A replicação é uma das técnicas de processamento utilizadas para a produção de esponjas metálicas porosas. Neste artigo, uma implementação do método para a produção de alumínio poroso de células abertas é mostrada em detalhes.
É necessária uma assinatura do JoVE para visualizar este conteúdo. Faça login ou inicie seu teste gratuito.
Artigo de método
A replicação é uma das técnicas de processamento utilizadas para a produção de esponjas metálicas porosas. Neste artigo, uma implementação do método para a produção de alumínio poroso de células abertas é mostrada em detalhes.
Espumas metálicas são materiais interessantes, tanto uma compreensão fundamental e aplicações práticas ponto de vista. Utilizações têm sido propostos, e em muitos casos validado experimentalmente, por peso luz ou energia de impacto de estruturas absorventes, como permutadores de calor de superfície elevadas ou área de eléctrodos, como implantes para o corpo, e muitos mais. Apesar de grandes progressos feitos na compreensão suas relações estrutura-propriedades, o grande número de técnicas de processamento diferentes, cada material de produção com diferentes características e estrutura, significa que a compreensão dos efeitos individuais de todos os aspectos da estrutura não é completa. O processo de replicação, onde o metal fundido é infiltrada entre os grãos de um material pré-forma amovível, permite que um marcadamente elevado grau de controlo e tem sido usado com bons resultados para elucidar alguns destes relacionamentos. No entanto, o processo tem muitas etapas que são dependentes indivíduo "know-how", eeste trabalho tem como objetivo fornecer uma descrição detalhada de todas as fases de uma concretização deste método de processamento, utilizando materiais e equipamentos que seria relativamente fácil de configurar em um ambiente de pesquisa. O objetivo deste protocolo e suas variantes é produzir espumas metálicas de uma forma eficaz e simples, dando a possibilidade de adaptar os resultados das amostras, modificando certas etapas dentro do processo. Seguindo este, as espumas de célula aberta de alumínio, com dimensões de poros de 1-2,36 mm de diâmetro e 61% a 77% de porosidade pode ser obtido.
Espumas metálicas têm atraído uma grande quantidade de interesse e esforço de pesquisa nos últimos anos, como o demonstra o grande corpo de trabalho citado em ampla revisão de artigos, tais como Banhart 1, Conde et al. 2 ou mais recentemente Goodall e Mortensen 3. Entre os métodos utilizados para a produção do material, o processo de replicação se distingue pela sua simplicidade experimental e o grau de controle sobre a estrutura da espuma final que pode ser oferecido. Deve notar-se que, embora na literatura tais materiais são geralmente descritos como espumas (e aqui), como eles não são produzidos por bolhas de gás dentro de um líquido que é mais adequadamente chamada metais porosos ou metais microcelulares.
O primeiro relatório do processo de replicação foi no início dos anos 1960 4, e que tem sido desenvolvido em diferentes fases, desde então, com notáveis avanços por parte do grupo de pesquisa Mortensen na Ecole Polytechnique Federale de Lausanne, na Suíça.
O processo baseia-se na fundição do metal em torno de um pré-molde de partículas que define a forma da porosidade do material final, em 2, 5. Depois de arrefecer a pré-forma pode ser removido por lixiviação de solvente ou de pirólise, que provoca a oxidação. Um uso popular dessa técnica utiliza NaCl como um suporte de espaço para produzir alumínio 5-10 ou ligas de alumínio espumas 11-14. NaCI tem várias vantagens, tais como serem facilmente acessíveis, não tóxico e pode ser removido a partir da espuma por dissolução em água. Por ter um ponto de fusão de 801 ° C, que pode ser usado com metais que têm um ponto mais baixo do que este valor, mais geralmente de alumínio de fusão, mas existem também exemplos do uso com materiais tais como os vidros metálicos a granel, por humidificação de uma mistura de líquido liga vidro metálico em massa-base de paládio e NaCl grânulos 15. Substituição do NaCl com materiais de ponto de fusão mais elevada também permite a produção de espumas a partir de metais de ponto de fusão mais elevado 16. Isto pode incluir outros materiais solúveis em água, ou insolúveis, incluindo os diferentes tipos de areia. Nesta forma, o processo torna-se mais como areia de fundição convencional como para remover a areia, jatos de água de alta pressão 17, 18 ou diferentes formas de lavagem 19 ou agitação 20 são obrigatórios.
O processo prossegue por 21 essencial tendo grãos de NaCl e colocando-os num molde 4, 22, 23. O método básico foi usado para fazer espumas de alumínio e de ligas de alumínio 24-26 para uma vasta gama de investigações do comportamento de espuma. Passos adicionais foram introduzidas para controlar ainda mais a densidade e para aumentar a interconectividade dos poros; estes incluem a densificação do pré-molde. Para densificar o pré-molde, de sinterização foi utilizado 27, 28, e tem sido utilizado em experiências diferentes, desde 13, com o comportamento de sinterizaçãoNaCl com base na temperatura, o tamanho do grânulo e a densidade descrito por Goodall et ai. 29. Outro método utilizado para esta finalidade é prensagem isostática a frio (CIP) 5, 30; esta é uma técnica mais rápida que pode atingir um maior espectro de densidades comparáveis. O procedimento também pode ser realizado no estado sólido com metal em pó e grãos de NaCl, e, em seguida, é por vezes chamado de sinterização e Dissolução do Processo 31.
