Bevezetés
Két, nemrégiben megjelent publikációban átfogóan tárgyalták a pórusos fémhabok hődiffúziós képességének LFA (Laser/Light Flash Analysis) segítségével történő mérését [1, 2]. Ennek az alkalmazási közleménynek az a célja, hogy ezen anyagok egy másik fontos termofizikai tulajdonságát tárgyalja: a DIL (dilatometria) által szolgáltatott hőtágulást.
A vizsgált anyagok az Exxentis AG (Wettingen, Svájc) által biztosított AlSi7Mg(EN AC-42000) alumíniumötvözeten alapuló nyitott cellás habok voltak. A habokat alumíniumötvözet kristálysóval történő öntéssel hozták létre. A különböző pórusméreteket a só szemcseméretének változtatásával érik el. Az ilyen habokat vákuumhabosító formákként, hőformázó szerszámokként, vákuumasztalok és szorítórendszerek vákuumlemezeihez, hangtompítóként, szűrőként és hőcserélőként használják. Az ultrakönnyű fémhabokat a katalízis, az üzemanyagcellák, a hidrogéntárolás és az akusztikai szigetelés területén is alkalmazzák [2].
Kísérleti
Három nyitott cellás habot vizsgáltak, amelyek névleges pórusmérete 0,2-0,35 mm ("small pórusok"), 0,40-1,00 mm ("medium pórusok") és 0,63-4,00 mm ("large pórusok") között változott. E minták fotói az 1b) ábra mellékleteként láthatók. Valamennyi habminta névleges sűrűsége ρ = 1,09 g/cm3 volt, vagyis a névleges porozitás körülbelül 60%. A három porózus fémhab tágulási viselkedését a ρ = 2,68 g/cm3 SűrűségA tömegsűrűséget a tömeg és a térfogat arányaként határozzák meg. sűrűségű, teljesen sűrű AlSi7Mg anyaggal hasonlítottuk össze. Ennek a mintának a fotója az 1a) ábra betétjeként látható. A habok SűrűségA tömegsűrűséget a tömeg és a térfogat arányaként határozzák meg. sűrűségét a tömeg és a térfogat hányadosaként számoltuk ki. A teljesen sűrű minta SűrűségA tömegsűrűséget a tömeg és a térfogat arányaként határozzák meg. sűrűségének meghatározásához sűrűségmérleget használtunk. Minden minta hengeres alakú volt, 12,6 mm átmérőjű és 10 mm vastagságú.
Mérési feltételek
A méréseket egy DIL 402 Expedis® Select tolórúd-dilatométerrel végeztük, amely egy -150°C és 1000°C közötti működésre alkalmas acélkemencével van felszerelve. A rendszer vákuumzáró, így a méréseket tiszta inert vagy oxidáló atmoszférában, valamint vákuumban is el lehet végezni. A hosszkalibráláshoz rendelkezésre áll egy sor elsődleges etalon, beleértve a szilícium-dioxidot, zafírt, platinát, volfrámot stb. is. A minta várható tágulása és a mérés hőmérsékleti tartománya határozza meg, hogy melyik standardot kell használni. A méréseket olvasztott szilícium-dioxid mintatartóval végeztük -100°C és 500°C közötti hőmérséklet-tartományban, 2 K/perc fűtési sebességgel, hélium atmoszférában. Minden mintát kétszer melegítettünk; a második melegítés eredményeit a sűrűséggörbe kiszámításához használtuk a szobahőmérsékleten mért SűrűségA tömegsűrűséget a tömeg és a térfogat arányaként határozzák meg. sűrűség és a mért hő tágulás alapján, izotróp tágulási viselkedést és a melegítés során fellépő tömegveszteséget feltételezve. A mintatartó és a tolórúd tágulásának korrekciója érdekében a mintamérések előtt egy Al2O3 referenciával végzett korrekciós mérést végeztek.
Mérési eredmények
Az 1a) ábra a három különböző pórusméretű habminta adatait, az 1b) ábra pedig a teljesen sűrű minta sűrűségi adatait mutatja. A hő tágulás miatt az összes minta sűrűsége csökken a hőmérséklet növekedésével, ami következetes tendenciát mutat. A teljesen sűrű minta és a habok esetében is 4,3%-kal csökken a SűrűségA tömegsűrűséget a tömeg és a térfogat arányaként határozzák meg. sűrűség a -100°C és 500°C közötti hőmérséklet-tartományban. Úgy tűnik, hogy a porozitás bevezetése a teljesen sűrű AlSi7Mgmintába nem befolyásolja jelentősen a SűrűségA tömegsűrűséget a tömeg és a térfogat arányaként határozzák meg. sűrűség hőmérsékletfüggő változását. Az AlSi7Mghabokban lévő különböző pórusméreteknek sincs jelentős hatása a SűrűségA tömegsűrűséget a tömeg és a térfogat arányaként határozzák meg. sűrűség viselkedésére.
