Fabricación de esponjas de aluminio para su posible aplicación en intercambio de calor

Abstract

Aluminum sponges are manufactured with different solids using a conventional powder metallurgy technique. The production of metal powders sponge’s aluminum and sodium chloride (table salt) were homogeneously mixed in volumetric ratio NaCl / Al of 70:30 to 65:35. Three different granulometries of salt were used in order to obtain six degrees of cellular metal with different morphological characteristics. The powders were cold compacted by uniaxial pressing; the green compacts were sintered for three hours at 670 ° C in a tube furnace Lindberg Blue landscape dynamics under argon atmosphere. The sinters obtained were subjected to a process of dissolution in hot distilled water in order to remove the salt and finally obtaining including metal sponges open porous structure. Aluminum sponges physical and morphologically characterized in terms of density, porosity, pore size and shape, permeability and tortuosity of the holes using complementary techniques diffraction analysis of X-ray images, and microscopy. Further according to standards, the thermal conductivity of the sponges was determined through an experimental arrangement based on the principle of comparison of conductivities using hot plates. It was found that the porosity of the sponges can be controlled from precursor salt content, obtaining sponges with porosities of 65 to 70% volume. Sponges are extremely light, with relative density of 0.2903 to 0.3439 ie less than one third the density of aluminum metal. The characteristic of the interconnected pores allows the passage of fluids therethrough, for which permeability values between 12.4 and 116.9 Darcy’s were determined. The permeable nature, coupled with thermal conductivity values obtained between 25.90 and 149.97 W / mK, indicating the possibility of implementing the sponges in heat exchange applications as heat sinks for electronic devices.

Se fabricaron esponjas de aluminio con diferente contenido de sólidos empleando una técnica convencional de metalurgia de polvos. Para la fabricación de las esponjas se mezclaron homogéneamente polvos metálicos de aluminio y cloruro de sodio (sal de mesa) en relación volumétrica NaCl/Al de 70:30 y 65:35. Tres diferentes granulometrías de sal fueron empleadas con el propósito de obtener seis grados de metales celulares con distintas características morfológicas. Los polvos fueron compactados en frío por prensado uniaxial; los compactos en verde fueron sinterizados por tres horas a 670 ºC en un horno tubular horizontal Lindbergh Blue bajo atmósfera dinámica de argón. Los sinterizados obtenidos se sometieron a un proceso de disolución en agua destilada caliente con el objeto de remover la sal incluida y obtener finalmente las esponjas metálicas de estructura porosa abierta. Las esponjas de aluminio se caracterizaron física y morfológicamente en términos de densidad, porosidad, tamaño y forma de poros, permeabilidad y tortuosidad de los huecos, empleando técnicas complementarias de difracción de rayos-x, microscopía y análisis de imágenes. Adicionalmente de acuerdo a normas, se determinó la conductividad térmica de las esponjas a través de un arreglo experimental basado en el principio de comparación de conductividades empleando placas calientes. Se encontró que la porosidad de las esponjas puede ser controlada a partir del contenido de sal precursora, obteniendo esponjas con porosidades de 65 a 70% volumen. Las esponjas son extremadamente ligeras, con densidad relativa de 0.2903 a 0.3439 es decir, menor a una tercera parte la densidad del aluminio metálico. La característica de los poros interconectados permite el paso de fluidos a través de las mismas, para lo cual se determinaron valores de permeabilidad entre 12.4 y 116.9 darcys. La naturaleza permeable, aunada a valores de conductividad térmica obtenidos entre 25.90 y 149.97 W/mK, indican la posibilidad de implementar las esponjas en aplicaciones de intercambio de calor como disipadores térmicos de dispositivos electrónicos.