1. Metal köpük ve alüminyum köpük nedir
Tarihsel süreçte, metal köpüğün keşfi, malzeme mühendisliği alanının tamamındaki devrimde önemli bir dönüm noktasını oluşturmaktadır. Metal köpük, çok sayıda gözeneğe sahip ve yapı boyunca gazla dolu bir metal yapıdan oluşan bir malzemedir [2]. Bu metal köpüklerin gözenekleri birbirine bağlanabilir veya kapatılabilir ve Şekil 2(a)(b)'de gösterildiği gibi sırasıyla açık hücreli köpük ve kapalı hücreli köpük olarak adlandırılır [3]. Bunlar arasında, alüminyum köpük malzeme, yüksek gözenekliliği, düşük yoğunluğu, hafifliği, yüksek mukavemeti, iyi sıkıştırılabilirliği, güçlü darbe emilimi, iyi ses emme performansı ve iyi elektromanyetik koruma performansı nedeniyle şu anda en umut verici köpük metalidir. Mükemmel performans, bu nedenle "metal yıldız" olarak bilinir [4], havacılık mühendisliği, üretim ve fizik bilimleri alanlarında diğer işleme yöntemlerinde yaygın olarak kullanılır.
Şekil 2. Alüminyum köpüğün yapısal özellikleri: (a) Açık hücreli alüminyum köpüğü; (B) Kapalı hücreli alüminyum köpüğü [3]
2. Alüminyum köpüklü malzemenin keşfi
Tarih boyunca kemik, ahşap ve pomza gibi malzemeler uzun süredir yaygın olarak kullanılmıştır. Birçok araştırmacı, bu malzemelerin faydasının metal köpük gibi insan yapımı malzemelerin üretimini teşvik ettiğini tahmin ediyor. Günümüzde kullanılan köpürtme teknolojilerinin çoğu 1950'lerden beri önerilmiş olsa da, çalışmalar alüminyum köpüğün keşfinin Ma De Meller'in ilk kez bir Fransız patentinde metal köpürtmeden bahsettiği 1926 yılına kadar uzandığını göstermiştir. Meller bir keresinde metal köpürtme işleminin erimiş metale inert gaz sokularak veya erimiş metalde karbonat gibi bir köpürtme maddesi kullanılarak gerçekleştirilebileceğini öne sürmüştür. Bu sadece fikre dayalı bir patent olmasına rağmen, alüminyum köpüğün geliştirilmesinde gerekli olan sonraki adımlar için temel oluşturmaktadır. John C. Elliott bu fikri 20 yıl sonra daha da geliştirerek Meller patentinin güncellenmiş bir versiyonunu tasarladı ve ilk mevcut alüminyum köpüğü tanıttı; bu da 1990'larda malzemenin Japonya'da ticarileştirilmesine katkıda bulundu. Bu sürüm temeli oluşturdu [5].
3. Alüminyum köpüklerin performansı ve uygulaması
Alüminyum köpük, yüksek gözenekliliğe ve gözenekli yapıya sahip bir metaldir; burada kapalı gözenekler metal malzemenin toplam hacminin yaklaşık dörtte üçünü oluşturur ve bu da malzemeyi çok hafif hale getirir [7]. Yukarıdaki özelliklere ek olarak, alüminyum köpük ayrıca etkileyici enerji emme özelliklerine ve yüksek sıkıştırılabilirliğe sahiptir [7]. Yoğunlukla ilgili olarak, araştırmacılar çoğu alüminyum köpük numunesinin yoğunluğunun yaklaşık 0,4-1,2 g·cm-3 olduğunu bulmuşlardır [6]. Ek olarak, alüminyum köpük ayrıca ses emilimine, geri dönüştürülebilirliğe ve düşük ısı iletkenliğine sahiptir [7].
Uygulama açısından, alüminyum köpüğün elektromanyetik kalkanlama, hafiflik ve emici özellikleri, aşırı fiziksel ortamlara dayanıklılığı nedeniyle onu kontrollü nükleer füzyon cihazlarında, otomobillerde, havacılık ve inşaat endüstrilerinde kullanılan bileşenler için ideal bir aday haline getirir. Kontrol edilebilir nükleer füzyon cihazında, kapalı hücreli alüminyum köpük mükemmel bir elektromanyetik kalkanlama malzemesidir. Alüminyum köpük iskeletinin birbirine bağlanması nedeniyle, çok büyük bir özgül yüzey alanına ve elektromanyetik dalgaları emme ve yansıtma konusunda iyi bir yeteneğe sahiptir. Emilim kaybı, yansıma kaybı vb. gibi çeşitli kayıplar meydana gelir, böylece köpüklü alüminyum mükemmel elektromanyetik kalkanlama performansına sahiptir. Dahası, köpüklü alüminyumun elektromanyetik kalkanlama etkinliğinin önce azalan ve ardından elektromanyetik dalga frekansının artmasıyla artan bir eğilim gösterdiği de bulunmuştur [3]. Havacılık endüstrisinde, köpüklü alüminyum uzay konileri veya türbin parçaları yapmak için kullanılır. Köpüklü alüminyumun düşük kalitesi nedeniyle, özellikle uçak bileşenlerinin toplam ağırlığını azaltmak için yararlıdır [7]. Ve mükemmel bir enerji emici malzeme olarak köpüklü alüminyum, uzay aracının tamponlarını, titreşim emicilerini ve uzay aracının dönüş kabininin tabanını üretmek için kullanılır, böylece uzay aracı güvenli bir iniş gerçekleştirebilir ve astronotların ve uzay ekipmanlarının güvenliğini koruyabilir. Etkili enerji emilimi ve şok emilimi sayesinde köpüklü alüminyum, Şekil 3'te gösterildiği gibi [8] uzay aracının inişinin etkisi altında astronotların güvenliğini sağlayabilir.
Şekil 3. Darbeye dayanıklı sintinenin iyileştirilmiş kısmi yapısı[8]
1-üst deri; 2-köpük alüminyum kirişler; 3-alt deri
Otomotiv endüstrisinde, köpük alüminyum, çerçevede kullanılan toplam parça sayısını azaltmaya yardımcı olur, montaj sürecini daha verimli hale getirir ve nihayetinde maliyetleri düşürmeye ve performansı iyileştirmeye yardımcı olur [7]. Şu anda, köpük alüminyum, Şekil 4'te gösterildiği gibi, piyasadaki otomobil gövde yapılarındaki çarpışma önleyici çubuklarda, kirişlerde ve kapı kirişlerinde kullanılmaktadır [9-10].
Şekil 4. (a), araç gövdesinin kısmi enerji emen parçalarının bir diyagramıdır;
(B) Köpük alüminyum çarpışma önleyici çubuğun şematik diyagramı
İnşaat sektöründe, köpüklü alüminyumun ana kullanımı, şiddetli gürültüyü önlemek için koruyucu, yangına dayanıklı bir bariyer olarak kullanılmasıdır. