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El proceso de llenado de metal líquido es el primer paso en la formación de piezas fundidas, y se formarán muchos defectos de fundición. Este proceso debe ser dominado y controlado para obtener piezas fundidas de alta calidad. Por esta razón, se estudió la capacidad del metal líquido para llenar moldes a fin de obtener piezas moldeadas bien formadas y bien formadas para evitar defectos durante la etapa de llenado del molde.La capacidad de una aleación líquida para llenar la cavidad del molde para formar un molde bien definido, bien estructurado y de alta calidad se llama fluidez y capacidad de llenado de la aleación líquida.Cuanto mejor sea la fluidez de la aleación líquida, más fácil será moldear una forma clara, delgada y compleja, y cuanto más se pueda reponer la aleación líquida cuando se contraiga en el molde, más flotará el gas y las inclusiones no metálicas en el líquido. Y despejado.Si la fluidez no es buena, fácilmente causará defectos de fundición, como fundición insuficiente, aislamiento en frío, porosidad, inclusión de escoria y contracción.La fundición llena de metal líquido es un problema físico, químico e hidrodinámico complejo que involucra varias propiedades del metal líquido, como la densidad, la viscosidad, la tensión superficial, la oxidación, las propiedades del óxido y la humectabilidad.La cantidad de relleno afecta la formación de piezas fundidas. Es difícil obtener piezas fundidas estables a gran escala, de paredes delgadas y con estructuras complejas para aleaciones con cantidades de relleno pobres.Hay dos factores que afectan la función de llenado del molde: uno es afectar las condiciones de intercambio de calor entre el metal y el molde, cambiando así el tiempo de flujo del metal líquido. El otro es afectar las condiciones hidráulicas del metal líquido en la fundición, cambiando así el flujo del metal líquido.
La pérdida económica causada por la corrosión del metal líquido en la industria metalúrgica china es muy grave y también representa una amenaza potencial para el funcionamiento normal de las centrales nucleares. La tecnología de pulverización térmica tiene más de 80 años de historia de desarrollo, y sus campos de aplicación son muy amplios. Esta tecnología se ha aplicado con éxito en el campo de la anticorrosión, prolongando la vida útil de la pieza de trabajo, reduciendo el costo de producción de la empresa y el costo de mantenimiento del equipo, y ha desempeñado un papel indispensable en el desarrollo de la economía nacional.En el campo de la resistencia a la corrosión de los metales líquidos, China ha realizado una gran cantidad de trabajo de investigación a largo plazo, especialmente en componentes de la industria metalúrgica (incluidos los grandes rodillos fríos y calientes). Desde los materiales y procesos del equipo, ha entrado en la etapa de aplicación de ingeniería y ha logrado resultados significativos. Beneficios técnicos y económicos.En los últimos años, con el desarrollo de la tecnología de pulverización térmica y materiales relacionados, el proceso se ha mejorado y mejorado. Esta tecnología también se conoce como la ingeniería de resistencia a la corrosión para el metal fundido. Las unidades domésticas relacionadas y algunas universidades también han realizado un gran trabajo, como en materiales , Ha desarrollado con éxito una serie de materiales en polvo de pulverización térmica que se pueden utilizar para resistir la corrosión del metal fundido con óxido de aluminio oxidado (Al2O3) como producto principal.Algunas unidades también han copiado plasma, equipos de pulverización térmica supersónica y equipos de plasma. En términos de rendimiento, los arcos supersónicos son básicamente comparables en rendimiento a productos similares fuera de los Estados Unidos.¿Quiere aprender más sobre la corrosión por metal líquido?-> Métodos y mecanismos de corrosión de metal líquido
