۱. فوم فلزی و فوم آلومینیومی چیست؟
در طول تاریخ، کشف فوم فلزی، نقطه عطف مهمی در انقلاب کل حوزه مهندسی مواد محسوب میشود. فوم فلزی مادهای است که از یک ساختار فلزی تشکیل شده است که تعداد زیادی منافذ دارد و در امتداد ساختار آن با گاز پر شده است [2]. منافذ این فومهای فلزی میتوانند به هم متصل یا مهر و موم شده باشند و به ترتیب فوم سلول باز و فوم سلول بسته نامیده میشوند، همانطور که در شکل 2(a)(b) نشان داده شده است [3]. در میان آنها، ماده فوم آلومینیومی در حال حاضر به دلیل تخلخل بالا، چگالی کم، وزن سبک، استحکام بالا، تراکمپذیری خوب، جذب ضربه قوی، عملکرد خوب جذب صدا و عملکرد خوب در محافظت الکترومغناطیسی، امیدوارکنندهترین فلز فوم است. عملکرد عالی، بنابراین به عنوان "ستاره فلزی" شناخته میشود [4]، که به طور گسترده در سایر روشهای پردازش در زمینههای مهندسی هوافضا، تولید و علوم فیزیکی مورد استفاده قرار میگیرد.
شکل 2. ویژگیهای ساختاری فوم آلومینیومی: (الف) فوم آلومینیومی سلول باز؛ (ب) فوم آلومینیومی سلول بسته [3]
۲. کشف فوم آلومینیوم
در طول تاریخ، موادی مانند استخوان، چوب و پوکه معدنی برای مدت طولانی به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفتهاند. بسیاری از محققان پیشبینی میکنند که کاربرد این مواد، تولید مواد ساخته دست بشر مانند فوم فلزی را ارتقا داده است. اگرچه بیشتر فناوریهای فومسازی که در حال حاضر مورد استفاده قرار میگیرند، از دهه 1950 پیشنهاد شدهاند، اما مطالعات نشان دادهاند که کشف فوم آلومینیوم به سال 1926 برمیگردد، زمانی که ما د ملر برای اولین بار در یک اختراع فرانسوی از فومسازی فلزی نام برد. ملر زمانی پیشنهاد کرد که فرآیند فومسازی فلزی را میتوان با وارد کردن گاز بیاثر به فلز مذاب یا با استفاده از یک عامل فومساز مانند کربنات در فلز مذاب انجام داد. اگرچه این فقط یک اختراع مبتنی بر این ایده است، اما پایه و اساس مراحل بعدی مورد نیاز در توسعه فوم آلومینیوم را بنا مینهد. جان سی. الیوت 20 سال بعد این ایده را توسعه داد و نسخهای بهروز شده از اختراع ملر را طراحی کرد و اولین فوم آلومینیومی موجود را معرفی کرد که به نوبه خود به تجاریسازی این ماده در ژاپن در دهه 1990 کمک کرد. این انتشار، پایه و اساس [5] را بنا نهاد.
3. عملکرد و کاربرد فوم آلومینیومی
فوم آلومینیوم فلزی با تخلخل بالا و ساختار متخلخل است که در آن منافذ آببندی شده حدود سه چهارم کل حجم ماده فلزی را تشکیل میدهند و این ماده را بسیار سبک میکنند [7]. علاوه بر ویژگیهای فوق، فوم آلومینیوم همچنین دارای ویژگیهای جذب انرژی چشمگیر و تراکمپذیری بالا است [7]. در مورد چگالی، محققان دریافتند که چگالی اکثر نمونههای فوم آلومینیوم حدود 0.4-1.2 گرم بر سانتیمتر مکعب است [6]. علاوه بر این، فوم آلومینیوم همچنین دارای جذب صدا، قابلیت بازیافت و رسانایی حرارتی کم است [7].
