Introdução
Em duas publicações muito recentes, as medições da Difusividade térmicaA difusividade térmica (a com a unidade mm2/s) é uma propriedade específica do material para caracterizar a condução de calor instável. Esse valor descreve a rapidez com que um material reage a uma mudança de temperatura.difusividade térmica em espumas metálicas porosas usando LFA (Laser/Light Flash Analysis) foram discutidas de forma abrangente [1, 2]. A intenção desta nota de aplicação é discutir outra importante propriedade termofísica desses materiais: a expansão térmica fornecida pela DIL (dilatometria).
Os materiais investigados foram espumas de célula aberta baseadas em liga de alumínio AlSi7Mg(EN AC-42000), fornecidas pela Exxentis AG (Wettingen, Suíça). As espumas são criadas por fundição de liga de alumínio com sal cristalino. Diferentes tamanhos de poros são obtidos por meio da variação do tamanho do grão do sal. Essas espumas são usadas como moldes de espumação a vácuo, como ferramentas de termoformagem, para placas de vácuo em mesas de vácuo e sistemas de fixação, como silenciadores, como filtros e como trocadores de calor. As espumas metálicas ultraleves também são usadas em aplicações de catálise, células de combustível, armazenamento de hidrogênio e isolamento acústico [2].
Experimental
Foram pesquisadas três espumas de célula aberta com tamanhos nominais de poros nas faixas de 0,2 a 0,35 mm ("small pores"), 0,40 a 1,00 mm ("medium pores") e 0,63 a 4,00 mm ("large pores"). As fotos dessas amostras são mostradas como inserções na Figura 1b). Todas as amostras de espuma tinham uma DensidadeA densidade de massa é definida como a relação entre massa e volume. densidade nominal ρ = 1,09 g/cm3, ou uma porosidade nominal de cerca de 60%. O comportamento de expansão das três espumas metálicas porosas foi comparado ao material AlSi7Mg totalmente denso com uma DensidadeA densidade de massa é definida como a relação entre massa e volume. densidade ρ = 2,68 g/cm3. Uma foto dessa amostra é mostrada como uma inserção na figura 1a). A DensidadeA densidade de massa é definida como a relação entre massa e volume. densidade das espumas foi calculada como a massa dividida pelo volume. Para determinar a DensidadeA densidade de massa é definida como a relação entre massa e volume. densidade da amostra totalmente densa, foi usada uma balança de DensidadeA densidade de massa é definida como a relação entre massa e volume. densidade. Todas as amostras tinham formato cilíndrico com um diâmetro de 12,6 mm e uma espessura de 10 mm.
Condições de medição
As medições foram realizadas com um dilatômetro de haste DIL 402 Expedis Select , equipado com um forno de aço capaz de operar entre -150°C e 1000°C. O sistema é à prova de vácuo, permitindo que as medições sejam realizadas em atmosferas inertes ou oxidantes puras, bem como sob vácuo.libraUm conjunto de padrões primários, incluindo sílica fundida, safira, platina, tungstênio, etc., está disponível para medição de comprimento. A expansão esperada do corpo de prova e a faixa de temperatura da medição determinam qual padrão deve ser usado. As medições foram realizadas com um suporte de amostra de sílica fundida na faixa de temperatura de -100°C a 500°C a uma taxa de aquecimento de 2 K/min em uma atmosfera de hélio. Cada amostra foi aquecida duas vezes; os resultados do segundo aquecimento foram usados para calcular a curva de DensidadeA densidade de massa é definida como a relação entre massa e volume. densidade com base na DensidadeA densidade de massa é definida como a relação entre massa e volume. densidade à temperatura ambiente e na expansão térmica medida, presumindo um comportamento de expansão isotrópica e nenhuma perda de massa durante o aquecimento. Para corrigir a expansão do suporte da amostra e da haste, foi realizada uma medição de correção com uma referência de Al2O3 antes das medições da amostra.
Resultados da medição
A Figura 1a) apresenta os dados das três amostras de espuma com diferentes tamanhos de poros e 1b) os dados de DensidadeA densidade de massa é definida como a relação entre massa e volume. densidade da amostra totalmente densa. Devido à expansão térmica, a DensidadeA densidade de massa é definida como a relação entre massa e volume. densidade de todas as amostras diminui com o aumento da temperatura, mostrando uma tendência consistente. Para a amostra totalmente densa, bem como para as espumas, a DensidadeA densidade de massa é definida como a relação entre massa e volume. densidade diminui em 4,3% na faixa de temperatura entre -100°C e 500°C. A introdução de porosidade em uma amostra totalmente densa de AlSi7Mgnão parece afetar significativamente a alteração na densidade com a temperatura. Os diferentes tamanhos de poros nas espumas de AlSi7Mgtambém não parecem ter efeito significativo no comportamento da densidade.
