V delu opisujemo razvoj laboratorijskih in polindustrijskih postopkov priprave vzorcev aluminijskih pen in panelov iz Al-pen z zaprto poroznostjo. Vzorce panelov smo izdelovali na osnovi večstopenjsko toplo valjanih prekurzorjev, ki so kot sredstvo za penjenje vsebovali delce titanovega dihidrida (TiH2) ali dolomitnega prahu (Ca0,5Mg0,5CO3). Postopek priprave večplastnih prekurzorjev je potekal v treh fazah. V začetni fazi smo delce titanovega dihidrida ali dolomita nanašali na izbrano stran aluminijevega traku zlitine AA 1050. Sledila je priprava dvoplastnega prekurzorja. Po dva indva premazana trakova smo zložili tako, da sta se premazani stranici stikali ter dvojček vroče zvaljali na 1,9-3,8 mm s skupno deformacijo med 45-49%. Postopek smo v sklepni fazi izdelave prekurzorjev ponavljali do želene večplastnosti (od 2- do 16-krat ). S postopkom večkratnega valjanja in podvajanja plasti penilnega sredstva smo dosegli enakomerno porazdelitev penilnega sredstva skozi celoten prerez izdelanih prekurzorjev. Dobljene prekurzorje smo nato penili v električni peči pri različnih pogojih glede na temperaturo termičnega razkroja sredstva za penjenje. Mikrostrukturo dobljenih vzorcev pen smo analizirali z optično in vrstično elektronsko mikroskopijo. Z raziskavami smo potrdili, da uporaba dolomitnega prahu kot penilnega sredstva z višjo temperaturo termičnega razkroja ()750 °C) v primerjavi s TiH2, ki se termično razkraja že pri temperaturi toplega valjanja ()350 °C), omogoča izdelavo večplastnih prekurzorjev pri višjih temperaturah toplega valjanja brez vmesnega žarjenja in posledično povišuje produktivnosti brez vpliva na kakovost končnega izdelka.
F.01 Pridobitev novih praktičnih znanj, informacij in veščin
COBISS.SI-ID: 15665942Raziskali smo možnost zamenjave penilca TiH2 z ekonomično učinkovito alternativo CaCO3 prah. Aluminijeve pene z zaprto poroznostjo so bile pripravljene iz trdnih sestavin sintetiziranih s (i) postopkom metalurgije prahov in (ii) po postopku s taljenjem. Prekurzorji pripravljeni po postopku taljenja so bili dodatno obdelani in hladno izostatsko stisnjeni za izboljšanje gostote. V vseh primerih so prekurzorji sestavljeni iz aluminijeve matrice z vsebnostjo različnih deležev (3, 5, 7 and 12 wt. %) enakomerno razporejenih delcev dolomitnega prahu različnih velikosti (d50= 38, 72 and 120 µm). Prekurzorje smo penili tako, da smo jih vstavili v okrogle cevi iz nerjavnega jekla in jih dali v predgreto peč pri temperaturi 750 °C za 10 min. Kakovost penilnih prekurzorjev je bila ocenjena z določitvijo začetne gostote in učinkovitostjo penjenja (relativna gostota pene, ρ, ki se izračuna tako, da se navidezno gostoto pene, ρF, delimo z gostoto aluminija, ρAl). Kvaliteta pen je bila karakterizirana glede na njihovo gostoto, mikrostrukturo (povprečna velikost por) in mehanske lastnosti (deformacijske krivulje pri enoosnem stiskanju pri sobni temperaturi, tlačna trdnost in absorpcija energije po 30 % obremenitve).
F.02 Pridobitev novih znanstvenih spoznanj
COBISS.SI-ID: 14642454Aluminijeve pene so porozen kovinski material, ki ima zelo dobre fizikalno–kemijske lastnosti in zelo majhno gostoto (Al 2,7 g/cm3, aluminijeve pene (1 g/cm3). Zaradi edinstvene kombinacije fizikalnih in mehanskih lastnosti, kot so velika trdnost pri majhni gostoti, dobra absorpcija energije, toplotna odpornost in odpornost proti plamenu, dobra absorpcija zvoka, se aluminijeve pene uporabljajo v letalski in vesoljski ter vojaški industriji, v avtomobilski in drugih transportnih industrijah, v gradbeništvu in tudi v biomedicini in pri športnih pripomočkih. Izdelava aluminijevih pen po postopku metalurgije prahov je odvisna od priprave prekurzorjev, tako imenovanega pred-materiala, ki je v našem primeru stisnjen kovinski prah. Prekurzorje se nato pri določeni temperaturi sintra. Zaradi povišane temperature pride do razpada penilnega sredstva, pri čemer se razvije plin, ki povzroči, da se material peni. Po postopku metalurgije prahov se lahko naredi aluminijeve pene z zaprto poroznostjo, zato je to posebej primerna metoda za izdelavo kompleksnih oblik z odličnimi lastnostni končnega izdelka. Prahove, prekurzorje in pene, pripravljene iz različnih kovinskih prahov (Al s čistoto 99,7 % in zlitina AlSi12) in z različnimi penilnimi sredstvi (TiH2, CaCO3, CaMg(CaCO3)2), sem analizirala in karakterizirala s svetlobno in elektronsko mikroskopijo. Za tako sintetizirane aluminijeve pene sem ugotavljala gostoto, velikost in porazdelitev por ter napravila EDS–analize porazdelitve elementov v stenah celičnega materiala. Rezultate karakterizacije posameznih prekurzorjev in pen sem nato primerjala. Posebno pozornost sem namenila pripravi prekurzorjev, kjer sem uporabila različne načine kompaktiranja in primerjala vpliv gostote surovcev (prekurzorjev) na penjenje materiala. Poleg gostote prekurzorjev sem raziskala vpliv različnih penilnih sredstev v različnih deležih na velikost in porazdelitev por v penah. S talilnim mikroskopom sem študirala spremembe velikosti prekurzorjev pri različnih temperaturah, z AES–analizami pa sem določila delež oksidne plasti na površini prahov in površini sten por ter vpliv te na obliko, velikost in stabilnost pen. Z analizami in karakterizacijo materialov v posameznih stopnjah procesa priprave aluminijevih pen po postopku metalurgije prahov (prahovi, prekurzorji in pene) sem prišla do pomembnih spoznanj, kateri parametri so najpomembnejši za pripravo aluminijevih pen in kakšen vpliv imajo različna penilna sredstva na penjenje in stabilizacijo pen.
F.02 Pridobitev novih znanstvenih spoznanj
COBISS.SI-ID: 256890880