Обработка металлов

Синергетический подход к разработке легкого пористого металлического пеноматериала на основе алюминия с использованием литейно-металлургического метода

Том 25, № 4 Октябрь - Декабрь 2023

Авторы:

Шарма Шиам Сандер,

Хатри Рахул,

Йоши Анураг

DOI: http://dx.doi.org/10.17212/1994-6309-2023-25.4-255-267

Скачать полный текст (RU)

Интерактивный просмотр (RU)

Скачать полный текст (EN)

Интерактивный просмотр (EN)

Аннотация
Авторы
Список литературы

Аннотация

Введение. Представлен синергетический подход к разработке легкого алюминиевого металлического пенопласта литейно-металлургическим методом и протестированы различные механические свойства и микроструктура. Цель данного исследования обусловлена постоянным промышленным спросом на легкие материалы и возросшим исследовательским интересом к пористым подложкам главным образом из-за их уникальных свойств. Материалы и методы. Для создания металлической алюминиевой пены использовали литейно-металлургический метод, заключавшийся во введении в расплав алюминия карбоната кальция в качестве вспенивающего агента с последующим вспениванием для достижения желаемой взаимосвязанной пористой микромасштабной среды в рамках подложки из металлической пены. Результаты и обсуждение. В качестве результатов заявлен комплекс физических свойств, таких как объемная плотность (1,8 г/см³), относительная плотность (0,67 г/см³) и пористость (30 %) разработанных металлопен на основе алюминия. Разработанная металлическая пена имеет соотношение прочности к весу на 67 % выше, чем у основного материала. Кроме того, результаты автоэмиссионной сканирующей электронной микроскопии разработанной металлической пены подтверждают наличие структуры порового пространства с размером пор от 0,075 до 1,43 мм. Энергодисперсионная спектроскопия подтвердила наличие желаемых элементов с минимальным загрязнением в разработанных подложках из алюминиевой пены. Металлопена демонстрирует более высокую прочность на сжатие (607 кН) по сравнению с основным металлом (497 кН). Механические характеристики разработанной подложки из металлопены (твердость, прочность на сжатие и энергия удара) имеют ожидаемые значения по сравнению с основным материалом. В целом разработанная подложка из алюминиевой пены открыла многообещающий путь к разработке высокоэффективной легкой металлической пены для изготовления демпфирующих элементов и использования в акустике.

Ключевые слова: Металлическая пена, литейно-металлургический метод, пористая пена, легкий материал

Список литературы

1. Comparative study of stir casting and infiltration casting of expanded glass-aluminium syntactic foams / S. Broxtermann, M.M. Su, H. Hao, T. Fiedler // Journal of Alloys and Compounds. – 2020. – Vol. 845. – P. 155415. – DOI: 10.1016/j.jallcom.2020.155415.

2. Banhart J. Light?metal foams history of innovation and technological challenges // Advanced Engineering Materials. – 2013. – Vol. 15 (3). – P. 82–111. – DOI: 10.1002/adem.201200217.

3. Banhart J., Seeliger H.?W. Aluminium foam sandwich panels: manufacture, metallurgy and applications // Advanced Engineering Materials. – 2008. – Vol. 10 (9). – P. 793–802. – DOI: 10.1002/adem.200800091.

4. Investigation on the effect of aluminium foam made of A413 aluminium alloy through stir casting and infiltration techniques / R. Karuppasamy, D. Barik, N.M. Sivaram, M.S. Dennison // International Journal of Materials Engineering Innovation. – 2020. – Vol. 11 (1). – P. 34–50. – DOI: 10.1504/IJMATEI.2020.104790.

5. Sharma S.S., Rajpoot Y.S. Development of aluminum metal foam using blowing agent // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2018. – Vol. 377 (1). – P. 012150. – DOI: 10.1088/1757-899X/377/1/012150.

6. Ghaleh M.H., Ehsani N., Baharvandi H.R. High-porosity closed-cell aluminum foams produced by melting method without stabilizer particles // International Journal of Metalcasting. – 2021. – Vol. 15. – P. 899–905. – DOI: 10.1007/s40962-020-00528-w.

7. Farahani M.R., Rezaei Ashtiani H.R., Elahi S.H. Effect of zinc content on the mechanical properties of closed-cell aluminum foams // International Journal of Metalcasting. – 2022. – Vol. 16 (2). – P. 713–722. – DOI: 10.1007/s40962-021-00635-2.

8. Byakova A.V., Gnyloskurenko S.V., Nakamura T. Effect of CaCO3 foaming agent at formation and stabilization of Al-based foams fabricated by powder compact technique // Materials Transactions. – 2017. – Vol. 58 (2). – P. 249–258. – DOI: 10.2320/matertrans.M2016314.

