Изработване на термодвойки. Развитие на технологията през 2018 г. До м. август 2018 година бяха изработени 10 термодвойки от хромел алюмел и дълги керамични тръби с два успоредни отвора. На свободните краища на термодвойките бяха монтирани жакове, чрез които те да се включват директно към използвания измерителен уред, виж Фиг. 2.1. Наличието на достатъчно на брой готови за употреба темодвойки позволява безпроблемно контролиране на температурата на стопилката през целия технологичен процес и подмяната на дефектиралите в процеса на работа, без това да води до загуба на данни или липса на такива. а) б) в) Фигура 2.1. Изработване на термодвойки: а) проводници хромел и алюмел и керамична тръба с два канала в нея; б) заварена пъпка на термодвойката; в) готова за използване термодвойка с компесационен проводник и жак за включване в измерителния уред. Проблемът с графитовите бъркалки се оказа от изключителна важност. Причините за това са първо, че те се износват твърде бързо, а намаляването на техните размери се отразява пряко върху интензитета на миксирането и съответно върху равномернато разпределение на добавяните вещества. От друга страна счупването на бъркалката и откъсването на големи парчета графит, които остават в стопилката, компрометира напълно съответния експеримент и води до загуба на време и материални ресурси. На второ място определянето на подходящия размер и геометрия влияе пряко на степента и времето за хомогенизацията на добавките. Бяха проведени моделни експерименти за определяне на наклона на перките на бъркалките и бяха изработени 4 броя, виж Фиг. 2.2. а) б)
Фигура 2.2. Графитови бъркалки за хомогенизиране на добавките към алуминиеви стопилки: а) общ вид след първо използване; б) изглед след неколкократно използване. Бяха изработени и различни леярски инструменти, чрез които да се внася калция и титановия хидрид в стопилката, преди да започне миксирането, виж Фиг. 2.3. Тези инструменти бяха изработени от неръждаема стомана. а) б) Фигура 2.3. Изготвени леярски инструменти: а) от ляво на дясно малък черпак за внасяне на калций в стопилката, лост за пренасяне на ваната за изотермично разпенване и щипка за захващане на керамичен тигел при пренасяне на стопилката към ваната за разпенване; черпак за внасяне в стопилката на титановия хидрид. Конструиране, специфициране на материалите за доставка и изработка на модифицирани метални вани за разпенване на алуминиевосплавни стопилки Членове на екипа на Метални пени ЕООД проведоха конструираха и изработиха 4 метални вани за разпенване на алуминиеви стопилки, виж Фиг. 3.1. Стените на ваните са под наклон 75 ⁰ спрямо дъното, което позволява безпроблемно изваждане на разпенения слитък. Ваните бяха изработени от неръждаема стомана. Бяха изпробвани няколко вида топлоизолиращи обмазки, които да осигуряват достатъчно дълго време за разбъркване на добавките и последващо разпенване.
Изработените метални вани дават възможност да се получават разпенени слитъци с 6-8 пъти по голям размер от тези, получени в керамични кокили. а) б) в) Фигура 3.1. Метални вани за разпенване на алуминиеви стопилки: а) ваната преди нанасяне на топлоизолационната обмазка върху вътрешните стени; б) вана след нанасяне на топлоизолационна обмазка върху вътрешните стени, приготвена за изливане на стопилката и последващо разбъркване с разпенващия агент TiH 2 ; в) вана с разположен в нея разпенен и нарязан алуминиевосплавен слитък. Определяне на технологични режими Членове на колектива на Метални пени извърши работа за определяне на технологични режими за: 1. количество и начин на внасяне на калция в стопилката; 2. количество и начин на внасяне на TiH2 в стопилката; 3. изотермично разпенване и фиксиране на порестата структура. Беше установено, че технологията за получаване на разпенени алуминиеви сплави в по-големи обеми, в конкретния случай в метални контейнери, се различава немалко от тази, за получаването им в малки керамични тигли. Процесите на повишаване на вискозитета на стопилката и разпенването силно зависят както от количестното на внасяните калций и титанов хидрид, така и от температурата на стопилката. Ефективността на двата процеса също така е чувствителна и към времето на изотермично задържане и скоростта на охлаждане. Всичко това създава проблеми с постигане на повтаряемост на получените резултати. Като неразделна част от проблемите е точното измерване на температурата на всички компоненти на цялостната експериментална конфигурация, а именно: температура на стопилката, обороти на миксиращата система, температура на пещта за изотермично разпенване, температура на металния контейнер за разпенване, температура на охлаждащия
флуид. Благодарение на тази експериментална дейност се получи информация за влиянието на гореизброените параметри и начина за контролирането им. Бяха проведени над 20 експериментални цикъла и бяха получени повече от 49 разпенени слитъка. От тях тези, които могат да се считат за успешни, са 19 или приблизително 40%. Беше установено, че най-добри структурни характеристики се получават при технологични параметри посочени в Таблица 5.1. Таблица 5.1. Технологични параметри за получаване на разпенени Al сплави Операция Температура, ⁰С Време, сек. Вид и количество на добавката Повишаване вискозитета на стопилката чрез внасяне на добавки в нея и миксиране Разпенване на стопилката чрез внасяне на добавки в нея и миксиране Подгряване на ваната за разпенване Изотермично разпенване 680 480-600 Ca, 1.5% - 2.0% 665 35-45 TiH 2, 1.6% 660 - - 640 60-120 - От проведените експерименти може да се заключи, че повтаряемостта на получаваните резултати се постига трудно. Има различни случайни фактори, които не могат да бъдат контролирани. Един от тях е интензитета на отделяне на водорода от титановия хидрид. По термодинамични причини този процес е най-интензивен при температури около 420 ⁰ С, а титановия хидрид се внася в стопилката при 665 ⁰С, което води до бурно отделяне на водород още преди праховите частици на хидрида да са се хомогенизира в обема на стопилката. Това води до напускане на голяма част от водорода от стопилката и загубата му в околната атмосфера, което от своя страна резултира в малко количество пори и ниска порестост. За да се избегне този ефект е необходимо да се намери начин за потискане на процеса на разпадане на титановия хидрид при температури около 665 ⁰С. Вероятно това ще е възможно, ако внасяните в стопилката прахови частици се покрият с тънък окисен слой при задържането им във въздушна среда при температура 50-60 ⁰С за 12-24 часа и след това, така окислените частици си внесат в стопилката. Очакванията са, че процеса на деградиране на окисния слой ще забави отделянето на газовата фаза (водород) и ще даде възможност за увеличаване на времето за хомогенизация на разпенващата добавка. Всичко това ще бъде обект на следващи ескперименти. В Таблица 5.2 са показани слитъци и структури, получени при успешни и неуспешни експерименти.
Таблица 5.2. Разпенени слитъци и структури Слитъци и структури Забележки Слитък с относително добро качество и хомогенна структура, получен при гореизброените технологични параметри Разпаднал се слитък поради изваждане от ваната при повисока от необходимото температура Слитък, при който хомогенизацията на разпенващата добавка не се е разпределила хомогенно Слитък с добро качество, малки мехури и хомогенна структура, получен при гореизброените технологични параметри Слитък с добро качество, относително големи мехури и хомогенна структура Слитък с относително добро качество, и с области с различни по размер пори