文摘
复制铸造过程给出了开孔泡沫铝,可用于许多工业应用以及过滤技术。过滤器的基本要求是过滤程度的一致性定义的最小孔隙大小。然而复制铸件的结构往往是不均匀和最小孔隙半径减小的方向融化渗透。这次调查的目的是研究熔体浸渗动力学多孔介质的真空吸力来识别的可能性减少各向异性。理论数据说明了流程在融化和气体介质之间的界限。使用复制的实验进行了铝生产样品根据商业技术。这是发现在铸件的高度渗透系数各不相同。压力线的方法估计运动提出了融化。生理盐水层的阻力和圆形喷口的模具原因铸件的不均匀性。最后,减少各向异性的方法被提出。
1。介绍
开孔泡沫铝可以应用在各种可能的应用1]。但是现在他们的主要应用领域是过滤。复制铸造技术创造了获得的多孔结构,从根本上不同于毛孔没有使用space-holder粉末冶金材料(图1)。复制泡沫铝与真空吸孔隙度范围内获得的50 - 65%高于烧结多孔结构(约30 - 35%),低于高压下的复制铸造(90%)2,3]。相对较高的体积孔隙度使固体颗粒的重力沉降。这些因素导致的长期操作过滤器没有显著的渗透率损失。
(一)
(b)
过滤器的基本要求是过滤程度的一致性定义的最小孔隙大小。这个任务可以解决与技术(3),当预焙氯化钠(氯化钠)层与铝熔体在高压渗透。在这种情况下,最小的孔隙大小是由氯化钠烘烤的时间。然而很少使用商业技术由于其高生产成本。应用技术与宽松的生理盐水层由复合材料有限公司(俄罗斯叶卡捷琳堡)[4)复制生产泡沫铝在商业规模。这里的细粒度的氯化钠是预热炉,然后放入模具中,渗透了装满了熔融铝用真空抽吸。技术是实现成本的节约,允许生产范围广泛的过滤器主要用于压缩空气和气体。然而,最小的孔隙半径(图1)通常是不均匀,降低熔体渗透的方向。的各向异性部分铸件不匹配客户的需求加工期间,应该删除。因此这次调查的目的是研究熔体浸渗动力学多孔介质的真空吸力来识别的可能性减少各向异性。
2。理论
复制的泡沫铝的最小孔隙半径由以下方程[派生4]: 在哪里是熔融金属的表面张力,氯化钠粒子的平均尺寸,润湿角,,在那里大气压力,气体的压力在熔体过滤空气中领,是熔体密度,液柱的高度。
静水压力总是会引起多孔结构的各向异性。减少铸件高度不是一个可接受的解决方案,因为它会增加生产成本。静水压力的影响可以减少通过增加压降在铝熔体渗透。
例如,当压降等于60 000 Pa (0, 6 atm),氯化钠分数是0,32-0,63毫米当演员对过滤高度等于200毫米,最小的孔隙半径的估计各向异性引起的静水压力(1)沿高度将达到2.8%,这是技术上可以接受的。
空气裹入融化融化在前面的运动,因此空气环形成。随后空气环的压力等于熔体运动的压力在前面。
多孔结构的各向异性的主要因素是一个交变压力浸渍的前线。
模具的技术包括真空吸满了盐颗粒表面融化后加载NaCl床。浸渍不开始的时候连接模具的真空。自从不湿盐颗粒融化,自发的浸渍不发生。所以有一定的时间差距融化加载NaCl床和表面浸渍,而这一次差距足以形成氧化膜在边境的融化和盐。融化的铝表面的氧化膜有足够高的机械特性;其爆破压力取决于合金含量和纯铝18000 Pa (5]。因此,初始条件的爆破压力浸渍是提供氧化膜在边境的融化和盐如下:
确定初始条件在气相渗,有必要解决的任务变动在多孔介质空气过滤。在气体过滤重力和惯性的影响可以忽略,因为低密度的气体。在多孔介质的过程不稳定气流通过Leibenson方程描述如下:
方程(3)是一个非线性抛物型方程。在单向空气过滤的情况下,(3)可以表示为
让我们评估模具多孔材料的均匀截面和有限长度(图2)。初始条件是所提供的压力盐颗粒的体积在初始时刻:
恒压等于压力接收器之间的边界建立真空接收器和多孔床上如下:
气体过滤的速度等于零融化和多孔床之间的界限;因此,
任务的终端条件是(2)。
因此,估计非稳定的气体过滤相当于数学任务的集成的同质傅里叶方程(4)根据初始和终端条件(5)- (7)。的任务是确定流量方向平行于模具的墙壁。动态粘度的气体被接受是常数。
方程(4)是非线性的,无法分析解决。在这里,它是作为一个基础,解决方案(6)代表一个显式差分方法的时间表。Monodimensional压力场的初始条件的任务氯化钠尿床的融化。
润湿过程中,进一步谈到。
随后空气疏散NaCl床真空接收器是观察在浸渍,以及排气量从多孔介质充满融化。因此,一个新的源组件在Leibenson方程描述了排气量出现一层融化和空气之间的边界。气体边界层的体积, 与高度和表面(孔隙度)被有条件地交流吗熔体线运动的估计
然而,该层的高度被认为是常数(坐标增量在多孔床)估计的气体过滤到外部环境。考虑填充量的减少来融化是由环状结构的边界层后全部实现。给出了评估时间表(图2)。
压力在这一层接受通过所有它的体积相等。对于这一层,Mendeleev-Clapeyron方程分化可以表现为对时间
这个过程是在等温条件下应该去。获得(10)和(8),(9)可以转化为以下:
如果边界“melt-gas媒介”是不动的,(11)可以书面形式(4),但因为是气体从多孔介质位移被融化了,(4熔体)边界空气层的运动是由源组件添加(11):