A medida que las funciones de los dispositivos inteligentes en la era 5G se vuelven cada vez más complejas, la integración de chips y módulos, y la densidad de componentes han aumentado dramáticamente, lo que lleva a un aumento continuo en el consumo de energía y la densidad de calentamiento de los dispositivos. Por lo tanto, los nuevos materiales térmicamente conductores se han convertido en importantes temas de investigación. Los materiales de interfaz térmica de metal líquido se usan ampliamente debido a su alta conductividad térmica, buena humectabilidad, estabilidad y amplia aplicabilidad, que pueden llenar completamente los espacios de la superficie de contacto inferior. Baja presión de instalación.El proceso de formación y el control del metal líquido, las características hidráulicas y las condiciones de flujo del proceso de llenado de metal líquido tienen un gran impacto en la calidad de la fundición y pueden causar varios defectos, como aislamiento en frío, fundición insuficiente, inclusiones, poros y arena de inclusión. El llenado de metal líquido puede causar adhesión de arena y otros defectos. Es importante diseñar el sistema de cierre de modo que el metal líquido llene la cavidad de manera suave y razonable. Solo el mercurio es un metal líquido, mientras que el galio, el roce y el cesio son metales de baja fusión.En electrónica, los metales líquidos se pueden usar como tintas impresas en 3D para generar directamente circuitos electrónicos. En comparación con el metal tradicional, su temperatura de impresión y el costo del equipo se reducen considerablemente, el tiempo de fabricación se acorta y se puede lograr una personalización personalizada. En medicina, el metal líquido tiene una buena biocompatibilidad con el cuerpo humano y se puede utilizar para conectar señales eléctricas para reparar las roturas nerviosas. En el campo mecánico, en comparación con los materiales poliméricos tradicionales, el metal líquido es autónomo, deformable y capaz de funcionar. Y las características de salto proporcionan un camino para el desarrollo de robots flexibles. El rendimiento de transferencia de calor del metal líquido es significativamente mejor que el de los medios de trabajo convencionales como el agua.A bajas tasas de flujo, la temperatura de la superficie del dispositivo puede mantenerse baja, lo que es adecuado para productos de enfriamiento y soluciones de enfriamiento con dispositivos de enfriamiento en el mercado.
El mecanismo y el método de la corrosión del metal líquido son diferentes de los medios generales de corrosión química. Generalmente, no ocurre reacción electroquímica, pero la corrosión, cavitación y fragilización bajo efectos físicos y químicos ocurren fácilmente entre el metal líquido y la formación de metal. La corrosión causada por el daño de metal sólido y la contaminación por metal líquido son los siguientes:1) Disolución de metal líquido: el proceso de disolución está controlado principalmente por la solubilidad del metal sólido en metal líquido a una temperatura dada.2) Corrosión causada por la contaminación del metal líquido: la presencia de oxígeno en el metal líquido puede causar oxidación de la superficie.3) Corrosión del límite del grano: corrosión causada por la reacción selectiva de metales líquidos y materiales sólidos a lo largo de los límites del grano.4) Transporte y depósito de material: en los sistemas de metal líquido, debido a la heterogeneidad de la temperatura, los elementos se disuelven a altas temperaturas y luego se depositan a bajas temperaturas.5) fragilización de metal líquido: este es un fenómeno, como la fragilización del acero inoxidable austenítico en un entorno de zinc.6) Corrosión: corrosión mecánica de metales líquidos.Nota: Ciertos procesos físicos, como la disolución física de materiales metálicos en ciertos metales líquidos, también pueden clasificarse como corrosión metálica. La corrosión de los metales en solución es una reacción electroquímica. Los contactos entre materiales metálicos y metales líquidos existen en muchas aplicaciones prácticas, tales como soldadura, fundición, soldadura, chapado en caliente y similares. En muchos casos, los materiales metálicos y las estructuras hechas con ellos deben usarse adecuadamente en condiciones naturales o de trabajo para la degradación y el daño causado por la interacción de la interacción química o electroquímica con los medios ambientales. Este fenómeno se llama corrosión.
