Возможности применения пеноалюминия

В последние годы проявляется повышенный интерес к двум пористым материалам на основе алюминия, обладающим многими привлекательными свойствами.

Материал с закрытыми порами, получаемый методом вспенивания расплавленного или полурасплавленного алюминия, называют закрытоячеистым пеноалюминием. Другой материал с открытыми порами, именуемый открытоячеистым (пористым) алюминием, получают методом литейного производства с использованием удаляемого наполнителя или путем гальванического покрытия на удаляемом затем пенополиуретане.

Закрытоячеистый пеноалюминий.

Свойства.

В ходе исследований пеноалюминия в Институте перспективных материалов им. Фраунгофера (Германия) установлено, что наряду с теплоизоляционными и звукопоглощающими свойствами пеноалюминий показывает при деформации сильно нелинейное поведение, характерное для пористых структур. Это свойство может быть использовано для демпфирования удара. Электрическая и термическая проводимости значительно меньше, чем у сплошного металла, но лежат в области свойств обычных металлических материалов. Как и вспененные пластмассы, металлические пены обладают отличными энергоабсорбирующими свойствами, но на более высоком уровне прочности. Широкая температурная область применения и негорючесть материала являются другими его преимуществами. Хорошая рециклируемость пеноалюминия представляет собой не менее ценный параметр. Материал хорошо обрабатывается пилением, сверлением, фрезерованием, обточкой. В качестве способов соединения могут быть использованы склеивание, пайка или специальная сварка.

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 используются:

  • для защиты от удара,
  • для повышения жесткости полых профилей, д
  • ля 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. В 1998 году на автошоу в детройте Вильгельм Карманн представил новинку, в которой при изготовлении кузова использовались трехслойные алюминиевые листы с алюминиевой пеной (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 стабильней. Трехмерные многослойные структуры усиливают жесткость рамы, из них можно изготавливать также заднюю стенку кузова и сидения. Карманн предлагает идею безопасного автомобиля XXI века, в котором 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) изготавливает из алюминиевой пены корпусные ненагруженные детали автомобилей и гасители бокового удара, которые закладываются в боковые дверцы. Плотность деталей из пеноа люминия - 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 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.

Открытоячеистый (пористый) алюминий.

Свойства.

Плотность пористого алюминия лежит обычно в диапазоне от 0,9 до 1,2 г/см3, что соответствует пористости от 55 до 67%. Механические свойства этого материала изучались до последнего времени не так интенсивно, как пеноалюминия. Механическое поведение его весьма близко к тому, какое имеют пены с закрытой пористостью: начальный, почти линейный подъем напряжения сменяется областью значительной пластической деформации и затем при очень большой деформации переходит в уплотнение всей структуры при соответствующих высоких усилиях. Они требуются, чтобы деформировать пористую структуру. Таким образом, материал обладает высокой жесткостью. Прочность на сжатие соответствует почти тем же значениям, что и у пеноалюминия.

Проницаемость.

Для многих сфер применения желательна контролируемая и управляемая проницаемость материала газами или жидкостями. 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.

Эти показатели 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.

Возможности применения.

Пористые металлы, например спеченная бронза, употребляются уже давно. Поэтому возможные области применения пористого алюминия аналогичны.

- Шумоглушители. Пористый алюминий используется в конструкциях шумоглушителей, в которых путем декомпрессии шум, возникающий от выхода газа, уменьшается (например, в пневматических установках и компрессорах). Шумогасящие элементы, изготовленные из неплотно спеченных порошков бронзы или стали, довольно дороги. Пористый алюминий, полученный литейным способом, может быть при изготовлении сочленен со сплошным металлом с резьбой, и соединение с выходом газа при этом становится простым. Первые технические испытания показали, что таким образом достигаются по крайней мере те же результаты, что и у спеченной бронзы.

- Фильтры. Область применения пористого алюминия в качестве фильтров довольно широка. Ими 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.

- 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). При подаче газа через пористые материалы его можно в распределенном виде барботировать в жидкость или с помощью воздушной подушки создать поверхность скольжения (воздушный подшипник). Наконец, пористый алюминий благодаря своей теплопроводности используется в конструкциях пламягасителей.

Источник:

 http://www.cosmus.ru/ автор: к.т.н. Цукров С.