Παραγωγή μεταλλικού αφρού αλουμινίου με μέθοδο υγρής μεταλλουργίας
Creators: name: Αρβανιτίδης, Απόστολος Γεωργίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2018
Subjects: Μεταλλικοί αφροί αλουμινίου
Μέθοδοι παραγωγής
Υγρή μεταλλουργία
Aluminum metal foam
Production methods
Liquid metallurgy

description: Με βάση την μέθοδο των εταιριών Alcan και Norsk Hydro της εμφύσησης αερίου μέσω ακροφυσίων στον πυθμένα ενός δοχείου με τήγμα μετάλλου, επιχειρήθηκε και εξετάστηκε μια πρωτότυπη παραλλαγή αυτής. Σκοπός του πειράματος ήταν η απλούστευση της διαδικασίας, αφαιρώντας την διάταξη εμφύσησης αερίου και εισάγοντας τον αέρα με φυσικό τρόπο υπό συγκεκριμένες συνθήκες. Η εδραιωμένη μέθοδος των Alcan και Norsk Hydro περιλαμβάνει στη τεχνική της την βίαιη και συνεχή προσαγωγή του αερίου, το οποίο διαμορφώνεται σε φυσαλίδες εντός του τήγματος και στη περίπτωση των περιστρεφόμενων ακροφυσίων δημιουργεί μια δίνη στο τήγμα. Αυτό επιφέρει την ανάγκη για γρήγορη και συνεχή εξισορρόπηση δυνάμεων εντός ενός, στη καλύτερη περίπτωση, μετασταθή συστήματος. Θέλοντας να μεταφέρουμε τη δημιουργία της φυσαλίδας και τα ροϊκά φαινόμενα που την συνοδεύουν, από το εσωτερικό του τήγματος, κατευθείαν στο πυθμένα του καλουπιού και μακριά από την επιφάνεια, ώστε να δώσουμε μεγαλύτερη διαδρομή στη φυσαλίδα έως ότου φθάσει στην επιφάνεια, αλλά κυρίως εντός ενός πιο “ήρεμου” τήγματος, δοκιμάστηκε η δημιουργία αφρού μέσω της αποστράγγισης του τήγματος από οπή ενός αεροστεγώς σφραγισμένου καλουπιού. Στη περίπτωση μας για να μπορέσει ο αέρας να εισέλθει εντός του καλουπιού θα πρέπει πρώτα να δημιουργηθεί υποπίεση που οφείλεται στη μείωση της ποσότητας και συνεπώς του όγκου του τήγματος λόγο της εξόδου αντίστοιχης ποσότητας σε μορφή σταγόνας. Η βαρύτητα, η πυκνότητα, το ιξώδες, η επιφανειακή τάση είναι παράγοντες που επιδρούν και θα μας απασχολήσουν. Το φαινόμενο αφήνεται να εξελιχθεί σταγόνα σταγόνα μέχρι να στραγγίσει το καλούπι. Απώτερος στόχος είναι η μείωση του κόστους της διεργασίας, λόγο της εξαίρεσης των διατάξεων προσαγωγής αέρα. και ο έλεγχος της δυνατότητας λήψης αφρών καθαρού αλουμινίου, που βάση της βιβλιογραφίας δεν μπορούν να ληφθούν αφροί με την μέθοδο αυτή. [1] Στη πορεία της προαναφερόμενης πειραματικής διαδικασίας παρατηρήθηκαν οι ιδιαίτερες ιδιότητες ενός υλικού που αρχικός χρησιμοποιήθηκε για λόγους στεγανοποίησης (φλάντζα). Το υλικό ήταν μίγμα οξειδίων του πυριτίου και του μαγνησίου σε αφρώδες μορφή. Οι δύο σημαντικές ιδιότητες, της αντοχής σε υψηλή θερμοκρασία και της εύκολης διάλυσης μετά το ψήσιμο, διερευνήθηκαν και εξετάστηκαν διεξοδικά. Κατόπιν επιχειρήθηκε η παραγωγή αφρών με τη μέθοδο της χύτευσης γύρω από σωματίδια κατακράτησης χώρου, χρησιμοποιώντας το υλικό αυτό στη θέση των σωματιδίων. Σκοπός ήταν η παραγωγή ποιοτικών χυτών με εύκολη απομάκρυνση των σωματιδίων κατακράτησης χώρου και ελεγχόμενη ομοιόμορφη κατανομή πόρων, με συγκεκριμένο σχήμα και μέγεθος, βάση επιλογής. Αφού μελετήθηκαν οι παράμετροι βελτιστοποίησης της επίσης πρωτότυπης διαδικασίας, εξετάστηκαν οι παραγόμενοι αφροί ως προς την μορφολογίας τους και τις μηχανικές τους ιδιότητες.
description: Based on the method of Alcan and Norsk Hydro, about foam production directly from an aluminium melt by blowing gas through nozzles to the bottom of a vessel. A variation of the method was attempted and examined. The purpose of the experiment was to simplify the process by removing the gas blowing device and introducing the air in a natural manner under certain conditions. The established method of Alcan and Norsk Hydro involves in its technique the violent and continuous gas supply. Τhe gas is bubbled into the melt and in the case of the rotating nozzles, generates a vortex in the melt. This brings about the need for rapid and constant balancing of forces, and in the best case we could have a metastable system. Trying to transfer bubble formation and the accompanying phenomena from the inside of the melt to the bottom of the mold and away from the surface, we examined a technique were foam formation was attempted by draining the melt through a hole of an airtight sealed mold. That way we can give a bigger path to the bubble until it reaches the surface, but mostly inside a more "calm" melt. In our case, in order to allow the air to enter the mold, a vacuum must first be created due to the decrease of the quantity and consequently the melt volume, this happens every time we have a drop of a corresponding amount of melt. Gravity, density, viscosity, surface tension, are factors that affect the process and concern us. The effect is allowed to develop drop by drop until the mold is drained. The main objective is to reduce the cost of the process due to the exclusion of air supply devices and also to check the possibility to obtain pure aluminum foams. Based on the literature pure aluminum foams cannot be obtained by the Alcan method. During the aforementioned experimental procedure, the particular properties of a material were observed. Τhis material was initially used for sealing purposes (flange). The material was a mixture of silicon oxide and magnesium oxide in a foamed form. The two important properties of high temperature resistance and easy disintegration after baking were investigated and thoroughly examined. Then, foam production was attempted by casting around space holder particles, using this material in place of the particles. The aim was to produce quality castings with easy removal of the space holder particles and a controlled uniform distribution of pores, with a specific shape and size, based on our choice. After studying the optimization parameters of the process, the foams were examined for their morphology and mechanical properties.