Um levantamento completo da utilização de uma técnica de replicação de data e comparação com outras técnicas é apresentado em Goodall e Mortensen 3.
Neste trabalho descrevemos em detalhe equipamento e protocolos experimentais que têm sido utilizados para o processamento de espumas metálicas pelo método de replicação, e que são relativamente fáceis de implementar em um ambiente de laboratório de pesquisa. É importante reconhecer que as outras versões do equipamento, com diferentes capacidades existem em outras pesquisas gs grupos, e que, embora o equipamento aqui apresentada é adequada para processar o material, não é a única versão ou protocolo que pode ser posto a funcionar. Em qualquer caso, uma compreensão completa de qualquer método particular é essencial para o sucesso experimental.
Os protocolos precisos utilizados são detalhados a seguir. As variações no protocolo (A, B, C e D) têm pequenas alterações entre eles, principalmente destinado a alterar a densidade das espumas produzidas. A porosidade foi calculada a partir de medições do peso das amostras de grandes quantidades, o seu volume e a densidade de alumínio (2,7 g / cm 3). No desenvolvimento dos métodos descritos para a produção de espuma de alumínio por replicação, têm sido feitas tentativas para reduzir a quantidade de equipamento avançado para a menor medida do possível, de tal forma que o método é tão fácil quanto possível para implementar. Outras variações que podem ser utilizadas em diferentes estágios são discutidos mais tarde.
Acesso restrito. Inicie sessão ou comece um teste para visualizar este conteúdo.
NOTA: As instruções abaixo são para protocolo A (Figura 1). Modificações para Protocolo B, C, e D estão indicadas.
1. Aluminum Bar Preparação
2. Preparação Furnace
3. Preparação Preform
NOTA: Dependendo da altura da espuma destinado para, variar a quantidade de NaCl ao usar para a infiltração entre 100 g e 300 g.
Preparação 4. Mold
5. Infiltração
Extração 6. Amostra
Acesso restrito. Inicie sessão ou comece um teste para visualizar este conteúdo.
Na Figura 4, a morfologia dos grãos de NaCl pode ser visto (angular e esférica), para fins ilustrativos. As espumas obtidas com o Protocolo A foram feitas com grãos em forma angular e os outros foram feitos com os grãos esféricos. Verificou-se que o uso de forma diferente grãos de NaCl não teve nenhum efeito observado sobre a porosidade obtida nas amostras.
A partir dos resultados pode-se determinar que as amostras a, b, e c (feito com o protocolo A), são, em média, 63% de p...
Acesso restrito. Inicie sessão ou comece um teste para visualizar este conteúdo.
O método básico aqui descrito foi usado em diferentes formas por outros investigadores. Algumas das variantes fundamentais que permitem que as espumas de diferentes tipos de ser criado são discutidos. Ao caracterizar estas espumas medimos a porosidade, pois esta é uma avaliação rápida e fácil de fazer, mas a caracterização de outras características estruturais, tais como o tamanho dos poros, área superficial específica ou escorar espessura pode ser necessária para se obter um entendimento completo de características da ...
Acesso restrito. Inicie sessão ou comece um teste para visualizar este conteúdo.
Os autores declaram que não têm interesses financeiros concorrentes.
O autor correspondente gostaria de reconhecer Conselho Nacional de Ciência e Tecnologia CONACYT do Governo do México para a prestação de uma bolsa de estudos.
Acesso restrito. Inicie sessão ou comece um teste para visualizar este conteúdo.
| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| Sal | Hydrosoft | Sal Granular 25 kg 855754 | http://www.travisperkins.co.uk/p/hydrosoft-granular-salt-25kg/855754/3893446 |
| Alumínio | William Rowland | Lingotes de Alumínio 99.87% puro 25 cadinho de http://www.william-rowland.com/products/high-purity-metals#product-id-1 de tambor de kg | |
| Cadinho | Syncarb | Morgan | http://www.morganmms.com/crucibles-foundry-products/crucibles/syncarb/ |
| Forno | Elite Thermal Systems | TLCF10 / 27-3216CP e 2116 O / T | http://www.elitefurnaces.com/eng/products/furnaces/1200%20Top%20Loading%20Furnaces.php |
| Molde | de Barra A Universidade de Sheffield | Feito Sob Medida | Aço Inoxidável 304, 15 cm de altura, 5 cm de diâmetro interno, 6 cm de diâmetro externo |
| Serra de fita | 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 |
| Lixa Wickes | Specialist lixa úmida e seca 501885 | http://www.wickes.co.uk/Specialist-Wet+Dry-Sandpaper-PK4/p/501885 | |
| Peneiras | Fisher Scientific | Fisherbrand peneiras de teste 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 |
| Nitreto de Boro | Kennametal | 500 ml lata | de sprayhttp://www.kennametal.com/content/dam/kennametal/kennametal/common/Resources/Catalogs-Literature/Advanced%20Materials%20and%20Wear%20Components/B-13-03401_ceramic_powders Molde |
| Infiltração _brochure_EN.pdf, Base e Tampa | A Universidade de Sheffield | Aço Inoxidável Personalizado | 304, 15 cm de altura, 5.1 cm de diâmetro interno, 6 cm de diâmetro externo |
| Molde cilíndrico | A Universidade de Sheffield | Aço carbono de baixo carbono 1020 feito sob medida, 15 cm de altura, 5 cm de diâmetro interno, 6 cm de diâmetro externo | |
| Junta de Grafite | Gee Grafite | Geegraf Aço Inoxidável Reforçado com Grafite 1 mm de espessura | http://www.geegraphite.com/steel_reinforced.html |
| Mallet | Thor Hammer Co. Ltd. | Martelo Redondo Sólido Super Plástico | http://www.thorhammer.com/Mallets/Round/ |
| Chave | Kennedy Professional | 13 mm Chave Combinada de Catraca KEN5822166K | |
| Porcas | Matlock | M8 Porca Hexagonal de Aço Porca Completa Galvanizado | |
| Arruelas | Matlock | M8 Form-A arruela de aço bzp | https://www.cromwell.co.uk/CTL6451208H |
| Porcas SS | Matlock | M8 A2 st/st porca hexagonal completa | https://www.cromwell.co.uk/CTL6423008F |
| Arruelas SS | Matlock | M8 A2 st/st Arruela Form-A | https://www.cromwell.co.uk/CTL6464008H |
| Aço Inoxidável | Studding | Cromwell M8 x 1 Mtr A2 Studding | QFT6397080K https://www.cromwell.co.uk/QFT6397080K |
| Válvulas | Edwards | C33205000 SP16K, Diafragma de Nitrilo | https://www.edwardsvacuum.com/Products/View.aspx?sku=C33205000 |
| Encaixe Cross | Edwards | C10512412 NW16 Encaixe | de https://www.edwardsvacuum.com/Products/C10512412/View.aspx |
| T | Edwards | C10512411 NW16 | https://www.edwardsvacuum.com/Products/C10512411/View.aspx |
| de AlumínioBomba de vácuo | Edwards | A36310940 E2M18 200-230/380-415V, 3 ph, 50 Hz | http://www.edwardsvacuum.com/Products/View.aspx?sku=A36310940 |
| Dial Gauge | Edwards | D35610000 CG16K, 0-1.040 mbar | http://www.edwardsvacuum.com/Products/View.aspx?sku=D35610000 |
| Gás Argônio | BOC | Pureshield Gás | ArgônioMangueira de |
| aço inoxidável | http://www.boconline.co.uk/en/products-and-supply/industrial-gases/inert-gases/pureshield-argon/pureshield-argon.html BOC | de http://www.boconline.co.uk/en/products-and-supply/speciality-equipment/hoses-and-pigtails/index.html | mangueira de aço inoxidável |
| BOC | HP 1500 Series Regulator | Bloco de | |
| Cobre | http://www.boconline.co.uk/en/products-and-supply/speciality-equipment/regulators/single-stage-regulators/hp1500-series/hp1500-series.html William Rowland | Lingote de Cobre 25 kg | http://www.william-rowland.com/products/high-purity-metals#product-id-18 |
| Torno Record | T84-34 H/Duty Eng Vice 4 1/2" Mandíbulas REC5658326K | https://www.cromwell.co.uk/REC5658326K | |
| Copo | Fisher Scientific | 11567402 - Copo, forma de agachamento, com graduações e bico 800 ml | https://webshop.fishersci.com/insight2_uk/getProduct.do;jsessionid=16D5812 D71B8CB37B475E94281E2BEA 5.ukhigjavappp11?productCode=11567402& resultSet Position=0 |
| Placa de agitação | Corning | Corning Placa de agitação Modelo 6798-420d | http://www.corning.com/lifesciences/us_canada/en/technical_resources/product_guid/shp/shp.aspx |
| [header] | |||
| Barra de agitação | Fisher Scientific | 11848862 - PTFE Barra de agitação + Anel 25x6 mm | https://webshop.fishersci.com/insight2_uk/getProduct.do;jsessionid=16D5812 D71B8CB37B475E94281E2BEA 5.ukhigjavappp11?productCode=11848862& resultSet Position=0 |
| Secador de ar | V05 | V05 Max Air Turbo Secador DR-120-GB | http://reviews.boots.com/2111-en_gb/1120627/v05-v05-max-air-turbo-hair-dryer-dr-120-gb-reviews/reviews.htm |
| Folha de cerâmica | Morgan Advance Materials | Manta Kaowool de 2 mm de espessura | http://www.morganthermalceramics.com/downloads/datasheets?f[0]=field_type%3A84 |
| Mesa vibratória | Peveril Mesa | Vibratória Machinery Pevco 1.25 m x 0.625 m x 0,6 m | https://peverilmachinery.co.uk/equipment/vibrating-tables |
Acesso restrito. Inicie sessão ou comece um teste para visualizar este conteúdo.
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:
to: