Zbirke

Inspirirana prirodom, ali čvrsta poput željeza: čemu služi metalna pjena?

Inspirirana prirodom, ali čvrsta poput željeza: čemu služi metalna pjena?

Inspirirane prirodom i kombinirajući čvrstoću metala, metalne pjene imaju mnogo zanimljivih primjena u industriji. Mogu se izrađivati ​​od raznih metala i imaju tendenciju da budu nevjerojatno lagane i jake.

Ovdje istražujemo što su metalne pjene, kako se izrađuju i na brzinu pogledamo gdje se koriste.

POVEZANO: 9 ZANIMLJIVIH MATERIJALA KOJI BI MOGLI OBLIKOVATI BUDUĆNOST

Od čega je izrađena metalna pjena?

Metalne pjene imaju staničnu strukturu koja se sastoji od čvrstog metala (poput aluminija) i mnogih pore ispunjenih plinom. Pore ​​mogu biti zatvorene (pjena zatvorenih stanica) ili međusobno povezane (pjena otvorenih stanica). Metalne pjene nevjerojatno su lagane, ali vrlo jake. Njihova stanična struktura slična je onoj koju se u prirodnom svijetu često nalazi u stvarima poput kostiju, drva ili čak morskih spužvi.

Metalne pjene obično se izrađuju od aluminija, ali mogu se oblikovati od raznih drugih metala, uključujući titan, tantal, bakar, cink ili olovo.

Te metalne stanične strukture imaju velik volumenski udio pora ispunjenih plinom.

"Te pore mogu biti zabrtvljene (pjena zatvorenih stanica) ili mogu biti međusobno povezane mreže (pjena otvorenih stanica). Pjena zatvorenih ćelija naziva se metalnim pjenama, dok se pjena otvorenih stanica jednostavno naziva kao porozni metal ", prema azom.com.

Metalne pjene imaju neke vrlo važne ključne značajke zbog kojih su, između ostalih, posebno korisne za znanstvenike iz područja materijala.

Ključna svojstva metalnih pjena su sljedeća (zasluga azom.com):

  • Izuzetlaki materijal (75–95% volumena sastoji se od praznih prostora),
  • Vrlo velika poroznost,
  • Visoke čvrstoće na kompresiju u kombinaciji s dobrim karakteristikama apsorpcije energije,
  • Toplinska vodljivost je niska i,
  • Velika snaga.

Čemu služe metalne pjene?

Metalne pjene imaju razne primjene. Oni se kreću od građevinskih materijala do biomedicinskih rješenja.

Neki značajni primjeri uključuju (ljubaznošću azom.com):

  • Zatvorena sorta koristi se za strukturne primjene koje zahtijevaju nosivost, te za konstrukcije za uštedu težine i za apsorbiranje udara u vozilima.
  • Otvorena sorta idealna je za vibracije i apsorpciju zvuka, filtraciju i katalizu na visokim temperaturama, za izmjenu topline i u medicinskim uređajima.
  • Otvorena sorta također je korisna u funkcionalnim primjenama kao što su filtracija i prigušivanje.
  • Pjenasti metal koristi se kao eksperimentalna proteza na životinjama.
  • Metalne pjene velike čvrstoće mogu djelovati kao apsorberi energije velikog kapaciteta.
  • U automobilskoj industriji, pjene se koriste za smanjenje broja dijelova u okviru automobila, olakšavanje montaže, čime se smanjuju troškovi i poboljšavaju performanse.

Kako se izrađuju metalne pjene?

Metalne pjene nastaju kroz niz koraka. Prvo se metalne taline pjenušaju stvarajući mjehuriće plina u rastaljenom metalu.

Budući da su mjehurići plina manje gusti i imaju veću plovnost od metalne taline, oni se podižu na površinu. Da bi se to zaustavilo, gustoća rastaljenog metala povećava se kako bi zarobila mjehuriće zraka u talini.

Da bi se to postiglo, često se koriste fini keramički prašci ili se legirajući elementi koriste za stabiliziranje čestica u rastaljenom metalu.

Uvođenje mjehurića plina može se izvršiti jednom od tri metode. Najčešće korišteni su (kredit azom.com):

  • Ubrizgavanje plina u tekući metal iz vanjskog izvora.
  • Uzrokujući taloženje plina koji je netom otopljen u tekućini.
  • Uzrokovanje stvaranja plinova na licu mjesta u tekućini miješanjem sredstava za puhanje koje oslobađaju plin u talinu.

