l'esito dei campioni modificando alcuni passaggi all'interno del processo. Seguendo questo, schiume di alluminio a celle aperte, con dimensione dei pori di 1-2,36 mm di diametro e 61% al 77% la porosità possono essere ottenuti.
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.
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NOTA: Le istruzioni che seguono sono per Protocollo A (figura 1). Modifiche per il protocollo B, C, e D sono elencati pure.
1. Aluminum Bar Preparazione
2. Preparazione Furnace
3. preforme Preparazione
NOTA: A seconda dell'altezza della schiuma auspicata, variare la quantità di NaCl da utilizzare per infiltrazioni tra 100 e 300 g.
4. Mold Preparazione
5. Infiltration
Estrazione 6. Campione
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In Figura 4 la morfologia dei grani NaCl può essere visto (angolare e sferica), per scopi illustrativi. Le schiume ottenute con protocollo A sono stati realizzati utilizzando grani di forma angolare e il resto sono stati realizzati con i grani sferici. È stato trovato che l'uso di forma diversa grani NaCl ha evidenziato alcun effetto della porosità ottenuta nei campioni.
Dai risultati si può determinare che i campioni a, b, e c (fornito con protocollo A), sono in media i...
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Il metodo di base qui descritto è stato usato in diverse forme di altri ricercatori. Alcune delle varianti chiave che permettono schiume di tipo diverso da creare sono discussi. Nel caratterizzare queste schiume abbiamo misurato la porosità, in quanto si tratta di una valutazione veloce e facile da fare, ma la caratterizzazione di altre caratteristiche strutturali, come la dimensione dei pori, superficie specifica o puntone spessore potrebbe essere richiesto per ottenere una piena comprensione delle caratteristiche di s...
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Gli autori dichiarano di non avere interessi finanziari concorrenti.
L'autore corrispondente ringrazia Consiglio nazionale del governo messicano di Scienze e Tecnologie CONACYT per la fornitura di una borsa di studio.
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| Sale | Idrosoft | Sale Granulare 25 kg 855754 | http://www.travisperkins.co.uk/p/hydrosoft-granular-salt-25kg/855754/3893446 |
| Alluminio | William Rowland | Lingotti di Alluminio puro al 99,87% 25 tamburo kg | http://www.william-rowland.com/products/high-purity-metals#product-id-1 |
| Crogiolo | Morgan Advance Materials | Crogiolo Syncarb | http://www.morganmms.com/crucibles-foundry-products/crucibles/syncarb/ |
| Forno | Elite Thermal Systems | TLCF10/27-3216CP & 2116 O/T | http://www.elitefurnaces.com/eng/products/furnaces/1200%20Top%20Loading%20Furnaces.php |
| Stampo a barra | L'Università di Sheffield | acciaio inossidabile 304 su misura, 15 cm di altezza, 5 cm diametro interno, 6 cm diametro esterno | |
| Sega a nastro | 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 |
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| Stampo per infiltrazione, base e coperchio | L'Università di Sheffield | Acciaio inossidabile su misura | 304, 15 cm di altezza, 5,1 cm diametro interno, 6 cm diametro esterno |
| Stampo cilindrico | L'Università di Sheffield | Custom Made | Acciaio a basso tenore di carbonio 1020, 15 cm di altezza, 5 cm di diametro interno, 6 cm di diametro esterno |
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| Rondelle SS Rondelle | Matlock | M8 A2 st/st Form-A https://www.cromwell.co.uk/CTL6464008H | |
| Perno in acciaio inossidabile | Cromwell | M8 x 1 Mtr A2 Perno in acciaio inossidabile QFT6397080K https://www.cromwell.co.uk/QFT6397080K | |
| Valvole | Edwards | C33205000 SP16K, diaframma in nitrile | https://www.edwardsvacuum.com/Products/View.aspx?sku=C33205000 |
| raccordo a croce | Edwards | C10512412 NW16 raccordo a croce in alluminio | https://www.edwardsvacuum.com/Products/C10512412/View.aspx |
| raccordo a T | Edwards | C10512411 NW16 in alluminio | https://www.edwardsvacuum.com/Products/C10512411/View.aspx |
| Pompa per vuoto | Edwards | A36310940 E2M18 200-230/380-415V, 3-ph, 50 Hz | http://www.edwardsvacuum.com/Products/View.aspx?sku=A36310940 |
| Comparatore | Edwards | D35610000 CG16K, 0-1.040 mbar | http://www.edwardsvacuum.com/Products/View.aspx?sku=D35610000 |
| Gas Argon BOC | Pureshield Gas | Tubo flessibile in | |
| acciaio inossidabile | http://www.boconline.co.uk/en/products-and-supply/industrial-gases/inert-gases/pureshield-argon/pureshield-argon.html Tubo flessibile in | acciaio inossidabile | |
| Regolatore | http://www.boconline.co.uk/en/products-and-supply/speciality-equipment/hoses-and-pigtails/index.html serie | BOC HP 1500http://www.boconline.co.uk/en/products-and-supply/speciality-equipment/regulators/single-stage-regulators/hp1500-series/hp1500-series.html | |
| Blocco di rame | William Rowland | Lingotto di rame 25 kg | http://www.william-rowland.com/products/high-purity-metals#product-id-18 |
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| Becher | Fisher Scientific | 11567402 - Becher, forma tozza, con graduazioni e beccuccio 800 ml | https://webshop.fishersci.com/insight2_uk/getProduct.do;jsessionid=16D5812 D71B8CB37B475E94281E2BEA 5.ukhigjavappp11?productCode=11567402& resultSet Posizione=0 |
| Piastra riscaldante di agitazione | Corning Corning | Piastra riscaldante di agitazione Corning Modello 6798-420d | http://www.corning.com/lifesciences/us_canada/en/technical_resources/product_guid/shp/shp.aspx |
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| Barra di agitazione | Fisher Scientific | 11848862 - Barra di agitazione in PTFE + Anello 25x6 mm | https://webshop.fishersci.com/insight2_uk/getProduct.do;jsessionid=16D5812 D71B8CB37B475E94281E2BEA 5.ukhigjavappp11?productCode=11848862& resultSet Posizione=0 |
| Essiccatore d'aria | V05 | V05 Max Air Turbo Dryer DR-120-GB | |
| Foglio ceramico | http://reviews.boots.com/2111-en_gb/1120627/v05-v05-max-air-turbo-hair-dryer-dr-120-gb-reviews/reviews.htm Morgan Advance | Materials Kaowool Coperta di 2 mm di spessore | http://www.morganthermalceramics.com/downloads/datasheets?f[0]=field_type%3A84 |
| Tavolo vibrante | Peveril Macchina | Pevco Tavola Vibrante 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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