1. Wat is metaalskuim en aluminiumskuim
In die loop van die geskiedenis vorm die ontdekking van metaalskuim 'n belangrike mylpaal in die omwenteling van die hele veld van materiaalingenieurswese. Metaalskuim is 'n materiaal wat bestaan uit 'n metaalstruktuur wat 'n groot aantal porieë het en langs die struktuur met gas gevul is [2]. Die porieë van hierdie metaalskuime kan met mekaar verbind of verseël word, en word onderskeidelik oopselskuim en gesloteselskuim genoem, soos getoon in Figuur 2(a)(b) [3]. Onder hulle is die aluminium-skuimmateriaal tans die mees belowende skuimmetaal, as gevolg van sy hoë porositeit, lae digtheid, ligte gewig, hoë sterkte, goeie saampersbaarheid, sterk impakabsorpsie, goeie klankabsorpsieprestasie en goeie elektromagnetiese afskermprestasie. Uitstekende werkverrigting, dus bekend as die "metaalster" [4], wat wyd gebruik word in ander verwerkingsmetodes in die velde van lugvaart-ingenieurswese, vervaardiging en fisiese wetenskappe.
Figuur 2. Strukturele eienskappe van geskuimde aluminium: (a) Oopsel-aluminiumskuim; (B) Geslote-sel aluminium skuim [3]
2. Die ontdekking van aluminium geskuim
Deur die geskiedenis heen is materiale soos been, hout en puimsteen al lank wyd gebruik. Baie navorsers voorspel dat die bruikbaarheid van hierdie materiale die produksie van mensgemaakte materiale soos metaalskuim bevorder het. Alhoewel die meeste van die skuimtegnologieë wat tans gebruik word sedert die 1950's voorgestel is, het studies getoon dat die ontdekking van aluminium skuim teruggevoer kan word na 1926, toe Ma De Meller die eerste keer metaalskuiming in 'n Franse patent genoem het. Meller het eenkeer voorgestel dat die metaalskuimproses bereik kan word deur inerte gas in die gesmelte metaal in te voer, of deur 'n skuimmiddel soos karbonaat in die gesmelte metaal te gebruik. Alhoewel dit net 'n patent is wat op die idee gebaseer is, lê dit die grondslag vir die volgende stappe wat nodig is in die ontwikkeling van aluminiumskuim. John C. Elliott het hierdie idee 20 jaar later verder ontwikkel, 'n bygewerkte weergawe van die Meller-patent ontwerp en die eerste beskikbare aluminiumskuim bekendgestel, wat op sy beurt bygedra het tot die kommersialisering van die materiaal in Japan in die 1990's. Die vrylating het die grondslag gelê [5].
3. Werkverrigting en toepassing van aluminium geskuim
Geskuimde aluminium is 'n metaal met 'n hoë porositeit en poreuse struktuur, waarin die verseëlde porieë ongeveer driekwart van die totale volume van die metaalmateriaal uitmaak, wat die materiaal baie lig maak [7]. Benewens die bogenoemde eienskappe, het aluminium geskuim ook indrukwekkende energie-absorpsie-eienskappe en hoë saamdrukbaarheid [7]. Wat die digtheid betref, het die navorsers bevind dat die digtheid van die meeste aluminium-skuimmonsters ongeveer 0,4-1,2 g·cm-3 is [6]. Daarbenewens het aluminium geskuim ook klankabsorpsie, herwinbaarheid en lae termiese geleidingsvermoë [7].
Wat toepassing betref, maak die elektromagnetiese afskerming, ligte gewig en absorberende eienskappe van aluminiumskuim dit 'n ideale kandidaat vir komponente wat in beheerde kernfusietoestelle, motors, lugvaart- en konstruksiebedryf gebruik word as gevolg van sy weerstand teen uiterste fisiese omgewings. In die beheerbare kernfusie-toestel is geslote sel-aluminiumskuim 'n uitstekende elektromagnetiese afskermmateriaal. As gevolg van die onderlinge verbinding van die aluminiumskuimskelet, het dit 'n groot spesifieke oppervlak en goeie vermoë om elektromagnetiese golwe te absorbeer en te reflekteer. Verskeie verliese vind plaas, soos absorpsieverlies, refleksieverlies, ens., sodat geskuimde aluminium uitstekende elektromagnetiese afskermprestasie het. Verder is daar ook gevind dat die elektromagnetiese afskermingseffektiwiteit van geskuimde aluminium 'n neiging getoon het om eers af te neem en dan toe te neem met die toename in elektromagnetiese golffrekwensie [3]. In die lugvaartbedryf word skuimaluminium gebruik om ruimtekegels of turbine-onderdele te maak. As gevolg van die lae kwaliteit van geskuimde aluminium, is dit veral nuttig om die totale gewig van vliegtuigkomponente te verminder [7]. En as ’n uitstekende energie-absorberende materiaal word skuimaluminium gebruik om ruimtetuie se buffers, vibrasie-absorbeerders en die onderkant van die ruimtetuig se terugkajuit te vervaardig, sodat die ruimtetuig ’n veilige landing kan bereik en die veiligheid van ruimtevaarders en ruimtetoerusting kan beskerm. Deur effektiewe energieabsorpsie en skokabsorpsie kan skuimaluminium die veiligheid van ruimtevaarders verseker onder die impak van die ruimtetuiglanding, soos getoon in Figuur 3 [8].
Figuur 3. Verbeterde gedeeltelike struktuur van die impakbestande lens[8]
1-bo-vel; 2-skuim aluminium stringers; 3-onderste vel
In die motorbedryf help skuimaluminium om die totale aantal onderdele wat in die raam gebruik word te verminder, maak die monteerproses doeltreffender, en help uiteindelik om koste te verminder en werkverrigting te verbeter [7]. Tans word skuimaluminium gebruik in anti-botsingsstawe, balke en deurbalke in motorbakstrukture op die mark, soos getoon in Figuur 4 [9-10].
Figuur 4. (a) is 'n diagram van gedeeltelike energieabsorberende dele van die motorbak;
(B) Skematiese diagram van skuim aluminium anti-botsingsstaaf
In die konstruksiebedryf is die hoofgebruik van geskuimde aluminium as 'n beskermende, brandbestande versperring om erge geraas te voorkom. Die tipiese toepassing van geslote-sel aluminium skuim in argitektuur is die Shanghai SOHO Fuxing Plaza. Die ontwerper gebruik 'n groot hoeveelheid skuimaluminium om klank te absorbeer en te isoleer, soos getoon in Figuur 6 [11].
Die ontdekking van geskuimde aluminium word as 'n merkwaardige prestasie beskou. Die geskuimde aluminiummateriaal kombineer uitstekende elektromagnetiese afskermprestasie, ligte gewig, lae digtheid, skokabsorpsie en energieabsorpsieprestasie, so dit het vandag baie goeie werkverrigting in verskeie nywerhede. Breë toepaslikheid. Interessant genoeg is geskuimde aluminium ook 'n omgewingsvriendelike produk wat herwin kan word, wat beteken dat dit 'n volhoubare materiaal is en na verwagting in groot hoeveelhede in toekomstige industriële toepassings gebruik sal word.
Postyd: 30 Nov 2021
