1. Vad är metallskum och aluminiumskum
Under historiens gång utgör upptäckten av metallskum en viktig milstolpe i revolutionen inom hela materialteknikområdet. Metallskum är ett material som består av en metallstruktur som har ett stort antal porer och är fylld med gas längs strukturen [2]. Porerna i dessa metallskum kan vara sammankopplade eller förseglade och kallas skum med öppna celler respektive skum med slutna celler, som visas i figur 2(a)(b) [3]. Bland dem är aluminiumskummaterialet för närvarande den mest lovande skummetallen på grund av dess höga porositet, låga densitet, låga vikt, höga hållfasthet, goda kompressibilitet, stark stötabsorption, bra ljudabsorptionsprestanda och goda elektromagnetiska avskärmningsprestanda. Utmärkt prestanda, därför känd som "metallstjärnan" [4], ofta använd i andra bearbetningsmetoder inom flygteknik, tillverkning och fysikaliska vetenskaper.
Figur 2. Strukturella egenskaper hos skummad aluminium: (a) Aluminiumskum med öppna celler; (B) Aluminiumskum med slutna celler [3]
2. Upptäckten av skummad aluminium
Genom historien har material som ben, trä och pimpsten använts i stor utsträckning under lång tid. Många forskare förutspår att användbarheten av dessa material har främjat produktionen av konstgjorda material som metallskum. Även om de flesta av de skumtekniker som för närvarande används har föreslagits sedan 1950-talet, har studier visat att upptäckten av aluminiumskum kan spåras tillbaka till 1926, då Ma De Meller först nämnde metallskumning i ett franskt patent. Meller föreslog en gång att metallskumningsprocessen kan uppnås genom att införa inert gas i den smälta metallen, eller genom att använda ett skummedel såsom karbonat i den smälta metallen. Även om detta bara är ett patent baserat på idén, lägger det grunden för nästa steg som krävs i utvecklingen av aluminiumskum. John C. Elliott vidareutvecklade denna idé 20 år senare, designade en uppdaterad version av Meller-patentet och introducerade det första tillgängliga aluminiumskummet, vilket i sin tur bidrog till kommersialiseringen av materialet i Japan på 1990-talet. Utgivningen lade grunden [5].
3. Prestanda och applicering av aluminiumskum
Aluminiumskum är en metall med hög porositet och porös struktur, där de förseglade porerna står för cirka tre fjärdedelar av metallmaterialets totala volym, vilket gör materialet mycket lätt [7]. Förutom ovanstående egenskaper har aluminiumskum även imponerande energiabsorptionsegenskaper och hög kompressibilitet [7]. När det gäller densiteten fann forskarna att densiteten för de flesta aluminiumskumprover är cirka 0,4-1,2 g·cm-3 [6]. Dessutom har aluminiumskum även ljudabsorption, återvinningsbarhet och låg värmeledningsförmåga [7].
När det gäller applikationer gör den elektromagnetiska avskärmningen, låga vikten och absorberande egenskaperna hos aluminiumskum det en idealisk kandidat för komponenter som används i kontrollerade kärnfusionsenheter, bilar, flyg- och byggindustrin på grund av dess motståndskraft mot extrema fysiska miljöer. I den kontrollerbara kärnfusionsanordningen är aluminiumskum med slutna celler ett utmärkt elektromagnetiskt skärmningsmaterial. På grund av sammankopplingen av aluminiumskumskelettet har det en enorm specifik yta och god förmåga att absorbera och reflektera elektromagnetiska vågor. Olika förluster uppstår, såsom absorptionsförlust, reflektionsförlust, etc., så att skummad aluminium har utmärkt elektromagnetisk skärmningsprestanda. Dessutom fann man också att den elektromagnetiska skärmningseffektiviteten för skummad aluminium visade en trend att först minska och sedan öka med ökningen av elektromagnetisk vågfrekvens [3]. Inom flygindustrin används skummad aluminium för att göra rymdkoner eller turbindelar. På grund av den låga kvaliteten på skummad aluminium är det särskilt användbart för att minska den totala vikten av flygplanskomponenter [7]. Och som ett utmärkt energiabsorberande material används skummad aluminium för att tillverka rymdfarkostens buffertar, vibrationsdämpare och botten av rymdfarkostens returkabin, så att rymdfarkosten kan uppnå en säker landning och skydda säkerheten för astronauter och rymdutrustning. Genom effektiv energiabsorption och stötdämpning kan skummad aluminium säkerställa säkerheten för astronauter under påverkan av rymdfarkostens landning, som visas i figur 3 [8].
Figur 3. Förbättrad delstruktur av den slagtåliga länsen[8]
1-överhud; 2-skum aluminium stringers; 3-nedre hud
Inom fordonsindustrin hjälper skummad aluminium till att minska det totala antalet delar som används i ramen, gör monteringsprocessen mer effektiv och hjälper i slutändan till att minska kostnaderna och förbättra prestandan [7]. För närvarande används skumaluminium i anti-kollisionsstänger, balkar och dörrbalkar i bilkarosskonstruktioner på marknaden, som visas i figur 4 [9-10].
Figur 4. (a) är ett diagram över partiell energiabsorberande delar av karossen;
(B) Schematiskt diagram av skumaluminium anti-kollisionsstång
Inom byggbranschen är den huvudsakliga användningen av skummad aluminium som en skyddande, brandsäker barriär för att förhindra kraftigt buller. Den typiska tillämpningen av aluminiumskum med slutna celler i arkitektur är Shanghai SOHO Fuxing Plaza. Designern använder en stor mängd skumaluminium för att absorbera och isolera ljud, som visas i figur 6 [11].
Upptäckten av skummad aluminium anses vara en anmärkningsvärd prestation. Det skummade aluminiummaterialet kombinerar utmärkt elektromagnetisk skärmningsprestanda, låg vikt, låg densitet, stötdämpning och energiabsorberande prestanda, så det har mycket bra prestanda i olika industrier idag. Bred tillämplighet. Intressant nog är aluminiumskum också en miljövänlig produkt som kan återvinnas, vilket innebär att det är ett hållbart material och förväntas användas i stora mängder i framtida industriella tillämpningar.
Posttid: 2021-nov-30
