PL233835B1 - Sposob wytwarzania pian z cieklego aluminium - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania pian o szczególnych właściwościach. Piany te wytwarza się ze stopów aluminiowych z zawartością cząstek ceramicznych.

Rozwiązanie dotyczy stosowania aluminium i stopów aluminium z zawartością cząstek ceramicznych do wytwarzania różnych wyrobów pianowych, w szczególności elementów konstrukcyjnych np. paneli izolacyjnych stosowanych na statkach morskich, które w przypadku przekroczenia temperatury topnienia aluminium, np. podczas pożaru, nie będą stanowić strugi lejącego się ciekłego metalu.

Elementy konstrukcyjne ze spienionych metali są wytwarzane według różnych technologii i mają różnorodne zastosowanie. Wspólną właściwością spienionych stopów metali jest ich niewielki ciężar właściwy, tj. stosunek ciężaru do objętości, oraz stosunkowo duża sztywność, wytrzymałość i stabilność mechaniczna, jak również niewielka przewodność elektryczna i cieplna, a także właściwość tłumienia dźwięków. W zależności od stosowanej technologii wytwarzane są piany metalowe z zamkniętymi lub otwartymi porami, określane ogólnie jako struktury porowate. Również wewnątrz pianowego elementu konstrukcyjnego mogą znajdować się obszary z porami o różnej wielkości, oraz ze ściankami o różnej grubości. Piany metalowe mogą być wytwarzane w postaci struktur przekładkowych, zaopatrzonych w warstwy zewnętrzne z blachy, względnie mogą być nimi wypełniane przestrzenie ograniczone ściankami tworzącymi tzw. struktury skrzynkowe.

W metalurgii wytwarzania piany metalowej stosuje się często stopy metali, do których wprowadza się dodatki podwyższające lepkość. Najczęściej stosowanymi są technologie wytwarzania piany uwzględniające dodatki do metalu środków porotwórczych, rozkładających się w określonej temperaturze i wytwarzających gaz tworzący pianę. Jako środki porotwórcze stosowane są przeważnie wodorki metali, węglany, wodziany (hydraty), sproszkowane substancje organiczne, związki azotowe, azotki, wodorotlenki, kwaśne węglany, względnie mieszanki tlenków z węglem, wytwarzające w wysokiej temperaturze gazy.

Z niemieckiego opisu patentowego nr DE 4424157 znane są piany metalowe o anizotropowej przewodności cieplnej i elektrycznej.

Z amerykańskiego opisu patentowego nr US 3790365 znany jest sposób wytwarzania piany metalowej, polegający na takim prowadzeniu rozpadu środka pianotwórczego w ciekłym metalu, aby nastąpiło rozprężanie masy metalu z wydzielającym się gazem wytwarzającym pory. Rozprężanie to uzyskuje się przez wprowadzenie specjalnego dodatku do środka pianotwórczego, który w płynnym metalu powoduje rozprężenie i wytwarzanie się piany metalowej, przy czym w celu opadnięcia tej piany stosuje się wielokrotne rozpienianie i mieszanie. Sposób ten umożliwia wytwarzanie dobrej jakości pian ze stopów na bazie cynku. Jako środki spieniające i rozprężające stosuje się wodorek tytanu w ilości od 0,1 do 1,5% wagowo, przy czym proces spieniania prowadzi się w temperaturze od 475 do 500°C.

Należy również podkreślić fakt, że znane i stosowane technologie zakładają obligatoryjne wykorzystywanie różnego rodzaju substancji spieniających metale.

Celem wynalazku jest opracowanie prostego i skutecznego sposobu wytwarzania elementów konstrukcyjnych ze spienionych stopów aluminium z dodatkiem cząstek ceramicznych, które po osiągnięciu temperatury wyższej od temperatury topnienia metalu, np. wskutek pożaru, nie będą stanowiły kolejnego potencjalnego źródła pożaru - tzn. nie będą płynne.

Istota wynalazku dotyczącego sposobu wytwarzania pian z ciekłego aluminium polega na tym, że do ciekłego aluminium dodaje się cząstki ceramiczne i wdmuchuje się gaz, po czym dokonuje się modyfikacji termicznej w procesie wygrzewania w temperaturze przekraczającej temperaturę topnienia aluminium i czasie co najmniej 0,5 h.

Proces wygrzewania realizowany jest w temperaturze od 650 do 1750°C.

Czas procesu wygrzewania piany, który zależy od temperatury wygrzewania, wynosi 0,5-10 h.

Po uformowaniu i wystudzeniu do temperatury otoczenia pianę poddaje się procesowi cyklicznego wygrzewania do temperatury 1250°C.

