Застосування піноалюмінієвого сендвіч-матеріалу у вибухозахищеному-будівництві

Алюмінієвий пінопласт має багато застосувань у будівлях, а будівельні вибухобезпечні{0}}матеріали є одним із важливих застосувань. Наприклад, вибухонебезпечний шар із піноалюмінієвої пластини зі сталевої пластини може захистити колону каркасної конструкції будівлі, сендвіч-панель із піноалюмінієвої та сталевої пластини може використовуватися як захисні двері будівлі, а пінопластовий алюмінієвий сендвіч-балка може бути використаний для захисту інженерної будівлі тощо. Оскільки пінопласт є новим типом функціонального матеріалу, час розробки недовгий, але його відмінне поглинання енергії та ударостійкість визначає, що він матиме більш широке застосування в вибухонебезпечна{2}} будівля.

1. Технологія приготування піноалюмінієвого сендвіч-матеріалу

Хоча алюмінієвий пінопласт має багато переваг, його низька міцність обмежує його застосування. Спінений алюмінієвий сендвіч-матеріал – це композит із спіненого алюмінієвого сердечника та високоміцних{0}}матеріалів панелей, таких як сталева та алюмінієва пластина, щоб вони могли доповнювати один одного за структурою та функціями. В основному цим матеріалом є піноалюміній, який використовується для вибухозахищеності{1}}будівель. Існує багато методів приготування пінопластових алюмінієвих сендвіч-матеріалів, і є дві основні категорії: одна – це з’єднання попередньо виготовленої алюмінієвої піни з матеріалом панелі, наприклад склеювання та зварювання; інший – з’єднання матеріалу панелі з алюмінієвою основою. Спінений порошок виготовляють у заготовку, потім нагрівають і спінюють, а після охолодження отримують сендвіч-панель зі спіненого алюмінію. Крім цих двох типів, досліджуються деякі інші методи.

1.1 Спосіб підключення

Спосіб склеювання полягає в тому, щоб склеїти спінений алюміній і панель разом з клеєм, який відноситься до фізичного методу з’єднання, процес простий, а також висока точність виробу. Однак процес очищення спіненого алюмінію та поверхні панелі перед наклеюванням є складним, а також стійкість до високої температури та корозійної стійкості клею погана, а міцність зчеплення також відносно низька. Ці недоліки обмежують розвиток цього методу. У порівнянні з методом склеювання міцність зчеплення методом зварювання була ефективно покращена. В даний час ведеться більше досліджень методу пайки і методу лазерного зварювання.

Спосіб пайки - це метод зварювання спіненого алюмінієвого сендвіч-матеріалу, який в даний час більш досліджений. Ключ до цього методу полягає у підборі припою та знятті оксидної плівки на поверхні спіненого алюмінію. Через різницю потенціалів електродів між припоєм на основі Sn- і спіненим алюмінієвим основним матеріалом, на паяному з’єднанні схильна до електрохімічної корозії, а з’єднання має низьку термостійкість і низьку міцність. Ван Хуей та ін. використовували азотний захист для підвищення міцності паяних з'єднань. Результати дослідження показують, що поверхня розділу не утворює безперервний шар плівки, а складається з кінцевих-пор-контактних перетинів ребер. Ю Чонгчонг та ін. використовував сплав Zn-Al-Cu як припой. Оскільки припій має певну функцію-зняття плівки, під час зварювання не потрібно використовувати флюс, що може уникнути проблеми корозії, спричиненої використанням флюсу; використовується механічне вишкрібання. Зітріть 1 спред; застосовувати ультразвукову вібрацію під час зварювання, щоб припой стікав і рівномірно заповнював пори; нарешті, виходить сендвіч-панель, в якій металургійно об'єднані припій і алюмінієва пластина, припій і спінений алюміній. Чен Наннань та ін. використовував композитний шар з мідної фольги-алюмінієвого листа-мідної фольги як проміжний шар, завдяки чому міцність з’єднання була вище, ніж у основного металу, а також оптимізовані такі параметри, як температура зварювання та час витримки. Сон Юйфен та ін. використовував сплав на основі Al-Si- як паяльний матеріал і чисту алюмінієву пластину в якості передньої панелі, а також отримував спінену алюмінієву сендвіч-панель методом пайки. Вплив температури зварювання, часу та процесу відпалу на експлуатаційні характеристики сендвіч-панелі досліджували за допомогою ортогонального тесту. Оптимальні технологічні параметри отримані таким чином: температура зварювання 640 градусів, час 15 хв, відпал зняття напруги при 400 градусах 30 хв; Стійкість сендвіч-панелі, виготовленої методом при високій температурі, краща, ніж клейовим способом.