Las aleaciones fusibles son aleaciones metálicas que pueden fundirse fácilmente a temperaturas relativamente bajas, es decir, fundirse fácilmente. Las aleaciones fusibles son generalmente, pero no necesariamente, aleaciones eutécticas.El término "aleación fusible" a veces se usa para describir aleaciones con un punto de fusión por debajo de 183 ° C (361 ° F; 456 K). En este sentido, las aleaciones fusibles se utilizan para soldar.IntroduccionLas aleaciones de baja fusión se pueden dividir en las siguientes categorías:Amalgama2. Aleaciones que contienen solo metales alcalinos3. Aleación que contiene galio (pero que no contiene metal alcalino o mercurio)4. Solo bismuto, plomo, estaño, cadmio, zinc, indio y algunas veces aleaciones5. Otras aleaciones (raramente utilizadas)6. Algunas aleaciones fusibles bastante conocidas son Wood's metal, Furth's metal, Rose metal, Galinstan y NaK.Área de aplicaciónLas aleaciones fusibles fundidas pueden usarse como refrigerantes porque son estables al calor y tienen una conductividad térmica más alta que la mayoría de los otros refrigerantes. Especialmente aleaciones hechas de metales con alta conductividad térmica, como el indio o el sodio. Los metales con secciones transversales bajas en neutrones se utilizan para enfriar reactores nucleares.
La conductividad térmica del metal líquido es muy grande, lo que hace posible lograr un gran coeficiente de transferencia de calor y lograr un intercambio de energía eficiente a bajas temperaturas. Debido a que esta condición de memoria se basa en la transferencia eficiente de energía molecular, se pueden obtener resultados más grandes de una sola fase dentro de una geometría simple. En otras palabras, el coeficiente de transferencia de calor del metal líquido se puede aumentar considerablemente (de 3 a 20 veces). Los modelos más antiguos con coeficientes de transferencia de calor significativamente mejorados deberían permitir un flujo de calor más alto durante la operación, manteniendo una temperatura constante. Esta fue una limitación importante de los diseños de receptores de sales fundidas anteriores. Por lo tanto, en el área del receptor, el metal líquido también puede reducir la inversión de capital total; además, se puede lograr una mayor eficiencia de recepción al mejorar el rendimiento de transferencia de calor. Por lo general, en una central térmica, el resultado ideal es tener una temperatura más alta para lograr una mayor eficiencia termodinámica. En general, la eficiencia solar fotovoltaica también debe considerar el impacto de la óptica y el rendimiento del receptor. El sistema de recepción central más avanzado es un ciclo Rankine de vapor subcrítico operado por nitrato. Generalmente, cuando se opera a una temperatura de vapor alta de 630 ° C, la eficiencia fotoeléctrica general de los condensadores secos y secos mejora entre un 8 y un 12%. Sin embargo, debido a que la temperatura de la sal fundida está limitada a 560 ° C, la temperatura más alta requerida para ciclos de mayor potencia con sal fundida no se puede lograr en absoluto. La aplicación directa de procesos termoquímicos solares es factible a altas temperaturas de operación. Los procesos industriales en los reactores químicos deben desarrollarse a altas temperaturas, y el metal fundido puede realizar de manera estable la función de un fluido termoconductor.Aplicación de metal líquido a alta temperatura en el ciclo del motor térmicoCiclo de turbina de vapor ultra supercrítico de 700 ° C: en comparación con otros conceptos de alta temperatura, con el desarrollo de módulos solares (receptores, sistemas de almacenamiento y módulos solares), la demanda para el desarrollo de módulos de potencia de vapor ultra supercrítico de 700 ° C es relativamente Se puede lograr un nivel bajo proporcionando transferencia de calor líquido. La temperatura de salida de dichos receptores debe ser de 700 ° C, y las aleaciones a base de níquel pueden ayudar a superar los problemas físicos. En el rango de temperatura correspondiente al sistema receptor y al sistema de almacenamiento, es necesario desarrollar una temperatura del ciclo de vapor superior a 700 ° C. Se puede ver que los principales riesgos asociados con la viabilidad del concepto son los problemas de soldadura de níquel y las tensiones transitorias, así como los problemas de corrosión.Ciclo abierto de turbina de gas: el gas más bajo de 600 ° C en el ciclo combinado Los módulos de energía de vapor se han comercializado y se pueden mejorar sobre la base de tecnologías avanzadas en las actuales plantas de energía de carbón y gas. En comparación con otras plantas de energía tradicionales de Taigang, las turbinas de gas solares tienen ventajas obvias. Aunque no a escala comercial, el concepto de usar aire comprimido como receptor de radiador ha sido ampliamente estudiado.Ciclo de turbina de gas cerrado: en un ciclo cerrado, se puede usar para reemplazar el aire y los gases inertes opcionales para una conversión de energía más eficiente. Del mismo modo, la energía térmica a alta temperatura recogida en un ciclo abierto debe transferirse a través de un intercambiador de calor o indirectamente o en contacto directo. Desde el punto de vista de la reducción de costos, los intercambiadores de calor de contacto directo son atractivos, pero deben abordarse los problemas prácticos relacionados con el sellado a presión y el suministro de vapor de Rankine a una turbina de vapor. Similar al ciclo abierto de la turbina de gas, el ciclo cerrado necesita un mayor desarrollo. El método principal para reducir costos está relacionado con la carga parcial en un ciclo cerrado de Brayton.