A szakirodalomban arról számoltak be, hogy fémhabok esetében a Lineáris hőtágulási együttható (CLTE/CTE)A lineáris hőtágulási együttható (CLTE) az anyag hosszváltozását írja le a hőmérséklet függvényében.CTE (hőtágulási együttható) viselkedése hasonló marad a teljesen sűrű anyagéhoz [3], míg a Hővezető képességA hővezető képesség (λ, mértékegysége W/(m-K)) az energia - hő formájában történő - szállítását írja le egy tömegtestben a hőmérséklet-gradiens hatására (lásd az 1. ábrát). A termodinamika második törvénye szerint a hő mindig az alacsonyabb hőmérséklet irányába áramlik.hővezető képesség csökken [2]. Nyilvánvalóan ez az itt vizsgált anyagokra is igaz, amint az a 2. ábrán bemutatott Lineáris hőtágulási együttható (CLTE/CTE)A lineáris hőtágulási együttható (CLTE) az anyag hosszváltozását írja le a hőmérséklet függvényében.CTE adatokból is látható.
A 2. ábrán látható Lineáris hőtágulási együttható (CLTE/CTE)A lineáris hőtágulási együttható (CLTE) az anyag hosszváltozását írja le a hőmérséklet függvényében.CTE-görbék összehasonlítása azt mutatja, hogy a teljesen sűrű minta és a large pórusokkal rendelkező minta görbéi érdekes módon közel egybeesnek. E két minta teljes felülete (belső és külső) kisebb, mint a medium és a small pórusokkal rendelkező mintáké, és így kifejezettebb tehetetlenséget mutathatnak a hőmérsékletváltozás függvényében. Mivel a dilatometriában a méréseket általában dinamikusan, meghatározott fűtési sebességgel végzik, ezek a minták várhatóan lassabban egyenlítődnek ki, mint a medium és small pórusokkal rendelkező minták, és ezért könnyen lemaradhatnak a válaszreakciók viselkedésében. Ez egy lehetséges magyarázat a 2. ábrán látható mérési görbék enyhe különbségeire, amelyeket tehát a mintaspecifikus és a metrológiai hatások keveréke okozhat.
Az AlSiMg ötvözetekről ismert, hogy csapadékkicsapódási/utókeményedési hatásokat mutatnak, ami szintén jelentős szerepet játszhat. A minták DSC (differenciál pásztázó kalorimetriával) kapott fajlagos hőkapacitási adatai enyhe exoterm hatásokat mutattak a 250°C és 400°C közötti hőmérséklet-tartományban [2]. Az LFA-val vizsgált Termikus diffúziós képességA hővezető képesség (a mm2/s egységgel) egy anyagspecifikus tulajdonság a nem állandó hővezetés jellemzésére. Ez az érték azt írja le, hogy egy anyag milyen gyorsan reagál a hőmérsékletváltozásra.termikus diffúziós képesség is eltérést mutat a monoton tendenciától ebben a hőmérséklettartományban [2]. Ebben a hőmérséklettartományban a Lineáris hőtágulási együttható (CLTE/CTE)A lineáris hőtágulási együttható (CLTE) az anyag hosszváltozását írja le a hőmérséklet függvényében.CTE-görbék is szélsőértékeket mutatnak, amelyek valószínűleg szintén a kicsapásos keményedéshez kapcsolódnak. E hatások eltérő intenzitása eredményezheti a 2. ábrán látható görbék közötti különbségeket.
Következtetés
A teljesen sűrű AlSi7Mganyagon és három különböző pórusméretű AlSi7Mghabon végzett dilatométeres mérések a Lineáris hőtágulási együttható (CLTE/CTE)A lineáris hőtágulási együttható (CLTE) az anyag hosszváltozását írja le a hőmérséklet függvényében.CTE hasonló viselkedését mutatták minden vizsgált minta esetében, függetlenül a pórusmérettől. A sűrűségváltozásra vonatkozó tendencia nagyjából azonos az összes minta esetében. A minták termikus diffúziós képessége, mint egy másik nagyon fontos termofizikai tulajdonság, nem mutat ilyen változatlanságot a minták pórusméretétől: Úgy találták, hogy a pórusméret növekedésével csökken.