1. Què és l'escuma metàl·lica i l'escuma d'alumini
Al llarg de la història, el descobriment de l'escuma metàl·lica constitueix una fita important en la revolució de tot el camp de l'enginyeria de materials. L'escuma metàl·lica és un material compost per una estructura metàl·lica que té un gran nombre de porus i s'omple de gas al llarg de l'estructura [2]. Els porus d'aquestes escumes metàl·liques es poden interconnectar o segellar, i s'anomenen escuma de cèl·lules obertes i escuma de cèl·lules tancades, respectivament, tal com es mostra a la figura 2 (a) (b) [3]. Entre ells, el material d'escuma d'alumini és actualment l'escuma metàl·lica més prometedora, a causa de la seva alta porositat, baixa densitat, pes lleuger, alta resistència, bona compressibilitat, forta absorció d'impacte, bon rendiment d'absorció de so i bon rendiment de blindatge electromagnètic. Excel·lent rendiment, conegut per tant com "estrella metàl·lica" [4], àmpliament utilitzat en altres mètodes de processament en els camps de l'enginyeria aeroespacial, la fabricació i les ciències físiques.
Figura 2. Característiques estructurals de l'escuma d'alumini: (a) Escuma d'alumini de cèl·lules obertes; (B) Escuma d'alumini de cèl·lules tancades [3]
2. El descobriment de l'escuma d'alumini
Al llarg de la història, materials com l'os, la fusta i la pedra tosca s'han utilitzat àmpliament durant molt de temps. Molts investigadors prediuen que la utilitat d'aquests materials ha promogut la producció de materials artificials com l'escuma metàl·lica. Tot i que la majoria de les tecnologies d'escuma que s'utilitzen actualment s'han proposat des dels anys 50, els estudis han demostrat que el descobriment de l'escuma d'alumini es remunta al 1926, quan Ma De Meller va esmentar per primera vegada l'escuma metàl·lica en una patent francesa. Meller va suggerir una vegada que el procés d'escuma metàl·lica es pot aconseguir introduint gas inert al metall fos o utilitzant un agent d'escuma com el carbonat en el metall fos. Tot i que es tracta només d'una patent basada en la idea, estableix les bases per als propers passos necessaris en el desenvolupament de l'escuma d'alumini. John C. Elliott va desenvolupar aquesta idea 20 anys més tard, dissenyant una versió actualitzada de la patent de Meller i introduint la primera escuma d'alumini disponible, que al seu torn va contribuir a la comercialització del material al Japó als anys noranta. El llançament va establir les bases [5].
3. Rendiment i aplicació d'escuma d'alumini
L'escuma d'alumini és un metall amb alta porositat i estructura porosa, en la qual els porus segellats representen aproximadament tres quartes parts del volum total del material metàl·lic, fent que el material sigui molt lleuger [7]. A més de les característiques anteriors, l'escuma d'alumini també té unes característiques d'absorció d'energia impressionants i una alta compressibilitat [7]. Pel que fa a la densitat, els investigadors van trobar que la densitat de la majoria de mostres d'escuma d'alumini és d'uns 0,4-1,2 g·cm-3 [6]. A més, l'escuma d'alumini també té absorció acústica, reciclabilitat i baixa conductivitat tèrmica [7].
Pel que fa a l'aplicació, el blindatge electromagnètic, el pes lleuger i les propietats d'absorció de l'escuma d'alumini el converteixen en un candidat ideal per a components utilitzats en dispositius de fusió nuclear controlada, automòbils, indústries aeroespacials i de construcció a causa de la seva resistència a entorns físics extrems. En el dispositiu de fusió nuclear controlable, l'escuma d'alumini de cèl·lules tancades és un excel·lent material de blindatge electromagnètic. A causa de la interconnexió de l'esquelet d'escuma d'alumini, té una gran superfície específica i una bona capacitat per absorbir i reflectir ones electromagnètiques. Es produeixen diverses pèrdues, com ara la pèrdua d'absorció, la pèrdua de reflexió, etc., de manera que l'alumini escumat té un excel·lent rendiment de blindatge electromagnètic. A més, també es va trobar que l'eficàcia de blindatge electromagnètic de l'alumini escumat mostrava una tendència de disminució i després d'augment amb l'augment de la freqüència de les ones electromagnètiques [3]. A la indústria aeroespacial, l'alumini escumat s'utilitza per fabricar cons espacials o peces de turbines. A causa de la baixa qualitat de l'escuma d'alumini, és especialment útil per reduir el pes total dels components de l'aeronau [7]. I com a excel·lent material d'absorció d'energia, l'alumini escumat s'utilitza per fabricar amortidors de la nau espacial, absorbidors de vibracions i la part inferior de la cabina de retorn de la nau espacial, de manera que la nau espacial pugui aconseguir un aterratge segur i protegir la seguretat dels astronautes i els equips espacials. Mitjançant l'absorció efectiva d'energia i l'absorció de cops, l'alumini escumat pot garantir la seguretat dels astronautes sota l'impacte de l'aterratge de la nau espacial, tal com es mostra a la figura 3 [8].
Figura 3. Estructura parcial millorada de la sentina resistent als impactes[8]
1-pell superior; 2 cordons d'alumini d'escuma; 3-pell inferior
A la indústria de l'automòbil, l'alumini escumat ajuda a reduir el nombre total de peces utilitzades en el marc, fa que el procés de muntatge sigui més eficient i, en última instància, ajuda a reduir costos i millorar el rendiment [7]. En l'actualitat, l'escuma d'alumini s'utilitza en barres, bigues i bigues anti-col·lisió en estructures de carrosseria d'automòbils del mercat, tal com es mostra a la figura 4 [9-10].
La figura 4. (a) és un diagrama de parts que absorbeixen energia parcial de la carrosseria del cotxe;
(B) Diagrama esquemàtic de la barra anticolisió d'alumini d'escuma
A la indústria de la construcció, l'ús principal de l'escuma d'alumini és com a barrera protectora i resistent al foc per evitar sorolls greus. L'aplicació típica de l'escuma d'alumini de cèl·lules tancades a l'arquitectura és la Xangai SOHO Fuxing Plaza. El dissenyador utilitza una gran quantitat d'escuma d'alumini per absorbir i aïllar el so, tal com es mostra a la figura 6 [11].
El descobriment de l'escuma d'alumini es considera un èxit notable. El material d'alumini escumat combina un excel·lent rendiment de blindatge electromagnètic, pes lleuger, baixa densitat, absorció de cops i rendiment d'absorció d'energia, de manera que té un rendiment molt bo en diverses indústries actuals. Amplia aplicabilitat. Curiosament, l'escuma d'alumini també és un producte respectuós amb el medi ambient que es pot reciclar, la qual cosa significa que és un material sostenible i s'espera que s'utilitzi en grans quantitats en futures aplicacions industrials.
Hora de publicació: 30-nov-2021
