1. Що таке металева піна та алюмінієва піна
У ході історії відкриття спіненого металу стало важливою віхою в революції всієї галузі матеріалознавства. Пінометал – це матеріал, що складається з металевої структури, яка має велику кількість пор і заповнена газом уздовж структури [2]. Пори цих металевих пінопластів можуть бути з’єднані між собою або герметизовані, і вони називаються піною з відкритими комірками та піною з закритими комірками відповідно, як показано на малюнку 2(a)(b) [3]. Серед них алюмінієвий спінений матеріал на даний момент є найперспективнішим спіненим металом завдяки його високій пористості, низькій щільності, легкій вазі, високій міцності, хорошій стисливості, сильному поглинанню ударів, хорошим характеристикам звукопоглинання та хорошому електромагнітному екрануванню. Відмінна продуктивність, тому відома як «металева зірка» [4], широко використовується в інших методах обробки в галузях аерокосмічної техніки, виробництва та фізичних наук.
Рисунок 2. Структурні характеристики спіненого алюмінію: (а) алюмінієва піна з відкритими порами; (B) Алюмінієва піна із закритими порами [3]
2. Відкриття спіненого алюмінію
Впродовж історії такі матеріали, як кістка, дерево та пемза, широко використовувалися протягом тривалого часу. Багато дослідників передбачають, що корисність цих матеріалів сприяла виробництву штучних матеріалів, таких як металева піна. Хоча більшість технологій спінювання, які зараз використовуються, були запропоновані з 1950-х років, дослідження показали, що відкриття спіненого алюмінію можна простежити до 1926 року, коли Ма Де Меллер вперше згадав про спінювання металу у французькому патенті. Одного разу Меллер припустив, що процес спінювання металу може бути досягнутий шляхом введення інертного газу в розплавлений метал або використання в розплавленому металі такого піноутворювача, як карбонат. Хоча це лише патент, заснований на ідеї, він закладає основу для наступних кроків, необхідних для розробки алюмінієвої піни. Джон К. Елліотт розвинув цю ідею через 20 років, розробивши оновлену версію патенту Меллера та представивши першу доступну алюмінієву піну, що, у свою чергу, сприяло комерціалізації матеріалу в Японії в 1990-х роках. Реліз заклав фундамент [5].
3. Виконання та застосування спіненого алюмінію
Спінений алюміній є металом з високою пористістю та пористою структурою, в якій закриті пори становлять близько трьох чвертей загального об’єму металевого матеріалу, що робить матеріал дуже легким [7]. Окрім вищевказаних характеристик, спінений алюміній також має вражаючі характеристики поглинання енергії та високу стисливість [7]. Що стосується щільності, дослідники виявили, що щільність більшості зразків спіненого алюмінію становить близько 0,4-1,2 г·см-3 [6]. Крім того, спінений алюміній також має звукопоглинання, можливість вторинної переробки та низьку теплопровідність [7].
З точки зору застосування, електромагнітне екранування, легка вага та поглинальні властивості алюмінієвої піни роблять її ідеальним кандидатом для компонентів, що використовуються в пристроях керованого ядерного синтезу, автомобілях, аерокосмічній та будівельній промисловості через її стійкість до екстремальних фізичних умов. У пристрої керованого ядерного синтезу алюмінієва піна із закритими комірками є чудовим матеріалом для екранування електромагнітного випромінювання. Завдяки взаємозв'язку скелета з піноалюмінієвої піни він має величезну питому поверхню та хорошу здатність поглинати та відбивати електромагнітні хвилі. Виникають різні втрати, такі як втрати на поглинання, втрати на відбиття тощо, тому спінений алюміній має чудові електромагнітні екрануючі характеристики. Крім того, також було виявлено, що ефективність електромагнітного екранування спіненого алюмінію має тенденцію спочатку до зменшення, а потім до збільшення зі збільшенням частоти електромагнітної хвилі [3]. В аерокосмічній промисловості спінений алюміній використовується для виготовлення космічних конусів або деталей турбін. Через низьку якість спіненого алюмінію він особливо корисний для зменшення загальної ваги компонентів літака [7]. І як чудовий матеріал, що поглинає енергію, спінений алюміній використовується для виготовлення буферів космічного корабля, поглиначів вібрації та дна зворотної кабіни космічного корабля, щоб космічний корабель міг здійснити безпечну посадку та захистити безпеку астронавтів і космічного обладнання. Завдяки ефективному поглинанню енергії та амортизації спінений алюміній може забезпечити безпеку космонавтів під час посадки космічного корабля, як показано на малюнку 3 [8].
Малюнок 3. Покращена часткова конструкція ударостійкої трюми [8]
1-верхня обшивка; 2-піноалюмінієві стрингери; 3-нижня шкіра
В автомобільній промисловості спінений алюміній допомагає зменшити загальну кількість деталей, що використовуються в рамі, робить процес складання більш ефективним і, зрештою, допомагає зменшити витрати та підвищити продуктивність [7]. В даний час піноалюміній використовується в планках проти зіткнення, балках і дверних балках в конструкціях кузовів автомобілів на ринку, як показано на малюнку 4 [9-10].
4. (а) – схема часткових енергопоглинальних частин кузова автомобіля;
(B) Схематична діаграма піноалюмінієвої планки проти зіткнення
У будівельній промисловості спінений алюміній в основному використовується як захисний вогнестійкий бар’єр для запобігання сильному шуму. Типовим застосуванням алюмінієвої піни із закритими порами в архітектурі є Shanghai SOHO Fuxing Plaza. Дизайнер використовує велику кількість спіненого алюмінію для поглинання та ізоляції звуку, як показано на малюнку 6 [11].
Відкриття спіненого алюмінію вважається видатним досягненням. Спінений алюмінієвий матеріал поєднує в собі відмінні електромагнітні екрануючі характеристики, малу вагу, низьку щільність, поглинання ударів і поглинання енергії, тому він має дуже хороші показники в різних галузях промисловості сьогодні. Широка застосовність. Цікаво, що спінений алюміній також є екологічно чистим продуктом, який можна переробляти, а це означає, що він є екологічно чистим матеріалом і, як очікується, використовуватиметься у великих кількостях у майбутньому промисловому застосуванні.
Час публікації: 30 листопада 2021 р
