ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 25 № 4 2023 28 ТЕХНОЛОГИЯ уплотняют прессованием. Процесс уплотнения может быть реализован горячим изостатическим прессованием, горячим компактированием, экструзией и прокаткой порошковой смеси. Выбор способа уплотнения зависит от требуемой конечной формы. Уплотнять материал следует до начала пластической деформации частиц порошка. Уплотненный металлический порошок содержит мелкие поры и трещины, которые могут затруднить процессы вспенивания [27]. Термическая обработка проводится при температуре ниже температуры плавления металлического порошка. При выборе пенообразователя важно следить за тем, чтобы температура его плавления была ниже температуры плавления металлического порошка. Во время термической обработки пенообразователь, который равномерно распределяется в объеме расплава, разлагается. Выделяющийся газ вынуждает исходный материал расширяться, формируя высокопористую структуру. В полутвердом металле расширение происходит быстро, но пузырьки схлопываются, поэтому для фиксирования структуры пены требуется быстрое охлаждение. Таким способом изготавливается весь объем материала из металлической пены. Стабильность пены из алюминиевого сплава можно повысить, добавив в порошковую смесь Mg. После добавления Mg частицы Al2O3 на границе раздела более полно встраиваются в стенки пор [28]. Контролируемыми параметрами процесса являются содержание пенообразователя, температура и скорость нагрева. Они являются общими при производстве металлической пены. Какой процент пористости и какая относительная плотность потребуются, зависит от параметра процесса. TiH2 является наиболее популярным пенообразующим агентом, поскольку его температура плавления близка к температуре плавления алюминиевого сплава. Гидрид титана дорог и опасен при обращении с ним ввиду риска возгорания из-за выделения газообразного водорода при распаде TiH2, поэтому был предложен еще один пенообразователь – карбонат кальция [29]. При определении характеристик CaCO3 и TiH2 как пенообразователей было обнаружено, что металлическая пена при использовании CaCO3 имеет более тонкую и однородную пористую структуру [30]. CaCO3 используется в качестве пенообразователя при получении пен из магниевых сплавов. Однако только лишь из Mg и CaCO3 невозможно получить пенометалл с адекватной структурой, потому что CaCO3 может разложиться с выделением CO2 до того, как расплавится Mg, что приведет к двум последствиям: исходный материал может растрескаться и может произойти реакция между выделившимся CO2 и Mg. Поэтому необходимо понизить температуру плавления исходного материала, добавив Al и Zn, чтобы CaCO3 прореагировал с расплавленным Mg и не произошло растрескивания материала [31]. Металлическую пену в форме цилиндра получают методом горячей экструзии порошков (пресс-машина) и вспенивания, при которых пытаются определить относительную плотность и энергию деформации пены. Порошок алюминиевого сплава с пенообразователем нагревают выше температуры его плавления в форме для вспенивания и получают относительную плотность 0,22. Плотность металлической пены снижается по мере увеличения скорости формования [32]. Алюминиевая пена, изготовленная этим методом, имеет равномерно пористую структуру и относительную плотность на 20 % меньше по сравнению с твердым алюминием, а относительная плотность стальной пены на 40 % меньше, чем у твердой стали. Эта пористость помогает во время деформации, т. е. поглощает механическую энергию, сжимая поры [33]. Расширение изолированного газа Эту концепцию разработал Мартин (Martine). Процесс используется редко из-за сложной обработки. Смесь основного материала заключают в оболочку, замещают воздух α-стабилизирующим газом, например аргоном, и герметизируют ее. Затем наполненную оболочку помещают в газостат и подвергают горячему изостатическому сжатию, тем самым достигая плотности 95 %. На следующем этапе полуфабрикат прокатывают и на заключительном этапе подвергают нагреву в печи. Поскольку оболочка герметична, то заключенный в пространстве между частицами порошка аргон начинает расширяться и изнутри еще больше консолидировать частицы основного металла, образуя перегородки будущей пены. Пористость полученного таким способом по-
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1