1. Hva er metallskum og aluminiumskum
I løpet av historien utgjør oppdagelsen av skummet metall en viktig milepæl i revolusjonen av hele feltet av materialteknikk. Metallskum er et materiale sammensatt av en metallstruktur som har et stort antall porer og er fylt med gass langs strukturen [2]. Porene til disse metallskummet kan være sammenkoblet eller forseglet, og kalles henholdsvis åpencellet skum og lukket celleskum, som vist i figur 2(a)(b) [3]. Blant dem er aluminiumskummaterialet for tiden det mest lovende skummetallet, på grunn av dets høye porøsitet, lave tetthet, lette vekt, høye styrke, gode komprimerbarhet, sterk støtabsorpsjon, god lydabsorpsjonsytelse og god elektromagnetisk skjermingsytelse. Utmerket ytelse, derfor kjent som "metallstjernen" [4], mye brukt i andre prosesseringsmetoder innen romfartsteknikk, produksjon og fysiske vitenskaper.
Figur 2. Strukturelle egenskaper for skummet aluminium: (a) Åpencellet aluminiumskum; (B) Aluminiumskum med lukkede celler [3]
2. Oppdagelsen av skummet aluminium
Gjennom historien har materialer som bein, tre og pimpstein vært mye brukt i lang tid. Mange forskere spår at nytten av disse materialene har fremmet produksjonen av menneskeskapte materialer som metallskum. Selv om de fleste skumteknologiene som er i bruk har blitt foreslått siden 1950-tallet, har studier vist at oppdagelsen av skummet aluminium kan spores tilbake til 1926, da Ma De Meller først omtalte metallskum i et fransk patent. Meller foreslo en gang at metallskumningsprosessen kan oppnås ved å introdusere inert gass i det smeltede metallet, eller ved å bruke et skummende middel som karbonat i det smeltede metallet. Selv om dette bare er et patent basert på ideen, legger det grunnlaget for de neste trinnene som kreves i utviklingen av aluminiumskum. John C. Elliott videreutviklet denne ideen 20 år senere, utformet en oppdatert versjon av Meller-patentet og introduserte det første tilgjengelige aluminiumskummet, som igjen bidro til kommersialiseringen av materialet i Japan på 1990-tallet. Utgivelsen la grunnlaget [5].
3. Ytelse og påføring av aluminiumskum
Skummet aluminium er et metall med høy porøsitet og porøs struktur, hvor de forseglede porene utgjør omtrent tre fjerdedeler av det totale volumet av metallmaterialet, noe som gjør materialet veldig lett [7]. I tillegg til de ovennevnte egenskapene, har aluminiumskum også imponerende energiabsorpsjonsegenskaper og høy komprimerbarhet [7]. Når det gjelder tettheten, fant forskerne at tettheten til de fleste aluminiumskumprøver er omtrent 0,4-1,2 g·cm-3 [6]. I tillegg har aluminiumskum også lydabsorpsjon, resirkulerbarhet og lav varmeledningsevne [7].
Når det gjelder bruk, gjør den elektromagnetiske skjermingen, den lette vekten og de absorberende egenskapene til aluminiumskum det en ideell kandidat for komponenter som brukes i kontrollerte kjernefysiske fusjonsenheter, biler, romfart og konstruksjonsindustri på grunn av motstanden mot ekstreme fysiske miljøer. I den kontrollerbare kjernefysiske fusjonsenheten er lukket-cellet aluminiumskum et utmerket elektromagnetisk skjermingsmateriale. På grunn av sammenkoblingen av aluminiumskumskjelettet har det et enormt spesifikt overflateareal og god evne til å absorbere og reflektere elektromagnetiske bølger. Ulike tap oppstår, som absorpsjonstap, refleksjonstap, etc., slik at skummet aluminium har utmerket elektromagnetisk skjermingsytelse. Dessuten ble det også funnet at den elektromagnetiske skjermingseffektiviteten til skummet aluminium viste en trend med først å avta og deretter øke med økningen av elektromagnetisk bølgefrekvens [3]. I romfartsindustrien brukes skummet aluminium til å lage romkjegler eller turbindeler. På grunn av den lave kvaliteten på skummet aluminium er det spesielt nyttig for å redusere totalvekten av flykomponenter [7]. Og som et utmerket energiabsorberende materiale brukes skummet aluminium til å produsere romfartøyets buffere, vibrasjonsdempere og bunnen av romfartøyets returkabin, slik at romfartøyet kan oppnå en sikker landing og beskytte sikkerheten til astronauter og romutstyr. Gjennom effektiv energiabsorbering og støtdemping kan skummet aluminium sikre sikkerheten til astronauter under støtet av romfartøyets landing, som vist i figur 3 [8].
Figur 3. Forbedret delstruktur av den slagfaste lensen[8]
1-øvre hud; 2-skum aluminium stringers; 3-nedre hud
I bilindustrien bidrar skummet aluminium til å redusere det totale antallet deler som brukes i rammen, gjør monteringsprosessen mer effektiv, og hjelper til slutt med å redusere kostnadene og forbedre ytelsen [7]. For tiden brukes skumaluminium i antikollisjonsstenger, bjelker og dørbjelker i bilkarosserikonstruksjoner på markedet, som vist i figur 4 [9-10].
Figur 4. (a) er et diagram over partielle energiabsorberende deler av karosseriet;
(B) Skjematisk diagram av skum-aluminium-antikollisjonsstang
I byggebransjen er hovedbruken av skummet aluminium som en beskyttende, brannsikker barriere for å forhindre alvorlig støy. Den typiske bruken av lukket-cellet aluminiumsskum i arkitektur er Shanghai SOHO Fuxing Plaza. Designeren bruker en stor mengde skumaluminium for å absorbere og isolere lyd, som vist i figur 6 [11].
Oppdagelsen av skummet aluminium anses å være en bemerkelsesverdig prestasjon. Det skummede aluminiummaterialet kombinerer utmerket elektromagnetisk skjermingsytelse, lav vekt, lav tetthet, støtdemping og energiabsorberende ytelse, så det har svært god ytelse i ulike bransjer i dag. Bred anvendelighet. Interessant nok er aluminiumskum også et miljøvennlig produkt som kan resirkuleres, noe som betyr at det er et bærekraftig materiale og forventes å bli brukt i store mengder i fremtidige industrielle applikasjoner.
Innleggstid: 30. november 2021
