1. Que é a escuma metálica e a escuma de aluminio
Ao longo da historia, o descubrimento da espuma metálica constitúe un fito importante na revolución de todo o campo da enxeñería de materiais. A escuma metálica é un material composto por unha estrutura metálica que ten un gran número de poros e está chea de gas ao longo da estrutura [2]. Os poros destas espumas metálicas poden estar interconectados ou selados, e chámanse escuma de células abertas e escuma de células pechadas, respectivamente, como se mostra na Figura 2(a)(b) [3]. Entre eles, o material de escuma de aluminio é actualmente o metal de escuma máis prometedor, debido á súa alta porosidade, baixa densidade, peso lixeiro, alta resistencia, boa compresibilidade, forte absorción de impactos, bo rendemento de absorción de son e bo rendemento de blindaxe electromagnética. Excelente rendemento, coñecido polo tanto como "estrela metálica" [4], moi utilizado noutros métodos de procesamento nos campos da enxeñería aeroespacial, da fabricación e das ciencias físicas.
Figura 2. Características estruturais do escuma de aluminio: (a) escuma de aluminio de células abertas; (B) Espuma de aluminio de células pechadas [3]
2. O descubrimento de escuma de aluminio
Ao longo da historia, materiais como óso, madeira e pedra pómez foron moi utilizados durante moito tempo. Moitos investigadores prevén que a utilidade destes materiais promoveu a produción de materiais feitos polo home como a escuma metálica. Aínda que a maioría das tecnoloxías de escuma que se usan actualmente propuxéronse desde a década de 1950, os estudos demostraron que o descubrimento da escuma de aluminio remóntase a 1926, cando Ma De Meller mencionou por primeira vez a espuma metálica nunha patente francesa. Meller suxeriu unha vez que o proceso de espumación do metal pódese conseguir introducindo gas inerte no metal fundido ou empregando un axente espumante como o carbonato no metal fundido. Aínda que esta é só unha patente baseada na idea, senta as bases para os próximos pasos necesarios no desenvolvemento da escuma de aluminio. John C. Elliott desenvolveu aínda máis esta idea 20 anos despois, deseñando unha versión actualizada da patente de Meller e introducindo a primeira escuma de aluminio dispoñible, que á súa vez contribuíu á comercialización do material no Xapón nos anos 90. O lanzamento sentou as bases [5].
3. Rendemento e aplicación de escuma de aluminio
A espuma de aluminio é un metal con alta porosidade e estrutura porosa, no que os poros selados representan preto das tres cuartas partes do volume total do material metálico, o que fai que o material sexa moi lixeiro [7]. Ademais das características anteriores, a espuma de aluminio tamén ten características de absorción de enerxía impresionantes e alta compresibilidade [7]. En canto á densidade, os investigadores descubriron que a densidade da maioría das mostras de escuma de aluminio é de aproximadamente 0,4-1,2 g·cm-3 [6]. Ademais, a espuma de aluminio tamén ten absorción acústica, reciclabilidade e baixa condutividade térmica [7].
En termos de aplicación, o apantallamento electromagnético, o peso lixeiro e as propiedades de absorción da escuma de aluminio fan que sexa un candidato ideal para compoñentes utilizados en dispositivos de fusión nuclear controlada, automóbiles, industrias aeroespaciales e da construción debido á súa resistencia a ambientes físicos extremos. No dispositivo de fusión nuclear controlable, a escuma de aluminio de células pechadas é un excelente material de protección electromagnética. Debido á interconexión do esqueleto de escuma de aluminio, ten unha enorme superficie específica e unha boa capacidade para absorber e reflectir ondas electromagnéticas. Prodúcense varias perdas, como perdas de absorción, perdas de reflexión, etc., polo que o aluminio espumado ten un excelente rendemento de blindaxe electromagnética. Ademais, tamén se descubriu que a eficacia de blindaxe electromagnética do aluminio espumado mostrou unha tendencia de diminuír primeiro e despois aumentar co aumento da frecuencia das ondas electromagnéticas [3]. Na industria aeroespacial, o aluminio espumado úsase para fabricar conos espaciais ou pezas de turbinas. Debido á baixa calidade do aluminio espumado, é particularmente útil para reducir o peso total dos compoñentes das aeronaves [7]. E como un excelente material absorbente de enerxía, o aluminio espumado úsase para fabricar os amortiguadores da nave espacial, os absorbedores de vibracións e o fondo da cabina de retorno da nave espacial, para que a nave poida lograr un aterraxe seguro e protexer a seguridade dos astronautas e dos equipos espaciais. A través dunha efectiva absorción de enerxía e absorción de choques, o aluminio escumado pode garantir a seguridade dos astronautas baixo o impacto da aterraxe da nave espacial, como se mostra na Figura 3 [8].
Figura 3. Estrutura parcial mellorada da sentina resistente aos impactos[8]
1-pel superior; largueiros de aluminio 2-escuma; 3-pel inferior
Na industria do automóbil, o aluminio espumado axuda a reducir o número total de pezas utilizadas no cadro, fai que o proceso de montaxe sexa máis eficiente e, en última instancia, axuda a reducir custos e mellorar o rendemento [7]. Na actualidade, a escuma de aluminio úsase en barras, vigas e vigas de portas anticolisións en estruturas de carrocería de automóbiles no mercado, como se mostra na Figura 4 [9-10].
A figura 4. (a) é un diagrama de partes que absorben enerxía parcial da carrocería do coche;
(B) Diagrama esquemático da barra anticolisión de escuma de aluminio
Na industria da construción, o principal uso do aluminio escumado é como barreira protectora e resistente ao lume para evitar ruídos graves. A aplicación típica da escuma de aluminio de células pechadas na arquitectura é a Shanghai SOHO Fuxing Plaza. O deseñador usa unha gran cantidade de escuma de aluminio para absorber e illar o son, como se mostra na Figura 6 [11].
O descubrimento de escuma de aluminio considérase un logro notable. O material de escuma de aluminio combina un excelente rendemento de blindaxe electromagnética, peso lixeiro, baixa densidade, absorción de impactos e rendemento de absorción de enerxía, polo que ten un rendemento moi bo en varias industrias na actualidade. Ampla aplicabilidade. Curiosamente, a espuma de aluminio tamén é un produto respectuoso co medio ambiente que se pode reciclar, o que significa que é un material sostible e que se espera que se use en grandes cantidades en futuras aplicacións industriais.
Hora de publicación: 30-nov-2021
