発泡金属の開発状況の研究と応用

発泡金属は、金属マトリックス内に多数の気泡を形成する多孔質金属材料であり、多孔質金属発泡体としても知られています。 金属特性と非-金属の特殊な物理的特性の両方を備えているため、国内外で広く注目されています。 近年、発泡金属とその構造特性の開発、応用、開発に関する理論的研究が大きく進歩しました。

1.国内外での発泡金属開発の概要

1948年に米国のSOSNIKが最初にアルミニウムに水銀を添加して発泡アルミニウムを製造して以来、研究者は発泡金属の準備、性能研究、およびアプリケーション開発に多くの作業を行ってきました。 方法体系は一般的に固定されており、鋳造法、金属蒸着法、粉末冶金法、スプレー蒸着法などに分けられます。中でも鋳造法が最も経済的であり、最近では実用化が進んでいます。年。 たとえば、American Roa Companyと米国および日本は、直接発泡法およびインベストメント鋳造法により、それぞれ7075およびALMAG35発泡アルミニウムプロファイルの鉛合金グレードの製造に成功しています。

発泡金属の出現から1970年代および1980年代まで、研究は主に発泡金属の調製に焦点を合わせていました。 例えば、アルミニウムフォームの調製における粘度上昇の問題の解決は、アルミニウムフォームの調製に大きな推進力を有する。 さらに、バブルコアメカニズムの提案と適用は、発泡金属の調製における大きな進歩です。 この理論は、金属の凝固プロセスに核剤を添加するようなもので、発泡金属の直接成形が可能になります。

現在、発泡アルミニウムの製造は、発泡から成形プロセスまでの連続生産を行うことができました。

（A）大型アルミニウムの連続生産用。 （B）一定の厚さの大きなプレートの連続生産用。 （c）特定の形状を生成するために使用できる鋳物の場合。 （D）特定の形状の鋳造品の連続生産用。 この方法は、バブルコア理論に従って安定した溶融金属発泡体を取得し、それを引き出して成形し、目的の形状の完成品を得る方法です。

一方、さまざまな国が発泡金属の特性を改善するために多くの人的資源と材料資源を投資しており、研究内容は主に発泡金属の合金化、熱処理、繊維強化または他の強化方法を含みます。 その中で、ウクライナの冶金学者シャポバロフによって開発されたガッサーの高強度の多孔質フォーム材料が最も典型的です。 この材料は、高度な構造的完全性を備えており、従来の多孔質フォーム材料よりもはるかに高い強度と剛性を備えています。

また、近年、発泡金属の体系的な研究も理論的に行われています。 まず第一に、発泡金属の構造パラメータの研究において、人々はますます物理的構造における発泡金属の特殊性を感じています。それは構造材料であるだけでなく、多くの物理的特性を備えた多機能材料です。 その特別な特性は、その構造から知ることができます。 例えば、発泡金属細孔の開気孔率および閉気孔率の測定および研究、細孔サイズの統計的測定、比表面積の測定、およびこれらのパラメーターが発泡金属の性能に及ぼす影響。 第二に、発泡金属の変形特性、吸音特性、減衰内部摩擦特性などの発泡金属の特性を研究することです。 これらの研究は、応用研究の理論的基礎を提供します。

発泡金属の応用と研究において大きな成果があり、大小の部品が準備され、試験生産と応用の段階に入っています。 たとえば、日本の住友電工株式会社が製造した発泡金属は、自動車の耐熱性と耐摩耗性-の部品やスピーカーの部品の製造に使用されています。 鉄道では、発泡金属を使用して、-空調発電室の防音壁を作成しています。 さらに、発泡アルミニウムは、精密機器の耐衝撃性-デバイス材料としても使用されます。

発泡金属に関する国内研究は1980年代に始まったばかりです。 10年以上の調査と研究の後、南東大学、Guizhou科学アカデミー、大連理工大学、南西アルミニウム加工工場などのいくつかの研究ユニットは、最初に発泡金属の製造方法を習得しました。 その中で、南東大学と貴州科学アカデミーは最も進んでいます。 特に、貴州科学アカデミーは、安価な発泡剤を使用した直接発泡法を使用することにより、大規模な-スケールのアルミニウム発泡プロファイルを作成することに成功しました。 中国科学院音響研究所および他のユニットによるテストの後、吸音、遮蔽、衝撃吸収および耐衝撃効果、比重および他の性能指標は、同様の外国製品の指標に達しました。 現在、南東大学は発泡金属の調製と特性に関する研究に非常に積極的です。 彼らは主に浸透法による発泡アルミニウムの調製に焦点を当てており、浸透法のシミュレーション実験を実施し、浸透法による発泡アルミニウムを調製した。 河北工業大学のポリマー複合材料は、細孔-形成剤を添加することにより、高融点-溶融鉄フォームの調製に成功し、満足のいく結果を達成しました。