Galinstan es un nombre comercial y un nombre común para las aleaciones de metal líquido.Su composición es parte de la familia de aleaciones eutécticas compuesta principalmente de galio, indio y estaño. Dichas aleaciones eutécticas son líquidas a temperatura ambiente y generalmente se funden a + 11 ° C (52 ° F), mientras que Galinstan comercial se funde a -19 ° C (-2 ° F).Ejemplos de mezclas eutécticas típicas son 68% Ga, 22% In y 10% Sn (en peso), aunque la relación es entre 62% a 95% Ga, 5-22% In, 0-16% Sn (en peso) ), Los eutécticos restantes, la composición exacta del producto comercial "Galinstan" no ha sido revelada.Debido a la baja toxicidad y la baja reactividad de sus metales constituyentes, Galinstein puede reemplazar muchas aplicaciones que anteriormente usaban mercurio líquido tóxico o NaK (aleación de sodio-potasio) activo.Propiedades fisicasPunto de ebullición:> 1300 ° CPunto de fusión: −19 ° CPresión de vapor:
Las series de aleaciones de bajo punto de fusión generalmente contienen Bi, Pb, Sn, Cd, In, Ga, Zn, Sb y otras aleaciones de bajo punto de fusión, también conocidas como "aleaciones fusibles". Generalmente se considera que tienen puntos de fusión por debajo de 310 °. Según las características de su punto de fusión, se puede dividir en dos categorías: una se llama aleación eutéctica y la otra es aleación no eutéctica. El punto de fusión de todas las aleaciones de baja fusión es menor que el de cualquier metal puro de la aleación formada. El punto de fusión de las aleaciones eutécticas es estable. El punto de fusión (temperatura de flujo) de las aleaciones no eutécticas varía según el método de prueba, la calidad de la aleación, la ubicación de la medición, la velocidad de calentamiento y otros factores.Los materiales de interfaz térmica tienen las siguientes características:(1) Alta conductividad térmica;(2) Alta flexibilidad, asegurando que el material pueda llenar el espacio de la superficie de contacto más completamente bajo la condición de baja presión de instalación, y la resistencia térmica de contacto entre el material de interfaz térmica y la superficie de contacto es pequeña;(3) aislamiento;(4) Fácil de instalar y desmontar;(5) Amplia aplicabilidad, que se puede utilizar para llenar huecos pequeños, así como huecos grandes.
