2.1. Литейный способ

Анализ способов получения пеноалюминия по данным литературного обзора и патентного поиска показывает, что литейный (жидкофазный) способ получил наибольшее распространение, как наиболее производительный и дешевый [30].

Литейный процесс при этом включает следующие технологические операции:

приготовление расплава –

замешивание твердых загущающих (увеличивающих вязкость) частиц в расплав;

замешивание порофора в расплав или продувку расплава газом;

разливка пенящегося металла в форму;

затвердевание (кристаллизация) пенящейся массы в форме.

Основным недостатком литейного способа являются затруднение введения порофора в расплав из-за его поверхностного натяжения, плохой смачиваемости алюминиевым расплавом твердых частиц и порофора при замешивании. Получение пеноалюминия литейным методом (методом вспенивания расплава) является основой действующего в настоящее время производства, разработчиком которого является Научный центр фирмы Alcan(Канада).

Для вспенивания готовят расплав силумина (Al-Si), в который замешивают дисперсные частицы карбида кремния (SiС), создавая вязкую жидко-твердую массу. Вспенивание расплава производят путем вдувания воздуха, поступающего снизу в расплав из приспособления с мелкими отверстиями под давлением. Далее полужидкая масса вязкого пенометалла лентой конвейера поднимается вверх и протаскивается через плоский катализатор шириной 1220 миллиметров и высотой до 25,4 миллиметров с последующим охлаждением вентилятором отформованной алюминиевой полосы. Максимальная длина полосы достигает 15 метров, далее ее режут на панели, длиной 2,4 метра. На рисунке 10 изображена отливка, полученная литейным методом [2].

Рисунок 10 – Отливка из пеноалюминия, полученная литейным методом [31].

Главной особенностью пеноалюминия, произведенного по этой технологии, является низкая плотность (0,22 – 0,28 г/ ), что резко снижает физико-механические свойства пеноалюминия (прочность получается в диапазоне 0,4 – 1,4 кг/ ). Полученный материал очень хрупкий и обладает сравнительно малой упругостью и нулевой пластичностью [32].

2.2. Порошковый способ

В последнее время, получает применение порошковый (твердофазный) способ, который включает следующие технологические операции [2]:

приготовление порошковых смесей из матричного сплава и порофора;

получение спеченного прекурсора;

вспенивание прекурсора;

охлаждение полученного пенометалла (пеноалюминия) [2].

Пример из мировой практики. Основным мировым разработчиком технологии производства пеноалюминия по методу порошковой металлургии является Fraunhofer Institute (Германия) [33]

В соответствии с патентом Fraunhofer Institute (Pat. DE 4101630 Al от 12.12.1991) основные операции производства панелей из пеноалюминия выполняются по следующей технологической схеме [2]:

смешивание алюминиевого порошка с порообразователем (Ti ) и засыпка его в контейнер пресса;

горячее прессование изделия (полосы или прутка);

горячая карточная прокатка прессованной полосы на лист толщиной 5 – 6 мм;

холодная карточная прокатка горячекатаной заготовки на тонкий лист (1 – 3 мм);

операция вспенивания.

Технология Fraunhofer Institute (Германия) обладает следующими недостатками:

сложность и многооперационность разработанного технологического производства;

невозможность изготовления крупногабаритных панелей из пеноалюминия размером более 1000х1000х12-24 мм и ограниченная возможность в объемах производства (так, например, время выполнения заказа, массой 500 килограмм составляет примерно 1 год);

высокая себестоимость пеноалюминия (порядка 15$ за килограмм), что обусловлено многостадийностью процесса [2].

На рисунке 11 представлено изделие из пеноалюминия, полученное порошковым методом

Рисунок 11 – Заготовка из пеноалюминия, полученная порошковым методом [34]

После спекания прекурсор извлекается из пресс-формы, и закладывается в форму, внутренняя полость которой повторяет очертания будущей детали. Форму закладывают в печь нагретую до температуры 800-850 С и прогревают там 30-40 минут, для полного разложения карбоната кальция и выделения большего количества газа C . В результате прекурсор увеличивается в объеме (примерно в 3-4 раза) и полностью повторяет внут-ренние очертания формы. Это происходит в результате протекания реакции разложения карбоната кальция [35].