Перейти на главную страницу
Написать письмо
Карта сайта
Продукция
О компании
Фотогалерея
Потребности
Новости
Статьи
Контакты
   Яндекс.Метрика

Powered by Kentico CMS. Designed by IT Group
Анекдоты из России

Пеноалюминий

Пеноалюминий.

Этот материал, как показали исследования пеноалюминия в Институте перспективных материалов им. Фраунгофера (Германия), обладает целым рядом замечательных свойств: теплоизоляционных и звукопоглощающих. При деформации он ведет себя нелинейно, что характерно для пористых структур. Это свойство может быть использовано для демпфирования удара. Как и вспененные пластмассы, металлические пены обладают отличными энергоабсорбирующими свойствами, но на более высоком уровне прочности. Среди его преимуществ по сравнению с пластмассами - негорючесть и рециклируемость, хорошая обрабатываемость пилением, сверлением, фрезерованием, обточкой. 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 успешно используются для защиты от удара, повышения жесткости полых профилей, 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, особенно - к сэндвичам из алюминиевым листов с алюминиевой пеной внутри (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 жестче. Трехмерные многослойные структуры усиливают жесткость рамы, из них можно изготавливать также заднюю стенку кузова и сидения. Предполагается, что в безопасном современном автомобиле 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) уже изготавливает из алюминиевой пены корпусные ненагруженные детали автомобилей и гасители бокового удара, которые закладываются в боковые дверцы. Плотность деталей из пеноалюминия - 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 предлагает следующие виды изделий из материала аlulight, 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 в Эссене была представлена плита из пеноалюминия с прочностью, не уступающей армированному бетону. Среди областей 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).

Технология

Наибольшее распространение получила порошковая технология производства пеноалюминия, разработанная Институтом Фраунгофера. В качестве исходного материала используются порошки алюминия или его сплавов, которые смешиваются с порофором (при нагреве это вещество выделяет газ), например гидридом титана. Доля порофора составляет обычно 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 подвергают нагреву для вспенивания, газ образует в металле пенную структуру. После достижения желаемого увеличения объема процесс заканчивается охлаждением материала, и пенная структура стабилизируется с закрытыми порами. 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 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 начала производство пеноматериалов по лицензии фирмы Alcan International на своей новой линии в г. Кингстон (Канада). Используется способ компании Norsk-Hydro: в расплав алюминия с частицами оксида алюминия и карбида кремния вдувается газ с помощью импеллера. Возникающая на поверхности пена снимается конвейерной лентой в виде вспененной плиты, пористость которой может варьироваться от 80 до 97%. Начальная цена материала - -11/кг. Фирма Alcan использует до 15% керамических частиц с целью стабилизации пеноматериала и предотвращения его разрушения, Cymat контролирует плотность пеноматериала с погрешностью 0,5% от заданной. В России производство пеноалюминия впервые освоил ВИЛС (Всероссийский институт легких сплавов, Москва). Порошковая технология позволяет изготавливать 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 КУМЗ (Каменск-Уральский). Были выпущены плиты, фасонные изделия, а также заполненные алюминиевой пеной трубы.

Пористый алюминий

Механические свойства этого материала с открытыми порами менее изучены по сравнению с пеноалюминием с закрытыми порами. Плотность этого материала - в диапазоне от 0,9 до 1,2 г/см3, что соответствует пористости от 55 до 67%. Механическое поведение его весьма близко к тому, какое имеют пены с закрытой пористостью: материал обладает высокой жесткостью. Прочность на сжатие соответствует почти тем же значениям, что и у пеноалюминия. 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 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.

Области применения
 
Возможные области применения пористого алюминия аналогичны спеченной бронзе и другим пористым материалам, которые используются уже давно. В их числе следующие. 

Шумоглушители. Шумогасящие элементы, изготовленные из неплотно спеченных порошков бронзы или стали, довольно дороги. Пористый алюминий, полученный литейным способом, более дешев и может быть при изготовлении сочленен со сплошным металлом с резьбой. Технические испытания показали, что таким образом достигаются те же результаты, что и у спеченной бронзы.

Фильтры. Область применения: 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 (Окленд, США) производит пористый алюминий, который используется в компактных низкотемпературных теплообменниках в аэрокосмической технике.

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). 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 порами, соединенными между собой. Путем выбора наполнителя можно варьировать плотность материала и морфологию пор в широких пределах.
Современные технологии делят процесс производства на четыре 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 недороги – в качестве и наполнитель, и алюминия могут использоваться низкосортный лом и отходы;
- не загрязняет окружающую среду;
- рециклируемость как у обычных литых деталей;
- могут быть изготовлены сочлененные структуры.

В России технология изготовления пористого алюминия была разработана на кафедре литейного производства УГТУ-УПИ. 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.
Несмотря на преимущества применения 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. Изготовление на КУМЗе образцов изделий из пеноалюминия и пористого алюминия позволило определить основные параметры технологии их производства с использованием имеющегося оборудования. Намечено создание специализированных участков по производству пеноалюминия и пористого алюминия на существующих площадях прессового и литейного цехов.  

Послесловие

На Западе пеноалюминий за последние десять лет получил достаточно широкое распространение – особенно в строительстве и автомобилестроении. В России рынок пеноалюминия также имеет хороший потенциал, его широкое применение до последнего времени сдерживалось отсутствием промышленных установок по выпуску этого материала. Но, похоже, скоро это препятствие будет преодолено: в мае 2008 правительство Москвы приняло распоряжение о предоставлении во втором квартале 2008 года бюджетного кредита в сумме 120 млн руб АНХ ВНИИметмаш им. Целикова для организации серийного производства крупногабаритных деталей из пеноалюминия. В результате реализации проекта будет создана первая в России опытно-промышленная линия импортозамещающего производства панелей из пеноалюминия (ПАЛ). На ней будут производиться панели для отделки помещений (стены, потолки, двери), шумопоглащающие экраны вдоль автомагистралей, для строительства и машиностроения, упрочняющие и демпфирующие элементы для автопрома и тд.   Ориентировочная стоимость ПАЛ – около /кг. Предполагаемый объем производства панелей из ПАЛ – около 5 тыс т в год, срок реализации проекта – около двух лет, окупаемости – менее двух лет .  

С.Цукров, к.т.н, Уральский рынок металлов №11, ноябрь 2009
http://www.urm.ru/ru/75-journal143


Copyright © Algran Company Ltd.2010