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 Development of precursors to produce metallic foams
Please use this identifier to cite or link to this item http://hdl.handle.net/10773/8234

title: Development of precursors to produce metallic foams
other titles: Desenvolvimento de percursores para o fabrico de espumas metálicas
authors: Lopes, Bruno Pinto
advisors: Duarte, Isabel Maria Alexandrino
Correia, Mónica Sandra Abrantes de Oliveira
keywords: Engenharia mecânica
Espumas metálicas
Ligas de alumínio
Metalurgia de pós
issue date: 29-Nov-2011
publisher: Universidade de Aveiro
abstract: As espumas metálicas produzidas por metalurgia de pós têm vindo a ser cada vez mais utilizadas nas mais diversas aplicações. Actualmente estes materiais estão a ser utilizados em estruturas ultraleves, de absorção de energia e de amortecimento sonoro em veículos automóveis, comboios, eléctricos e aeronaves. O principal objectivo desta dissertação prendeu-se com o desenvolvimento de material precursor de qualidade para o fabrico de espumas de ligas de Alumínio. Para o efeito foram testados pós comerciais de três tipos de ligas de Alumínio (liga de Al) e dois tipos de Hidreto de Titânio (TiH2) de diferentes composições químicas e granulometrias. Para atingir este objectivo, o trabalho dividiu-se em quatro fases: (1) Avaliação das propriedades dos pós, incluindo o estudo da oxidação e da reacção de decomposição térmica dos pós de TiH2 através de análises térmicas, complementadas com difracção de raio-X (DRX), microscopia electrónica de varrimento (SEM) e espectroscopia de energia dispersiva de raio-X (EDX), e ainda o estudo do comportamento térmico das ligas de Al através da técnica de microscopia a quente. (2) Optimização dos parâmetros no processo de fabrico do material precursor. (3) Avaliação da capacidade dos materiais precursores desenvolvidos na etapa anterior para produzir espumas de ligas de Al de qualidade. (4) Avaliação das propriedades das espumas obtidas neste trabalho, nomeadamente a densidade, a resistência á compressão e a capacidade de absorção de energia. Como resultado deste trabalho, apenas dois dos materiais precursores desenvolvidos durante a execução deste trabalho demonstraram ter capacidade de fabricar espumas de ligas de Alumínio de qualidade. Estes materiais precursores foram obtidos usando pós do mesmo tipo de liga de Al (88.45% de Al e 11.19% de Silício) de diâmetro médio de 16 µm, diferindo apenas no tipo de pós de TiH2 usados (6.89 µm e 15.39 µm). Ambos os pós de TiH2 foram previamente tratados termicamente a 480°C durante 180 minutos. Dos estudos realizados, conclui-se que é possível obter precursores com densidades superiores a 80% da densidade teórica através da combinação de uma prensagem a frio e de uma prensagem a quente a 400°C de 200bar. O pré-compactado a frio deve ser aquecido até 400°C e estar a esta temperatura durante 40 minutos, antes da prensagem a quente. As espumas de ligas de Al obtidas usando pós de TiH2 de diâmetro médio de 6.89 /µm apresentaram densidades entre 652.28 e 527.44 kg/m3 As obtidas usando pós de TiH2 de diâmetro médio de 15.39 /µm apresentaram valores de densidade inferiores, ou seja entre 487.8 e 421.29 kg/m3 Da avaliação das propriedades mecânicas, verificou-se que as espumas de maior densidade apresentam valores de propriedades mecânicas superiores, nomeadamente o módulo de Young, tensão de patamar e capacidade de absorção de energia. Por exemplo, o módulo de Young das espumas de maior densidade apresenta valores entre 106.30 e 147.54 MPa, enquanto as espumas de densidades inferior tem valores entre 27.44 e 63.88 MPa.

The metal foams produced by powder metallurgy have been increasingly used in various applications. Currently, these materials are being used in light weight structures, energy absorption and sound muffling in cars, trains, trams and aircrafts. The main objective of this thesis was the development of quality precursor material for the manufacture of Aluminium alloy foams. For that, commercial powders of three types of Aluminium alloys (Al-alloy) and two types of Titanium Hydride (TiH2) of different chemical compositions and sizes were tested. To attain the latter, the work was divided into four phases: (1) Evaluation of the powder properties, including the study of oxidation and thermal decomposition reaction of TiH2 powders by thermal analysis, complemented by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive spectroscopy X-ray (EDX), and also the thermal behaviour of Al alloys by hot microscopy technique. (2) Optimization of the parameters in the manufacturing process of the precursor material. (3) Evaluation of the ability of the precursor materials developed in the previous step to produce Al alloy foams with good quality. (4) Evaluation of the properties of the obtained foams in this work, such as density, compressive strength and energy absorption capacity. As a result of this work, only two of the precursor materials developed during the execution of this work have demonstrated to be able to manufacture aluminium alloy foams with quality. These precursors materials were obtained using powders of the same type of Al-alloy (Al 88.45% and 11.19% Silicon) with an average diameter of 16 um, only differing in the type of used TiH2 powders (6.89 um and 15.39 um). Both TiH2 powders were previously thermally treated at 480°C during 180 minutes. From these studies, it can concluded that it is possible to obtain precursors with densities above 80% of the theoretical density by applying a combination of cold and a hot pressing at 400°C using 200bar. The pre-compacted material at cold temperature must be heated to 400°C and kept at this temperature during 40 minutes, before hot pressing. The Al-alloy foams obtained using TiH2 powder with an average diameter of 6.89 µm presented densities between 652.28 and 527.44 kg/m3 The obtained foams using TiH16powder with an average diameter of 15.39 µm have shown lower density values, ie. between 487.8 and 421.29 kg/m3 From the evaluation of the mechanical properties, it was found that higher density foams have better mechanical properties, namely Young's modulus, stress level and energy absorption capacity. For example, Young's modulus for the higher density foams lies between 106.30 and 147.54 MPa, whereas for the lower density foams the values lie between 27.44 and 63.88 MPa.
description: Mestrado em Engenharia Mecânica
URI: http://hdl.handle.net/10773/8234
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