発泡金属の製造に関しては、発泡法、冶金法、浸透法などの国内研究が多く、基本的には外国の先進国の水準に追いついているが、連続生産法の研究は未だ空白であり、国内の状況に適応するように開発する必要があります。 連続生産方式。

理論性能は国内研究が比較的早く、発泡金属の構造パラメータの測定、騒音低減性能、水中吸音性能、制振性能など、基本的に国際的な研究分野です。多くの研究が行われ、かなりの結果を達成しました。 発泡金属の細孔の数は膨大であり、サイズは異なります。 これらの構造パラメータを手動で測定することは非常に困難です。 文献では、発泡金属のグラフィック情報がコンピュータに入力され、データ処理が実行されて、細孔の平均直径および細孔サイズ分布が測定される。 それは発泡金属の構造パラメータを測定する問題を解決します。 発泡金属は、高エネルギー吸収シードを備えた一種の軽量で高減衰の材料です。 その減衰特性は、ひずみ振幅と密接に関連する非線形内部摩擦ですが、ひずみ周波数とは有意な関係がありません。 この分野の研究は1998年に海外でのみ報告されました。

アプリケーションに関しては、国内の研究はほとんどありません。 理論的性能に関する研究は多くの応用の可能性を提案しましたが、それは応用開発から切り離されており、発泡金属の応用に関する報告はありません。

2.発泡鉄の調合状況

発泡金属は50年近くの歴史がありますが、発泡金属の研究開発は主に軽金属に基づいており、特に発泡アルミニウムの研究は最も広範囲に及んでいます。 これは、アルミニウムとその合金の融点が低く、鋳造特性が良好で、溶融金属の取り扱いが容易なためです。 さらに、発泡金属の製造に使用できる材料には、cu、Zn、およびそれらの合金などの低融点金属が含まれますが、これらの材料は発泡アルミニウムの研究開発よりもはるかに広範ではありません。

高融点発泡金属の研究には、主にNi -ベース、Ti -ベース、D -ベースの合金があり、製造方法は主に粉末冶金焼結です。 この点に関する報告は、薄い多孔質電極を製造するためのNi-ベースの合金の使用など、近年になって初めて登場しました。

発泡鉄に関する調査報告はさらにまれであり、台湾の金発泡金属を含む鉄-に関する関連報告はわずかしか見つかりません。1つはCu-Feです。 粉末冶金焼結によって得られるFe含有量（質量分率）が60％から80％、cuが10％から30％であり、その気孔率が10％から35％であるsn発泡金属の製造。 [3U]; 別のFe-Cr-AI。 RE Taijin、Feは70％〜80％を占め、これも焼結法で製造され、Feは繊維の形で存在します」;また、Fe粉末と別の金属粉末が粘着性の樹脂グリッド構造に付着し、焼結して得られます電極として使用される薄い金属フォームシート。また、焼結法による鉄フォームの調製や中空ボール法による鉄フォームの調製に関する報告もありますが、普及していません。 。

一言で言えば、高融点の鉄の泡の準備と適用はまだ始まったばかりであり、方法は比較的複雑で単純です。 したがって、できるだけ早く使用するために、高-溶融鉄フォームおよびその他の高-溶融-点金属およびそれらの合金の調製方法を研究および開発する必要があります。多くの特別な特性を持つこの機能性材料は、人類に貢献しています。

3.発泡金属の特性と用途

発泡金属には多くの穴があるため、穴のサイズ、数、均一性、接続性、および閉鎖がその性能に影響を与えます。

3.1構造パラメータと特性

1）気孔サイズ：気孔サイズは一般に、発泡金属の基本的なパラメータである気孔の平均直径を指します。 発泡金属の細孔径は一般に大きく、0.1〜1 0 mm以上です（一般に、粉末冶金金属の開口部は0.3mm以下です）。

2）総気孔率、有効気孔率：総気孔率とは、総体積（計量法で求めることができる）に対する細孔が占める体積の比率を指します。 すべての細孔が相互に接続されているわけではないため、接続された細孔の総体積に対する比率は、有効気孔率と呼ばれます。 すべての細孔が接続されている場合にのみ、合計L気孔率は有効L気孔率に等しくなります。 発泡金属の気孔率は比較的高く、その気孔率は40％から90％の間です。

