1. Šta je metalna pjena i aluminijska pjena
U toku istorije, 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 ispunjena je plinom duž strukture [2]. Pore ovih metalnih pjena mogu biti međusobno povezane ili zapečaćene, i nazivaju se pjena s otvorenim ćelijama i pjena sa zatvorenim ćelijama, kao što je prikazano na slici 2(a)(b) [3]. Među njima, aluminijski pjenasti materijal je trenutno najperspektivniji pjenasti metal, zbog svoje visoke poroznosti, male gustine, male težine, velike čvrstoće, dobre kompresije, jake apsorpcije udara, dobrih performansi apsorpcije zvuka i dobrih performansi elektromagnetne zaštite. Odlične performanse, stoga poznate kao “metalna zvijezda” [4], koje se široko koriste u drugim metodama obrade u oblastima svemirskog inženjerstva, proizvodnje i fizičkih nauka.
Slika 2. Strukturne karakteristike pjenastog aluminijuma: (a) Aluminijska pjena s otvorenim ćelijama; (B) Aluminijska pjena sa zatvorenim ćelijama [3]
2. Otkriće pjenastog aluminijuma
Kroz istoriju, materijali kao što su kost, drvo i plovućca su dugo bili u širokoj upotrebi. Mnogi istraživači predviđaju da je korisnost ovih materijala promovirala proizvodnju umjetnih materijala kao što je metalna pjena. Iako je većina tehnologija za pjenjenje koje se trenutno koriste predložena od 1950-ih, studije su pokazale da se otkriće pjenastog aluminija može pratiti do 1926. godine, kada je Ma De Meller prvi put spomenula pjenjenje metala u francuskom patentu. Meller je jednom sugerirao da se proces pjene metala može postići uvođenjem inertnog plina u rastopljeni metal ili korištenjem agensa za pjenjenje kao što je karbonat u rastopljenom metalu. Iako je ovo samo patent zasnovan na ideji, on postavlja temelje za sljedeće korake potrebne u razvoju aluminijske pjene. John C. Elliott je dalje razvio ovu ideju 20 godina kasnije, dizajnirajući ažuriranu verziju Meller patenta i uvodeći prvu dostupnu aluminijsku pjenu, koja je zauzvrat doprinijela komercijalizaciji materijala u Japanu 1990-ih. Oslobađanje je postavilo temelje [5].
3. Izvedba i primjena pjenastog aluminijuma
Pjenasti aluminij je metal visoke poroznosti i porozne strukture, u kojem zatvorene pore čine oko tri četvrtine ukupne zapremine metalnog materijala, što ga čini vrlo laganim [7]. Osim gore 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 aluminijskih pjenastih uzoraka oko 0,4-1,2 g·cm-3 [6]. Osim toga, pjenasti aluminij također ima apsorpciju zvuka, mogućnost recikliranja i nisku toplinsku provodljivost [7].
U smislu primjene, elektromagnetna zaštita, mala težina i apsorpciona svojstva aluminijske pjene čine je idealnim kandidatom za komponente koje se koriste u uređajima za kontroliranu nuklearnu fuziju, automobilima, zrakoplovnoj i građevinskoj industriji zbog svoje otpornosti na ekstremna fizička okruženja. U uređaju za nuklearnu fuziju koji se može kontrolirati, aluminijska pjena zatvorenih ćelija je odličan materijal za zaštitu od elektromagneta. Zbog međusobnog povezivanja skeleta od aluminijske pjene, ima ogromnu specifičnu površinu i dobru sposobnost da apsorbira i reflektira elektromagnetne valove. Javljaju se različiti gubici, kao što su gubitak apsorpcije, gubitak refleksije, itd., tako da pjenasti aluminij ima odlične performanse elektromagnetne zaštite. Nadalje, također je utvrđeno da učinkovitost elektromagnetne zaštite pjenastog aluminija pokazuje trend prvo smanjenja, a zatim porasta s povećanjem frekvencije elektromagnetnih valova [3]. U zrakoplovnoj industriji, pjenasti aluminij se koristi za izradu svemirskih konusa ili dijelova turbina. Zbog niske kvalitete pjenastog aluminija, posebno je koristan za smanjenje ukupne težine komponenti zrakoplova [7]. A kao izvrstan materijal koji apsorbuje energiju, pjenasti aluminij se koristi za izradu odbojnika svemirskih letjelica, amortizera vibracija i dna povratne kabine letjelice, tako da letjelica može postići sigurno sletanje i zaštititi sigurnost astronauta i svemirske opreme. Kroz efikasnu apsorpciju energije i apsorpciju udara, pjenasti aluminij može osigurati sigurnost astronauta pod udarom slijetanja svemirske letjelice, kao što je prikazano na slici 3 [8].
Slika 3. Poboljšana parcijalna struktura kaljuže otporne na udarce[8]
1-gornja koža; 2-pjenasti aluminijski stringeri; 3-donja koža
U automobilskoj industriji, pjenasti aluminij pomaže u smanjenju ukupnog broja dijelova koji se koriste u okviru, čini proces montaže efikasnijim i na kraju pomaže u smanjenju troškova i poboljšanju performansi [7]. Trenutno se na tržištu pjenasti aluminij koristi u protusudarnim šipkama, gredama i vratima u konstrukcijama karoserije automobila, kao što je prikazano na slici 4 [9-10].
Slika 4. (a) je dijagram delova karoserije automobila koji delimično apsorbuju energiju;
(B) Šematski dijagram pjenastog aluminijuma protiv sudara
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 Shanghai SOHO Fuxing Plaza. Dizajner koristi veliku količinu pjenastog aluminija za apsorpciju i izolaciju zvuka, kao što je prikazano na slici 6 [11].
Otkriće pjenastog aluminijuma smatra se izuzetnim dostignućem. Materijal od pjenastog aluminijuma kombinuje odlične performanse elektromagnetne zaštite, malu težinu, nisku gustinu, performanse apsorpcije udara i apsorpcije energije, tako da danas ima veoma dobre performanse u raznim industrijama. Široka primjenjivost. Zanimljivo je da je pjenasti aluminij također ekološki 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: 30.11.2021