方程(12边界层)身体意味着压力增加由于融化的排气量和这种压力随熔体运动增加而成正比增加。
估计的压力变化对浸渍的线是由Leibenson方程组(4)的气体流量边界条件(6)和(12),以及达西的流体流动方程: 在哪里是平均线性流量通过多孔介质,通过多孔介质流体压力的变化,是液体的动力粘度,是渗透多孔介质的厚度沿流体流动方向,然后呢是多孔介质的渗透率。
流体的边界条件如下:是由(12),Pa。常见的液体和气体的初始条件。
这个解决方案包括减少网格点,而熔体充填盐层。因为近似错误,没有意义保持网格点的数量稳定,也就是说,执行重新计算压力的坐标,坐标增量,时间增量。程序编写和Borland Delphi环境。
3所示。实验
浸渍的过程中,空气被禁锢,融入空气衣领。他们的尺寸是残余空气压力的函数4]。因此,有可能学习压力实验线浸渍使用这些空气领子的尺寸。为了消除随机环选择的影响,合理使用等综合特性的多孔金属渗透系数。渗透系数的方法评价发表(4]。
商业与圆柱截面(图金属模具3)是用于实验样品生产。模具被放在一个真空接收器通过气体阀门和连接。商业模具底部是由一个插头,和真空抽吸空气过滤通过执行一个圆形通风和模具之间的插头。差距产生足够的液压阻力。框架网是用来代替全金属插头在实验。寒冷的盐层是放在网络消除熔体过滤进入真空接收器。铝(Al) 99.95(在俄罗斯来说年级)被用来融化在所有适当的控制实验过程的物理和化学特性。实验中使用的氯化钠的商业蒸发氯化钠等生产商Tyret盐矿OJSC, Uralkali。氯化钠是以前干并已筛获得所需的颗粒分数。
模具的内径的工作空间是30毫米,长度是140毫米包括金属头上面−40毫米和冷盐层底部−20毫米。获得的复合铸造与80毫米长度切成8样本与7毫米厚度。氯化钠的颗粒被删除从样品溶解在水里。孔隙度的样品被加权估计,假设样本中所有的毛孔是开放的和相互联系的。
进行了浸渍在等温条件下为了防止熔体的物理特性的变化和生理盐水浸渍。铝熔体的温度、氯化钠颗粒和模具是等于700°C;真空的程度是显示在图4和5。
4所示。讨论
实验结果表明,在铸件的高度渗透系数各不相同。良好的观察计算和实验结果重复性使用的盐颗粒的分数(图0.315 - -0.63毫米4)。稍高的变化估计和实验数据之间的观察生理盐水的一部分(图1.5 - -2.5毫米5)。但是曲线的形状和深度不均匀区域(大约20%的演员长度)在理论和实践中都是相同的。证明了该方法的效率估计压力熔体在直线上运动。
浸渍可分为两个阶段。第一阶段是当空气压力熔体在直线上运动不同氧化膜破裂压力压力接收器。第二阶段是当熔体的压力线运动是稳定的接收机的压力。各向异性的大小区域的估计在不同条件下进行评估的能力控制各向异性。
这些估计表明,各向异性区域的相对长度只取决于物理和化学气体和液体阶段(图的特征6)。
计算了铝和锌融化演示熔体粘度的影响的大小不均匀的区域。因为锌铝熔体的粘度明显低于融化,非齐次面积增加的大小。
非均匀区域的大小并不取决于渗透系数。这可能是解释为直接依赖的过滤速度对液态和气态阶段。
Hagen-Poiseuille方程应用于液态和气态阶段解决眼前的任务同步流的液体和气体柱毛细管(7]。摘要(7)表明,液体在初始阶段的速度取决于毛细管的长度和液体和气体的粘度;也就是说,它是由“空气枕头”的形成液体流动。提出了,估计和实验不仅证明这个假设(7),但也允许评估绝对数量的气体压力熔体在直线上运动和考虑到融化的特色,特别是固体氧化物层的存在和浸渍技术的特定的功能(应用真空抽吸或外部压力)。
5。结论
本文表明,它是不可能减少理论上相对量的不均匀区域。在工业规模,就像上面提到的,底部的模具都是由全金属插头而不是陷害净,这显著增加系统的总电阻“生理盐水层+循环通风”(循环通风可以近似为一个填充的一部分)。这就是为什么不均匀性是观察整个铸造长度方向的熔体过滤工业。
我们发现它合理添加一层细分数的生理盐水浸渍(前颗粒基本填充层上面8稳定的压力。氯化钠粒子的大小这一层应该尽可能小,提供较高的熔体流动阻力,但必须不低于基本填料中的毛细间隙避免融化的洗好的衣服晾出去。融化是铸型表面的细分数盐。在真空吸渗开始当一个压力边界“好分数salt-melt”达到毛细管压力的价值,也就是说,当它超过足够的毛细管压力基本生理盐水层(或破坏氧化膜的压力)。熔体流动时阻力细分数高盐在碱性盐层的压力变得稳定在真空接收器的压力水平。然后铸造满是细分数的盐在加工过程中被处理。严重限制这种方法是不可能获得多孔的产品组合和固体金属部件。
另一种方法可以应用于避免演员不均匀性(9]。这里的盐层真空浸渍和融化在事关小(0.2 atm)。然后表单覆盖着一顶帽子,帽子下的压缩空气交付。获得的压力梯度允许调整空气环的半径,以及所有产品在一个相当广泛的性能特征。这种方法允许生产项目,结合多孔固体金属部分,然而,仪表更加复杂。
利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。