Una cosa interesante que puede hacer de inmediato con aleaciones de metal líquido es hacer su propio espejo. Todo lo que necesita es un trozo de vidrio y un hisopo de algodón.Se sumerge un hisopo de algodón en un vial y luego se gira para cubrirlo con una aleación de metal líquido.Ahora limpie el hisopo de algodón recubierto sobre el vidrio (en la foto usamos un portaobjetos de microscopio de vidrio). El metal se adhiere al vidrio, formando un revestimiento reflectante opaco.Cosas mas interesantesEl metal líquido puede hacer muchas cosas:Hacer termómetroHacer un barómetroHacer inclinómetro sismógrafoHacer que los objetos no conductores sean conductoresAdaptar electrodos a diferentes superficies.Experimento magnetohidrodinámicoSwing con electricidad de alta frecuenciaÚselo para conducir sonidos de alta energía.Reemplazar mercurio en espejos telescópicos giratoriosSi se requiere una superficie brillante, se puede colocar una solución diluida de ácido clorhídrico en la superficie o se puede usar un recubrimiento de aceite mineral de color claro. Ambos evitan que el metal se oxida lentamente con el tiempo.Como lo haceEl galio es un elemento (número atómico 31, directamente debajo del aluminio y directamente a la derecha del zinc en la tabla periódica). El punto de fusión al principio ya es muy bajo, pero podemos agregar otros elementos para obtener un punto de fusión más bajo.Inmediatamente debajo del galio en la tabla periódica se encuentra el indio (elemento 49). A la derecha del indio está el estaño (elemento 50).Cuando estos elementos se combinan, sus átomos se combinan en un compuesto. Las moléculas del compuesto no están unidas entre sí en la medida en que los átomos metálicos originales están unidos entre sí. Esto reduce el punto de fusión.Hay muchas formas de combinar los tres metales:El punto de fusión de cada combinación es ligeramente diferente. ¿Cuál crees que tiene el punto de fusión más bajo? Este puede ser un buen experimento de competencia científica.Una mezcla de 76% de galio y 24% de indio se funde a 16 grados Celsius (61 grados Fahrenheit). Tanto el galio como esta combinación pueden subenfriarse. Esto significa que una vez derretidos, pueden permanecer líquidos incluso si se enfrían muy por debajo del punto de fusión. Eventualmente se formará un pequeño cristal y comenzará el proceso de curado de todo el lote, pero una pequeña cantidad puede mantenerse demasiado fría por un tiempo.Las aleaciones de galio-indio son más reflectantes y menos densas que el mercurio, por lo que se están explorando para reemplazarlas con mercurio en espejos líquidos rotativos de telescopios astronómicos.
Los metales líquidos, como las aleaciones de bismuto, galio e indio, pueden proporcionar baja resistencia interfacial y alta conductividad eléctrica. Varias aleaciones de galio con puntos de fusión extremadamente bajos también se consideran materiales potenciales de interfaz de metal líquido. El rendimiento térmico de esta interfaz será un orden de magnitud mayor que muchos adhesivos de uso común.Como material de interfaz térmica, la aleación LMA tiene una excelente conductividad térmica debido a su excelente humectabilidad superficial y alta conductividad térmica y baja resistencia de contacto. Retrababilidad, facilidad de manejo y falta de curado lo hacen atractivo en entornos de gran volumen. Al adoptar un enfoque multidisciplinario para el desafío, se pueden aliviar los diversos mecanismos de falla que plagaron los productos LMA pasados y presentes.Los metales líquidos son muy fluidos. La estructura sólida o fase sugerida para su uso en la interfaz térmica resuelve el problema básico de mantener intacta la LMA durante el uso. Estas estructuras aumentan el área de contacto superficial con el LMA en la interfaz térmica. Mientras la energía total de la interfaz sólido-líquido sea menor que la energía de interfaz de la interfaz líquido-gas y la interfaz sólido-gas que reemplaza, LMA minimizará su energía superficial al humedecer la superficie dentro de la interfaz. Si la LMA es la misma que la superficie humectable utilizada debajo de la matriz, la LMA aún puede humedecer la superficie adyacente a la interfaz térmica, especialmente si se aplican fuerzas adicionales. Choques, vibraciones y desajustes de CTE entre el LMA y otros componentes pueden crear fuerzas adicionales. Una vez que el LMA humedece una superficie cerca de la interfaz térmica pero fuera de la interfaz térmica, se puede sospechar que cuando actúan fuerzas externas, solo la tensión superficial la mantendrá dentro de la interfaz. Otros han propuesto soluciones a este problema, que incluyen juntas y rellenos o componentes no eutécticos (viscosos) de LMA para aumentar su viscosidad. Descubrimos que simplemente modificando la superficie alrededor de la interfaz térmica para que la LMA no se moje, es suficiente incluir la LMA en la interfaz durante los ciclos de choque, vibración y temperatura. Es concebible que si se incorpora un exceso de LMA durante el proceso de ensamblaje, el exceso de LMA puede eventualmente flotar en el aire debido a golpes o vibraciones. Por lo tanto, el LMA TIM debe desplegarse en una cavidad cerrada donde no haya posibilidad de cortocircuitos o reacciones adversas con otros metales.