Metalni prah ili metalni iver također se mogu miješati s titanovim hidridom ili drugim eksplozivnim sredstvima i zagrijavati iznad točke taljenja metala. Pritom se oslobađa plinoviti vodik koji pjeni smjesu.

Za što se koristi titanova pjena?

Titanova metalna pjena je propusni materijal vrlo male gustoće koji ima mnogo primjena. Njegova su značajna obilježja vrlo velika poroznost (između 75 i 95 vol.%) Koja se uglavnom sastoji od praznih prostora.

Ova nevjerojatno jaka metalna pjena često se koristi za:

  • toplinska izolacija,
  • zvučna izolacija,
  • adsorpcija zagađivača okoliša,
  • filtracija rastopljenih metalnih legura i,
  • kao podloga za katalizatore koji zahtijevaju veliku unutarnju površinu.

Titanova pjena također ima neke druge ograničene medicinske primjene. Neki su ga istraživači pokušali koristiti kao ultrajaki implantat za nadomještanje izgubljene ili oštećene kosti.

"U projektu TiFoam, istraživački partneri koncentrirali su se na demonstriranje održivosti titanove pjene za nadomještanje oštećenih tijela kralješaka. Pjena je podjednako prikladna za popravak drugih jako opterećenih kostiju", napominje fraunhofer.de.

Je li aluminij porozni metal?

Neki su oblici aluminija doista porozni. Imaju neke sličnosti s metalnom pjenom, tj. Oboje su propusni za plinove i određene tekućine, ali postoje i neke velike razlike.

Glavna razlika je u procesu proizvodnje. Porozni aluminij nastaje lijevanjem metala zajedno s kristalnom soli u željeni oblik.

Nakon završetka oblikovanja sol se ispere. Ovaj postupak otapa i uklanja sol. Područja koja su sadržavala zrna soli ostaju kao pore nakon postupka.

Ovaj porozni aluminij ima neke prednosti u odnosu na metalne pjene. Primjerice, jedna od glavnih poteškoća u proizvodnji metalnih pjena je pronalaženje prave kombinacije metala i eksplozivnog sredstva. Druga je poteškoća pronalaženje točnih temperatura i vremena njihovog zagrijavanja kako bi se dobila potrebna tekstura pjene.

Zbog toga je teško predvidjeti kako će ispasti poroznost, veličina pora i raspodjela pora.

"Iz tih razloga, porozni aluminij, sa svojom jednostavnom proizvodnom tehnologijom, dragocjena je alternativa. Širok raspon precizno definiranih vrsta filtara od 5 um do 250 um može točno razlikovati prijavu. Izuzetno čvrsto sučelje za lijevanje između poroznih i neporoznih dijelova otvara širok raspon različitih aplikacija ", navodi porous-aluminium.com.

Neke od glavnih razlika između poroznog aluminija i metalne pjene su sljedeće, prema porous-aluminium.com:

  • Širok raspon točno definiranih ocjena filtra od 5µm do 250µm,
  • Izuzetno čvrsto sučelje za lijevanje između poroznih i neporoznih dijelova,
  • Izuzetna čvrstoća zahvaljujući lijevanoj strukturi,
  • Jednostavna naknadna obrada (npr. Narezivanje navoja) i,
  • Isplativa tehnologija proizvodnje.

Je li nehrđajući čelik porozan?

Nehrđajući čelik nije sam po sebi porozan, ali mogu se stvoriti porozni nehrđajući čelici. Na primjer, tim istraživača sa Universidade Federal de São Paulo uspio je proizvesti porozni nehrđajući čelik u medicinske svrhe.

"Austenitni nehrđajući čelici često se koriste u biomedicinskoj primjeni, poput ortopedskih implantata, zbog svojstava poput visoke otpornosti na koroziju i umor, kao i velike žilavosti na lom. Uz biokompatibilnost, ta su svojstva važna u odabiru i prilagodbi materijala za biomedicinsku upotrebu aplikacije ", bilježi članak o istraživanju materijala na researchgate.net.


Gledaj video: ZA 5 MINUTA LIJEČI KAŠALJ I PLUĆA!!! IZBACITE SAV SEKRET! (Siječanj 2022).