Лазерне зварювання — це метод опромінення високої{0}}інтенсивності та високої{1}}енергії лазерного променя на металеву поверхню для її розплавлення та з’єднання. Переваги цього методу полягають у тому, що деформація заготовки після зварювання мала, ефективність виробництва висока, а також можливість безперервного виробництва. Чжан Ді та ін. додав алюмінієвий сплав 6061 між піноалюмінієм і панеллю з пористістю 70 відсотків, розплавив алюмінієвий сплав 6061 під впливом тепла лазерного променя і проник в отвори спіненого алюмінію, щоб досягти кращого зварювання та міцності на розрив. зварне з'єднання. Він становить 2,97 МПа, що близько до міцності спіненого алюмінію. Однак під час лазерного зварювання поглинання енергії лазера основним матеріалом з піноалюмінієвої плівки обмежується через відображення стінок порових осередків у алюмінієвій піні та обмеження порового простору. Під дією високотемпературного-джерела тепла пори всередині алюмінієвої піни можуть зруйнуватися внаслідок ендотермічного плавлення, утворюючи таким чином широку зону зварного шва з щільною структурою. Лазерне зварювання все ще знаходиться на ранній стадії розвідки, і до промислового виробництва ще попереду. йти.

1.2 Метод спінювання

Лян Сяоцзюнь та ін. змішали порошок алюмінієвого сплаву з піноутворювачем TiH2, а потім пресували залізо, титанові панелі та порошок у формі, спочатку зробили спінювальну заготовку, а потім нагріли при певній температурі для розкладання TiH2 на водень, щоб піноутворення розплаву виробляло сендвіч-панелі з металургійним зв’язком. . Оскільки цей метод вимагає пресування у формі, розмір готового виробу обмежений. Чжан Мін та ін. помістили порошок алюмінієвого сплаву, змішану з піноутворювачем, між панелями, а потім виготовили заготовку методом прокатки композиту, уникаючи таким чином обмеження розмірів форми, а потім помістили її в піч опору для нагрівання та спінювання. Етапи процесу прості, а безперервне виробництво легше. Основна проблема методу прокатки композитного матеріалу полягає в тому, що заготовка схильна до втрати порошку під час процесу прокатки, що призводить до низького виходу та низької товщини та точності листа. З метою покращення якості преформи, Song Binna et al. використовував метод обгортання, щоб зробити заготовку, і помістив порошок алюмінієвого сплаву, який потрібно спінити, в алюмінієву трубку, герметично закатати, а потім спінити. Цей метод вирішує проблеми втрати порошку та країв тріщин на кромці преформи, а також виробляє сендвіч-панель з хорошим зчепленням розділу; Пісня Бінна та ін. вивчено вплив коефіцієнта зменшення на заготовку та структуру сендвіч-панелі. Дослідження показують, що коли швидкість відновлення становить 70 відсотків, поверхня преформи плоска і цілісна, порошок однорідний і щільний, а якість кінцевої сендвіч-панелі також найкраща. Лю Цзя та ін. додатково досліджували вплив параметрів спінювання на еволюційну поведінку осередків в серцевинні шару сендвіч-панелі в процесі підготовки до прокатки оболонки. Усі вищенаведені дослідження базуються на дослідженні порошку алюмінієвого сплаву, тоді як Wang Yaoqi та ін. використовували алюмінієву пластину в якості спінювальної матриці і використовували кумулятивний метод укладання для приготування спіненої преформи. Спеціальний метод полягає в тому, щоб рівномірно розподілити порошок піноутворювача TiH2 між чотирма шарами алюмінієвих пластин, а потім накласти та прокатати алюмінієві пластини на 350 градусів протягом 2 проходів, щоб зробити заготовку зі спіненого алюмінію, а потім панель із титанового сплаву TC4 або 1Cr18Ni9Ti. Панелі з нержавіючої сталі укладаються по обидва боки заготовки зі спіненого алюмінію, а потім прокатуються та ламінуються при 450 ℃ для отримання сендвіч-панелі, а потім спінюються в печі опору для отримання сендвіч-панелі зі спіненого алюмінію.

1.3 Інші методи Zhang Taikang et al. використовували порожнисті сфери Al2O3 з високою міцністю та низькою щільністю як нерозчинний пороутворювач-, алюмінієвий сплав 6063 в якості спіненої алюмінієвої матриці та пластину з алюмінієвого сплаву як поверхневий матеріал композитної пластини, підготовлену шляхом зворотного фільтраційного лиття метод З піноалюмінієвої сендвіч-панелі. Результати показують, що матеріал серцевини та панель із алюмінієвого сплаву досягають хорошого металургійного зв’язку.

2. Застосування піноалюмінієвої сендвіч-панелі у вибухозахищеній-будівлі

Сендвіч-панель зі спіненого алюмінію може поглинати енергію через пластичну деформацію під час вибуху або сильного ударного навантаження. Порівняно з одношаровими-платами, він має вищу квазі{1}}статичну міцність і вищу проти-вибухонебезпечність. В останні роки, у зв’язку зі збільшенням кількості вибухів і терористичних атак, піноалюмінієві сендвіч-панелі поступово привертають увагу академічної спільноти як вибухобезпечний-матеріал. , його антидетонаційна-ефективність також стала центром дослідження.

2.1 Дослідження застосування у вибухобезпечних-будинках

Ши Шаоцин та інші вважають, що багатошарова композитна структура із пінопласту та алюмінію має кращий-вибухозахищений ефект, ніж одинарний алюмінієвий пінопласт, і його можна застосувати до вибухобезпечної конструкції- військових будівель. Кан Цзянгун та ін. використовував той самий матеріал з піноалюмінієвої серцевини для порівняння впливу промислових панелей з чистого алюмінію та панелей з нержавіючої сталі 304 на противибухові характеристики піноалюмінієвих сендвіч-балок за допомогою чисельного моделювання. Результати показують, що піноалюмінієва сендвіч-балка, виготовлена ​​з промислових чистих алюмінієвих панелей, має кращу вибухобезпечність-при вибухонебезпечному впливі. На цій основі Sui Shunbin et al. досліджували противибухові властивості алюмінієвих пінопластів, виготовлених із сталевих пластин HRB335. У порівнянні з пластинами з чистого алюмінію та пластинами з нержавіючої сталі 304, середнє-зміщення та деформація стиску матеріалу серцевини – це три. найменший. Фу Сюеран та інші вивчали антидетонаційні властивості захисного шару з вуглецевого волокна та спіненого алюмінію, які широко використовуються в захисті будівель. Результати показують, що вибухонебезпечний-ефект захисного шару зі спіненого алюмінію набагато вищий, ніж у тканини з вуглецевого волокна, і у вибухозахищеному-конструкції слід віддавати перевагу спіненому алюмінієвому матеріалу. Відповідно до противибухового ефекту піноалюмінієвої сендвіч-панелі, Чжан Дунсінь запропонував заповнити середину зовнішньої сталевої пластини піноалюмінієм до та після дверей, щоб створити новий тип захисних дверей, і використав ANSYS. /LS-DYNA для перевірки вибухобезпечності-ефекту захисних дверей.

Результати показують, що новий тип захисних дверей має хороші характеристики загасання вибухової ударної хвилі і може відігравати захисну роль.

2.2 Проблеми в застосуванні

Піноалюмінієва сендвіч-панель має відмінну{0}}вибухозахищену функцію, але все ще менше використовується у вибухозахищеній-будівлі. Основними причинами є наступні два аспекти: По-перше, нинішній матеріал сендвіч-панелей з піноалюмінієвих панелей все ще знаходиться на стадії дослідження, і немає більш економічного методу промислового виробництва. Собівартість виробництва пінопласту сама по собі є відносно високою, а сендвіч-панелі змушені підвищувати собівартість на її основі, що обмежує сферу застосування сендвіч-панелі; крім того, вибухобезпечний-механізм піноалюмінієвої сендвіч-панелі не зовсім зрозумілий. Кількісний зв’язок між мікроструктурою матеріалу пластини та макроскопічною морфологією не встановлений, а реакція сендвіч-пластини на динамічне навантаження досі не ясна. З огляду на перераховані вище причини, до застосування сендвіч-панелей у практиці вибухобезпечного-будівництва ще далеко.

3. Резюме та перспективи

(1) Загальні методи з’єднання на основі виробів із спіненого алюмінію включають склеювання та зварювання. Спосіб склеювання має простий процес, але має низьку міцність зчеплення та стійкість до високої температури; метод зварювання може реалізувати металургійну комбінацію спіненого алюмінію та панелі та ефективно покращити міцність інтерфейсу та стійкість до високих температур. Серед них ключовою проблемою методу пайки є вибір матеріалу для пайки та методу видалення оксидної плівки на поверхні спіненого алюмінію. В даний час у цій галузі проведено багато вітчизняних досліджень. Лазерне зварювання також вивчалося у Франції, але воно ще знаходиться на стадії дослідження.

(2) Метод спінювання – це метод підготовки, при якому панель і спінений матеріал виготовляють у преформи, а потім піддають обробці спінюванням; на основі алюмінієвого сплаву і порошку піноутворювача, його називають методом прокатки композиту, а потім проводять обробку спінюванням. На основі методу порошкової металургії обгорткового прокату кумулятивний метод прокатки заснований на алюмінієвих пластинах; крім того, деякі вчені використовують метод просочування для приготування сендвіч-панелей. З-поглибленим вивченням різних методів приготування з’являться методи, придатні для-великого промислового виробництва.

(3) Спінена алюмінієва сендвіч-панель є потенційно вибухонебезпечним-матеріалом, який можна використовувати для захисту ключових частин, таких як опорні колони, балки та двері в будівлях. Через високу вартість виробництва матеріалів із піноалюмінієвих сендвіч-панелей та вибухонебезпечний механізм, який необхідно вивчати, поточне застосування сендвіч-панелей у вибухозахищеному-будівництві все ще знаходиться на стадії дослідження. У майбутньому, з розвитком технології приготування піноалюмінієвих сендвіч-панелей та-поглибленими дослідженнями вибухобезпечного-механізму, це матиме широкі перспективи у застосуванні вибухонебезпечних будівель{{ 6}}доказ.