３）貫通気孔率：任意のセクションの平均細孔チャネル直径に対する平均細孔チャネル直径の比は、貫通多孔度である。

4）比重と比表面積：発泡金属の比重は軽い。 通常、同じ量の金属の1 / 10〜3/5のみです。 その比表面積はより大きく、10-40cm²/cm³です。

3.2性能特性

3.2.1軽量で比重が小さい

金属マトリックスには多くの大小の穴が存在するため、この材料は明らかに軽量です。 比重は小さいです。 発泡アルミニウムの比重は{{0}}。2〜0.5 g / cmの範囲であり、その平均値はアルミニウムの1/10にすぎません。

3.2.2機械的性質

発泡金属の引張強度は比較的低いです。 比強度も比較的低いですが、圧縮強度と曲げ強度は高くなっています。 発泡アルミニウムの引張強度はアルミニウムの約1/100であり、比強度はアルミニウムの約1/10です。 発泡アルミニウムは分離性が低い。 たとえば、発泡アルミニウムは金属アルミニウムのような延性がなく、圧力下での塑性変形はほとんど発生しません。 曲げ試験で測定した発泡アルミニウムの弾性率は、アルミニウム合金の弾性率の約1 / 50〜1/100です。

3.2.3衝撃エネルギー吸収特性

発泡金属材料は、独自のネットワーク、非-方向性多孔質構造を持ち、リバウンド効果はありません。 この材料の応力-ひずみ試験により、そのひずみは応力よりも強く遅れていることがわかります。圧縮応力-ひずみ曲線E線長いプラトーを含む発泡金属は材料です。衝撃エネルギー吸収性が高い。

3.2.4熱物理特性

発泡金属は一般に耐熱性が高く、基合金の融点に達しても溶解しません。 たとえば、ALMAG合金の温度範囲は560〜640です。 Cですが、ALMAG合金フォーム合金は大気中で1400に加熱されます。 Cも溶けません。

3.2.5伝送性能

透過性は、スルー-セル発泡金属のフォーク-特性です。 発泡金属の細孔構造の調整（多孔性、細孔サイズ、多孔性など）による。 さまざまな透磁率要件を持つ発泡金属材料を入手できます。

3.2.6音響と電気

スルー-ホールメタルフォームの場合、音波が金属表面に接触すると、拡散反射によってメタルフォームの穴に入り、金属の内部振動が音響エネルギーを熱エネルギーに変換します。騒音低減における役割。 発泡金属の試験には電磁波を使用しましたが、発泡金属は電磁波を吸収する効果もあることがわかり、発泡金属は電磁波を遮蔽する効果もありました。

3.3発泡金属の塗布

上記の様々な種類の発泡金属を考慮すると、発泡金属の多くの対応する応用分野が存在する。 アプリケーションの必要性は、この新しいタイプの材料の開発の重要性でもあります。

3.3.1優れた熱物理特性を利用する

発泡金属は比表面積が大きく、スルー-セル発泡金属用の熱交換器やラジエーターの製造に使用できます。 クローズド-セル発泡金属の場合、断熱材として使用できます。

3.3.2衝撃エネルギー吸収特性を活用する

これは、緩衝材やショックアブソーバーの製造における発泡金属の重要な用途の1つです。 その用途は、自動車の衝撃バッフルから宇宙船の着陸装置まで多岐にわたり、エレベータ、コンベヤの安全パッド、および-高速グラインダーシールドのエネルギー吸収ライニングでの使用に成功しています。 。

3.3.3透過性の利用

発泡金属の透磁率を利用して、フィルターの重要な材料として使用できます。 粉末冶金多孔質金属と比較して、細孔径が大きく多孔性が高いという特徴があり、フィルターは液体、空気、その他の気流から固体粒子をろ過するために使用できる幅広い用途があります。

3.3.4音響および電磁気特性の使用

発泡金属の吸音特性を利用し、主に蒸気発電所、空気圧工具、自動車などの減衰マフラーなどの騒音低減や騒音低減に使用されています。日本では、高速-高速列車発電機室、ラジオ録音スタジオ、および新館線の吸音。

3.3.5その他の用途

バブルメタルは、建物の内外装装飾部品、カーテンウォール、壁などの建設業界でも使用できます。 コンピュータスタンドとしても使用できます。 さまざまな包装箱など…発泡金属の耐火性を利用して、建設業などの耐火物に使用できます。 またはその穴を処理することにより、難燃性材料に使用できます。 化学工業では、触媒担体として使用できます。 さらに、発泡金属は多孔質電極としても使用できます。

要約すると、発泡金属の用途は非常に広く、建設業界、航空業界、コンピューター業界、輸送および包装業界などの多くの分野で使用でき、発泡金属の製造プロセスとその研究の継続的な改善と開発継続的な深化に伴い、発泡金属の応用分野は拡大を続けています。 したがって、発泡金属の研究開発は、実用的な価値が非常に高い。