9. Closed cell ZA27–SiC foam made through stir-casting technique / D.P. Mondal, M.D. Goel, N. Bagde, N. Jha, S. Sahu, A.K. Barnwal // Materials & Design. – 2014. – Vol. 57. – P. 315–324. – DOI: 10.1016/j.matdes.2013.12.026.

10. Fabrication, properties, and applications of open-cell aluminum foams: A review / W. Tan, Y. Liu, C. Zhou, X. Chen, Y. Li // Journal of Materials Science & Technology. – 2021. – Vol. 62. – P. 11–24. – DOI: 10.1016/j.jmst.2020.05.039.

11. Improvements in stabilisation and cellular structure of Al based foams with novel carbonate foaming agent / A. Byakova, A. Sirko, K. Mykhalenkov, Yu. Milman, S. Gnyloskurenko, T. Nakamura // High Temperature Materials and Processes. – 2007. – Vol. 26 (4). – P. 239–246. – DOI: 10.1515/HTMP.2007.26.4.239.

12. Singh Sh., Bhatnagar N. A survey of fabrication and application of metallic foams (1925–2017) // Journal of Porous Materials. – 2018. – Vol. 25. – P. 537–554. – DOI: 10.1007/s10934-017-0467-1.

13. Naeem M.A., Gábora A., Mankovits T. Influence of the manufacturing parameters on the compressive properties of closed cell aluminum foams // Periodica Polytechnica Mechanical Engineering. – 2020. – Vol. 64 (2). – P. 172–178. – DOI: 10.3311/PPme.16195.

14. Research on dynamic accumulation effect and constitutive model of aluminum foams under dynamic impact / H. Gao, C. Xiong, J. Yin, H. Deng // International Journal of Metalcasting. – 2019. – Vol. 13 (1). – P. 146–157. – DOI: 10.1007/s40962-018-0245-0.

15. Binesh F., Zamani J., Ghiasvand M. Ordered structure composite metal foams produced by casting // International Journal of Metalcasting. – 2018. – Vol. 12. – P. 89–96. – DOI: 10.1007/s40962-017-0143-x.

16. Bolat Ç., Akgün I.C., Göksenli A. Effect of aging heat treatment on compressive characteristics of bimodal aluminum syntactic foams produced by cold chamber die casting // International Journal of Metalcasting. – 2022. – Vol. 16 (2). – P. 646–662. – DOI: 10.1007/s40962-021-00629-0.

17. Temiz A., Yasar M., Koç E. Fabrication of open-pore biodegradable magnesium alloy scaffold via infiltration technique // International Journal of Metalcasting. – 2022. – Vol. 16. – P. 317–328. – DOI: 10.1007/s40962-021-00604-9.

18. Influences of cell size, cell wall thickness and cell circularity on the compressive responses of closed-cell aluminum foam and its FEA analysis / K.S. Verma, D. Muchhala, S.K. Panthi, D.P. Mondal // International Journal of Metalcasting. – 2022. – Vol. 16 (2). – P. 798–813. – DOI: 10.1007/s40962-021-00627-2.

19. Chen K., Guo L., Wang H. A review on thermal application of metal foam // Science China Technological Sciences. – 2020. – Vol. 63 (12). – P. 2469–2490. – DOI: 10.1007/s11431-020-1637-3.

20. Tan P.J., Reid S.R., Harrigan J.J. On the dynamic mechanical properties of open-cell metal foams A re-assessment of the ‘simple-shock theory’ // International Journal of Solids and Structures. – 2012. – Vol. 49 (19–20). – P. 2744–2753. – DOI: 10.1016/j.ijsolstr.2012.03.026.

21. An experimental investigation into the quasi-static compression behavior of open-cell aluminum foams focusing on controlling the space holder particle size / M. Hajizadeh, M. Yazdani, S. Vesali, H. Khodarahmi, T.M. Mostofi // Journal of Manufacturing Processes. – 2021. – Vol. 70. – P. 193–204. – DOI: 10.1016/j.jmapro.2021.08.043.

Для цитирования:

Шарма Ш.С., Хатри Р., Йоши А. Синергетический подход к разработке легкого пористого металлического пеноматериала на основе алюминия с использованием литейно-металлургического метода // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2023. – Т. 25, № 4. – С. 255–267. – DOI: 10.17212/1994-6309-2023-25.4-255-267.

For citation:

Sharma S.S., Khatri R., Joshi A. A synergistic approach to the development of lightweight aluminium-based porous metallic foam using stir casting method. Obrabotka metallov (tekhnologiya, oborudovanie, instrumenty) = Metal Working and Material Science, 2023, vol. 25, no. 4, pp. 255–267. DOI: 10.17212/1994-6309-2023-25.4-255-267. (In Russian).

Просмотров: 1111

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Синергетический подход к разработке легкого пористого металлического пеноматериала на основе алюминия с использованием литейно-металлургического метода