A literatura relata que, para espumas metálicas, o comportamento doCoeficiente de Expansão Térmica Linear (CLTE/CTE)O coeficiente de expansão térmica linear (CLTE) descreve a mudança de comprimento de um material como uma função da temperatura. CTE (coeficiente de expansão térmica) permanece semelhante ao do material totalmente denso [3], enquanto a Difusividade térmicaA difusividade térmica (a com a unidade mm2/s) é uma propriedade específica do material para caracterizar a condução de calor instável. Esse valor descreve a rapidez com que um material reage a uma mudança de temperatura.difusividade térmica será reduzida [2]. Claramente, isso também é verdade para os materiais investigados aqui, como pode ser visto nos dados deCoeficiente de Expansão Térmica Linear (CLTE/CTE)O coeficiente de expansão térmica linear (CLTE) descreve a mudança de comprimento de um material como uma função da temperatura. CTE apresentados na Figura 2.
A comparação das curvasCoeficiente de Expansão Térmica Linear (CLTE/CTE)O coeficiente de expansão térmica linear (CLTE) descreve a mudança de comprimento de um material como uma função da temperatura. CTE na Figura 2 revela que as curvas da amostra totalmente densa e da amostra com poros large são, curiosamente, quase congruentes. Essas duas amostras têm áreas de superfície gerais mais baixas (internas e externas) do que as amostras com poros medium e small e, portanto, podem apresentar inércia mais pronunciada em relação às mudanças de temperatura. Como, na dilatometria, as medições geralmente são realizadas dinamicamente em uma taxa de aquecimento específica, espera-se que essas amostras sejam maislibralentas do que as amostras com poros medium e small e, portanto, poderiam facilmente ficar para trás em seu comportamento de resposta. Essa é uma possível explicação para as pequenas diferenças nas curvas de medição da figura 2, que podem, portanto, ser causadas por uma mistura de efeitos específicos da amostra e metrológicos.
Sabe-se que as ligas AlSiMg apresentam efeitos de precipitação/pós-têmpera, que também podem desempenhar um papel significativo. Os dados de capacidade térmica específica das amostras obtidos por DSC (calorimetria de varredura diferencial) revelaram efeitos exotérmicos leves na faixa de temperatura entre 250°C e 400°C [2]. A Difusividade térmicaA difusividade térmica (a com a unidade mm2/s) é uma propriedade específica do material para caracterizar a condução de calor instável. Esse valor descreve a rapidez com que um material reage a uma mudança de temperatura.difusividade térmica, investigada por LFA, também mostra um desvio da tendência monótona nessa faixa de temperatura [2]. Nessa faixa de temperatura, as curvasCoeficiente de Expansão Térmica Linear (CLTE/CTE)O coeficiente de expansão térmica linear (CLTE) descreve a mudança de comprimento de um material como uma função da temperatura. CTE também mostram extremos, provavelmente também relacionados ao endurecimento por precipitação. A diferença na intensidade desses efeitos pode gerar as diferenças nas curvas mostradas na figura 2.
Conclusão
As medições do dilatômetro em um material de AlSi7Mgtotalmente denso e em três espumas de AlSi7Mgcom diferentes tamanhos de poros revelaram um comportamento semelhante doCoeficiente de Expansão Térmica Linear (CLTE/CTE)O coeficiente de expansão térmica linear (CLTE) descreve a mudança de comprimento de um material como uma função da temperatura. CTE para todas as amostras investigadas, independentemente do tamanho dos poros. A tendência com relação à mudança na densidade é praticamente a mesma para todas as amostras. A Difusividade térmicaA difusividade térmica (a com a unidade mm2/s) é uma propriedade específica do material para caracterizar a condução de calor instável. Esse valor descreve a rapidez com que um material reage a uma mudança de temperatura.difusividade térmica das amostras, como outra propriedade termofísica muito importante, não apresenta essa invariância em relação ao tamanho dos poros das amostras: Verificou-se que ela diminui com o aumento do tamanho dos poros.