از نظر کاربرد، خاصیت محافظت الکترومغناطیسی، وزن سبک و جذب فوم آلومینیوم، آن را به دلیل مقاومت در برابر محیطهای فیزیکی شدید، به گزینهای ایدهآل برای اجزای مورد استفاده در دستگاههای همجوشی هستهای کنترلشده، خودروها، صنایع هوافضا و ساختوساز تبدیل میکند. در دستگاه همجوشی هستهای قابل کنترل، فوم آلومینیوم سلول بسته یک ماده محافظ الکترومغناطیسی عالی است. به دلیل اتصال اسکلت فوم آلومینیومی، دارای سطح ویژه بسیار زیاد و توانایی خوبی در جذب و انعکاس امواج الکترومغناطیسی است. تلفات مختلفی مانند تلفات جذب، تلفات انعکاس و غیره رخ میدهد، به طوری که آلومینیوم فومی عملکرد محافظ الکترومغناطیسی عالی دارد. علاوه بر این، مشخص شد که اثربخشی محافظ الکترومغناطیسی آلومینیوم فومی با افزایش فرکانس موج الکترومغناطیسی ابتدا کاهش و سپس افزایش مییابد [3]. در صنعت هوافضا، از آلومینیوم فومی برای ساخت مخروطهای فضایی یا قطعات توربین استفاده میشود. به دلیل کیفیت پایین آلومینیوم فومی، به ویژه برای کاهش وزن کل قطعات هواپیما مفید است [7]. و به عنوان یک ماده عالی برای جذب انرژی، از آلومینیوم فوم شده برای ساخت ضربه گیرها، جاذبهای ارتعاش و کف کابین بازگشت فضاپیما استفاده میشود تا فضاپیما بتواند به فرود ایمن دست یابد و ایمنی فضانوردان و تجهیزات فضایی را حفظ کند. آلومینیوم فوم شده از طریق جذب موثر انرژی و جذب ضربه میتواند ایمنی فضانوردان را تحت تأثیر فرود فضاپیما تضمین کند، همانطور که در شکل 3 نشان داده شده است [8].
شکل 3. ساختار جزئی بهبود یافتهی خن مقاوم در برابر ضربه [8]
۱-پوسته بالایی؛ ۲-تیرچههای آلومینیومی فومی؛ ۳-پوسته پایینی
در صنعت خودرو، آلومینیوم فومدار به کاهش تعداد کل قطعات مورد استفاده در قاب کمک میکند، فرآیند مونتاژ را کارآمدتر میکند و در نهایت به کاهش هزینهها و بهبود عملکرد کمک میکند [7]. در حال حاضر، آلومینیوم فومدار در میلههای ضد برخورد، تیرها و تیرهای درب در سازههای بدنه خودرو موجود در بازار استفاده میشود، همانطور که در شکل 4 نشان داده شده است [9-10].
شکل ۴. (الف) نموداری از بخشهای جاذب انرژی جزئی بدنه خودرو است؛
(ب) نمودار شماتیک میله ضد برخورد آلومینیومی فومی
در صنعت ساخت و ساز، کاربرد اصلی آلومینیوم فومدار به عنوان یک مانع محافظ و مقاوم در برابر آتش برای جلوگیری از سر و صدای شدید است. کاربرد معمول فوم آلومینیوم سلول بسته در معماری، میدان فوکسینگ شانگهای SOHO است. طراح از مقدار زیادی آلومینیوم فومدار برای جذب و عایق صدا استفاده میکند، همانطور که در شکل 6 نشان داده شده است [11].
کشف آلومینیوم فومشده یک دستاورد قابل توجه محسوب میشود. ماده آلومینیوم فومشده ترکیبی از عملکرد عالی در برابر امواج الکترومغناطیسی، وزن سبک، چگالی کم، جذب شوک و عملکرد جذب انرژی است، بنابراین امروزه عملکرد بسیار خوبی در صنایع مختلف دارد. کاربرد گسترده. جالب توجه است که آلومینیوم فومشده همچنین یک محصول سازگار با محیط زیست است که قابل بازیافت است، به این معنی که یک ماده پایدار است و انتظار میرود در کاربردهای صنعتی آینده به مقدار زیادی مورد استفاده قرار گیرد.
زمان ارسال: 30 نوامبر 2021