Proces wygrzewania uformowanej piany realizowany jest co najmniej dwukrotnie.

Badania, które doprowadziły do rozwiązania, w którym nie używa się substancji spieniających metale, wykazały nieoczekiwanie, że można osiągnąć szczególne właściwości pian, np. w warunkach przekroczenia temperatury topnienia stopu aluminiowego będącego składnikiem pianowych elementów konstrukcyjnych, co może mieć miejsce np. na statku podczas pożaru, i dzięki tym szczególnym własnościom pian można wręcz wyeliminować potencjalne kolejne źródła pożaru. Cel wynalazku osiągnięto

PL 233 835 B1 drogą wytworzenia specyficznej budowy wewnętrznej piany metalowej. Po osiągnięciu temperatury topnienia pianowych elementów konstrukcyjnych, w miejscu ich montażu pozostaje zamiast strugi lejącego się metalu tylko sproszkowany metal lub nienaruszona struktura pianowa w stanie stałym. W temperaturze przekraczającej temperaturę topnienia metalu struktura piany pozostaje nienaruszona, co związane jest z budową wewnętrzną ścianek (pęcherzy) porów, wynikającą z proporcji udziału faz stałej i ciekłej gwarantujących nieciągłość fazy ciekłej metalu znajdującego się w pianie.

Do korzystnych skutków wytwarzania pian według wynalazku należy zaliczyć, w stosunku do klasycznych pian wytwarzanych z aluminium, wyeliminowanie środków pianotwórczych a także zachowanie stabilności kształtu elementów wytworzonych z tych pian, zwłaszcza w temperaturze przekraczającej temperaturę topnienia składnika metalicznego piany, co jest wynikiem zastosowania cyklicznego wygrzewania wysokotemperaturowego.

Wyroby na bazie stopów aluminium z dodatkiem cząstek ceramicznych, wytworzone sposobem według wynalazku, stanowią stabilny porowaty materiał odporny na destrukcję, mający znaczenie w ochronie pożarowej konstrukcji morskich i budowlanych.

P r z y k ł a d I

Wytworzenie piany, według wynalazku, polega na wdmuchiwaniu powietrza do ciekłego aluminium z krzemem o zawartości 7 części wagowych i temperaturze 700°C, zawierającego 15 części wagowych cząstek węglika krzemu o wielkości 10-20 μm, a po ukształtowaniu z piany gotowego elementu zostaje on schłodzony do temperatury otoczenia. Następnie wytworzony element pianowy poddaje się wygrzewaniu w piecu komorowym w temperaturze 850°C przez 90 minut, po czym element pianowy zostaje schłodzony do temperatury otoczenia a następnie poddany zostaje ponownemu procesowi wygrzewaniu w temperaturze 850°C przez 90 minut, po czym ponownie zostaje schłodzony.

P r z y k ł a d II

Wytworzenie piany, według wynalazku, polega na wdmuchiwaniu powietrza do ciekłego aluminium z krzemem o zawartości 11 części wagowych i temperaturze 690°C, zawierającego 18 części wagowych cząstek węglika krzemu o wielkości 10-20 μm, a po ukształtowaniu z. piany gotowego elementu zostaje on schłodzony do temperatury otoczenia. Następnie wytworzony element pianowy poddaje się wygrzewaniu w piecu komorowym w temperaturze 950°C przez 30 minut, po czym element pianowy zostaje schłodzony do temperatury otoczenia a następnie poddany zostaje ponownemu procesowi wygrzewaniu w temperaturze 950°C przez 30 minut, po czym ponownie zostaje schłodzony.

Zastrzeżenia patentowe

Claims (5)

1. Sposób wytwarzania pian z ciekłego aluminium, polegający na wdmuchiwaniu gazu do ciekłego aluminium oraz odbiorze i wystudzeniu, piany, znamienny tym, że do ciekłego aluminium dodaje się cząstki ceramiczne i wdmuchuje się gaz, po czym dokonuje się modyfikacji termicznej w procesie wygrzewania w temperaturze przekraczającej temperaturę topnienia aluminium i czasie co najmniej 0,5 h.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że proces wygrzewania realizowany jest w temperaturze od 650 do 1750°C.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że czas procesu wygrzewania piany, który zależy od temperatury wygrzewania, wynosi 0,5-10 h.

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że po uformowaniu i wystudzeniu do temperatury otoczenia pianę poddaje się procesowi cyklicznego wygrzewania do temperatury 1250°C.

5. Sposób według zastrz. 1 albo 3, znamienny tym, że proces wygrzewania uformowanej piany realizowany jest co najmniej dwukrotnie.