1. Што е метална пена и алуминиумска пена
Во текот на историјата, откривањето на пена од метал претставува важна пресвртница во револуцијата на целото поле на инженерството на материјали. Металната пена е материјал составен од метална структура која има голем број пори и е исполнета со гас по должината на структурата [2]. Порите на овие метални пени можат да бидат меѓусебно поврзани или запечатени и се нарекуваат пена со отворени ќелии и пена со затворени ќелии, соодветно, како што е прикажано на слика 2(а)(б) [3]. Меѓу нив, алуминиумскиот пенлив материјал во моментов е најперспективниот пена метал, поради неговата висока порозност, мала густина, мала тежина, висока јачина, добра компресибилност, силна апсорпција на удар, добри перформанси на апсорпција на звук и добри перформанси на електромагнетна заштита. Одлични перформанси, затоа познати како „метална ѕвезда“ [4], широко користени во други методи на обработка во полето на воздушното инженерство, производството и физичките науки.
Слика 2. Структурни карактеристики на алуминиумска пена: (а) алуминиумска пена со отворена ќелија; (Б) Алуминиумска пена со затворени ќелии [3]
2. Откривањето на алуминиум пена
Низ историјата, материјалите како коска, дрво и пемза биле широко користени долго време. Многу истражувачи предвидуваат дека користа од овие материјали го промовира производството на вештачки материјали како што е металната пена. Иако повеќето од технологиите за пенење што се користат во моментов се предложени уште од 1950-тите, студиите покажаа дека откривањето на пена од алуминиум може да се следи уште во 1926 година, кога Ма Де Мелер првпат го спомна пенењето на метал во француски патент. Мелер еднаш сугерираше дека процесот на пенење на метал може да се постигне со внесување инертен гас во стопениот метал или со користење на средство за пенење како што е карбонат во стопениот метал. Иако ова е само патент заснован на идејата, тој ја поставува основата за следните чекори потребни во развојот на алуминиумска пена. Џон Ц. Елиот дополнително ја разви оваа идеја 20 години подоцна, дизајнирајќи ажурирана верзија на патентот Мелер и воведувајќи ја првата достапна алуминиумска пена, што пак придонесе за комерцијализација на материјалот во Јапонија во 1990-тите. Ослободувањето ги постави темелите [5].
3. Изведба и примена на алуминиумска пена
Пена од алуминиум е метал со висока порозност и порозна структура, во која запечатените пори сочинуваат околу три четвртини од вкупниот волумен на металниот материјал, што го прави материјалот многу лесен [7]. Покрај горенаведените карактеристики, алуминиумската пена има и импресивни карактеристики на апсорпција на енергија и висока компресибилност [7]. Што се однесува до густината, истражувачите открија дека густината на повеќето алуминиумски пени примероци е околу 0,4-1,2 g·cm-3 [6]. Покрај тоа, алуминиумската пена има и апсорпција на звук, можност за рециклирање и ниска топлинска спроводливост [7].
Во однос на примената, електромагнетната заштита, малата тежина и апсорптивните својства на алуминиумската пена го прават идеален кандидат за компоненти што се користат во уредите за контролирана нуклеарна фузија, автомобили, воздушна и градежна индустрија поради неговата отпорност на екстремни физички средини. Во уредот за контролирање на нуклеарна фузија, алуминиумската пена со затворени ќелии е одличен електромагнетен заштитен материјал. Поради меѓусебното поврзување на скелетот од алуминиумска пена, има огромна специфична површина и добра способност да апсорбира и рефлектира електромагнетни бранови. Се јавуваат различни загуби, како што се загуба на апсорпција, загуба на рефлексија итн., така што пенениот алуминиум има одлични перформанси на електромагнетна заштита. Исто така, беше откриено дека ефективноста на електромагнетната заштита на пенениот алуминиум покажа тренд на прво намалување, а потоа зголемување со зголемувањето на фреквенцијата на електромагнетните бранови [3]. Во воздушната индустрија, пенениот алуминиум се користи за правење вселенски конуси или делови од турбини. Поради нискиот квалитет на пенениот алуминиум, тој е особено корисен за намалување на вкупната тежина на компонентите на авионот [7]. И како одличен материјал за апсорпција на енергија, пенениот алуминиум се користи за производство на бафери на вселенските летала, амортизери на вибрации и дното на повратната кабина на леталото, така што леталото може да постигне безбедно слетување и да ја заштити безбедноста на астронаутите и вселенската опрема. Преку ефективна апсорпција на енергија и апсорпција на удари, пенениот алуминиум може да ја осигура безбедноста на астронаутите под удар на слетувањето на вселенското летало, како што е прикажано на Слика 3 [8].
Слика 3. Подобрена делумна структура на бигорот отпорен на удари[8]
1-горна кожа; 2-пена алуминиумски жици; 3-долна кожа
Во автомобилската индустрија, пенениот алуминиум помага да се намали вкупниот број делови што се користат во рамката, го прави процесот на склопување поефикасен и на крајот помага да се намалат трошоците и да се подобрат перформансите [7]. Во моментов, пена алуминиум се користи во шипки против судир, греди и греди на вратите во структурите на каросеријата на автомобилот на пазарот, како што е прикажано на Слика 4 [9-10].
Слика 4. (а) е дијаграм на делови од каросеријата на автомобилот кои делумно апсорбираат енергија;
(Б) Шематски дијаграм на пена алуминиумска лента против судир
Во градежната индустрија, главната употреба на пенениот алуминиум е како заштитна, огноотпорна бариера за да се спречи силна бучава. Типичната примена на алуминиумска пена со затворени ќелии во архитектурата е Шангајската SOHO Fuxing Plaza. Дизајнерот користи голема количина на пена алуминиум за да го апсорбира и изолира звукот, како што е прикажано на Слика 6 [11].
Откривањето на пена од алуминиум се смета за извонредно достигнување. Пенастиот алуминиумски материјал комбинира одлични перформанси на електромагнетна заштита, мала тежина, мала густина, апсорпција на удари и перформанси за апсорпција на енергија, така што има многу добри перформанси во различни индустрии денес. Широка применливост. Интересно е тоа што алуминиумската пена е исто така еколошки производ кој може да се рециклира, што значи дека е одржлив материјал и се очекува да се користи во големи количини во идните индустриски апликации.
Време на објавување: 30-11-2021 година
