1. Što je metalna pjena i aluminijska pjena
Tijekom povijesti, otkriće pjenastog metala predstavlja važnu prekretnicu u revoluciji cjelokupnog područja inženjerstva materijala. Metalna pjena je materijal sastavljen od metalne strukture koja ima veliki broj pora i duž strukture je ispunjena plinom [2]. Pore ovih metalnih pjena mogu biti međusobno povezane ili zabrtvljene, a nazivaju se pjena otvorenih ćelija i pjena zatvorenih ćelija, kao što je prikazano na slici 2(a)(b) [3]. Među njima, aluminijski pjenasti materijal trenutno je pjenasti metal koji najviše obećava, zbog svoje visoke poroznosti, niske gustoće, male težine, velike čvrstoće, dobre kompresibilnosti, jake apsorpcije udarca, dobre performanse apsorpcije zvuka i dobre elektromagnetske zaštite. Izvrsna izvedba, stoga poznata kao "metalna zvijezda" [4], široko korištena u drugim metodama obrade u područjima zrakoplovnog inženjerstva, proizvodnje i fizičkih znanosti.
Slika 2. Strukturne značajke aluminijske pjene: (a) aluminijska pjena s otvorenim ćelijama; (B) Aluminijska pjena zatvorenih ćelija [3]
2. Otkriće pjenastog aluminija
Kroz povijest, materijali kao što su kost, drvo i plovućac bili su široko korišteni dugo vremena. Mnogi istraživači predviđaju da je korisnost ovih materijala potaknula proizvodnju materijala koje je izradio čovjek, poput metalne pjene. Iako je većina tehnologija pjenjenja koje se trenutno koriste predložena od 1950-ih godina, studije su pokazale da se otkriće pjenjenog aluminija može pratiti do 1926. godine, kada je Ma De Meller prvi put spomenuo metalno pjenjenje u francuskom patentu. Meller je jednom predložio da se proces pjenjenja metala može postići uvođenjem inertnog plina u rastaljeni metal ili korištenjem sredstva za pjenjenje kao što je karbonat u rastaljenom metalu. Iako je ovo samo patent temeljen na ideji, on postavlja temelje za sljedeće korake potrebne u razvoju aluminijske pjene. John C. Elliott dalje je razvio ovu ideju 20 godina kasnije, dizajnirajući ažuriranu verziju Mellerovog patenta i uvodeći prvu dostupnu aluminijsku pjenu, što je zauzvrat pridonijelo komercijalizaciji materijala u Japanu 1990-ih. Izdanje je postavilo temelje [5].
3. Izvedba i primjena pjenastog aluminija
Pjenasti aluminij je metal visoke poroznosti i porozne strukture, u kojem zapečaćene pore čine oko tri četvrtine ukupnog volumena metalnog materijala, što ga čini vrlo laganim [7]. Osim navedenih karakteristika, pjenasti aluminij također ima impresivne karakteristike apsorpcije energije i visoku kompresibilnost [7]. Što se tiče gustoće, istraživači su otkrili da je gustoća većine uzoraka aluminijske pjene oko 0,4-1,2 g·cm-3 [6]. Osim toga, pjenasti aluminij također ima apsorpciju zvuka, mogućnost recikliranja i nisku toplinsku vodljivost [7].
Što se tiče primjene, elektromagnetska zaštita, mala težina i apsorpcijska svojstva aluminijske pjene čine je idealnim kandidatom za komponente koje se koriste u uređajima za kontroliranu nuklearnu fuziju, automobilskoj, zrakoplovnoj i građevinskoj industriji zbog njene otpornosti na ekstremna fizička okruženja. U kontroliranom uređaju za nuklearnu fuziju, aluminijska pjena zatvorenih ćelija izvrstan je elektromagnetski zaštitni materijal. Zbog međusobnog povezivanja kostura aluminijske pjene ima veliku specifičnu površinu i dobru sposobnost apsorpcije i refleksije elektromagnetskih valova. Javljaju se različiti gubici, kao što je gubitak apsorpcije, gubitak refleksije, itd., tako da pjenasti aluminij ima izvrsnu elektromagnetsku zaštitu. Štoviše, također je otkriveno da učinkovitost elektromagnetske zaštite pjenastog aluminija pokazuje trend prvo opadanja, a zatim povećanja s povećanjem frekvencije elektromagnetskog vala [3]. U zrakoplovnoj industriji, pjenasti aluminij koristi se za izradu svemirskih stožaca ili dijelova turbina. Zbog niske kvalitete pjenastog aluminija posebno je koristan za smanjenje ukupne težine komponenti zrakoplova [7]. I kao izvrstan materijal koji apsorbira energiju, pjenasti aluminij koristi se za proizvodnju odbojnika svemirske letjelice, apsorbera vibracija i dna povratne kabine svemirske letjelice, tako da svemirska letjelica može postići sigurno slijetanje i zaštititi sigurnost astronauta i svemirske opreme. Kroz učinkovitu apsorpciju energije i apsorpciju udara, pjenasti aluminij može osigurati sigurnost astronauta pri slijetanju svemirske letjelice, kao što je prikazano na slici 3 [8].
Slika 3. Poboljšana djelomična struktura kaljuže otporne na udarce[8]
1-gornja koža; 2-pjenaste aluminijske trake; 3-donja koža
U automobilskoj industriji, pjenasti aluminij pomaže u smanjenju ukupnog broja dijelova koji se koriste u okviru, čini proces sklapanja učinkovitijim i u konačnici pomaže smanjiti troškove i poboljšati performanse [7]. Trenutno se pjenasti aluminij koristi u polugama protiv sudara, gredama i gredama vrata u strukturama karoserije automobila na tržištu, kao što je prikazano na slici 4 [9-10].
Slika 4. (a) je dijagram dijelova karoserije automobila koji djelomično apsorbiraju energiju;
(B) Shematski dijagram šipke protiv sudara od pjenastog aluminija
U građevinskoj industriji, glavna upotreba pjenastog aluminija je kao zaštitna, vatrootporna barijera za sprječavanje jake buke. Tipična primjena aluminijske pjene zatvorenih ćelija u arhitekturi je šangajska SOHO Fuxing Plaza. Dizajner koristi veliku količinu pjenastog aluminija za apsorpciju i izolaciju zvuka, kao što je prikazano na slici 6 [11].
Otkriće pjenastog aluminija smatra se izuzetnim postignućem. Pjenasti aluminijski materijal kombinira izvrsne performanse elektromagnetske zaštite, malu težinu, nisku gustoću, apsorpciju udara i apsorpciju energije, tako da ima vrlo dobre performanse u raznim industrijama danas. Široka primjenjivost. Zanimljivo, pjenasti aluminij također je ekološki prihvatljiv proizvod koji se može reciklirati, što znači da je održiv materijal i očekuje se da će se koristiti u velikim količinama u budućim industrijskim primjenama.
Vrijeme objave: 30. studenog 2021
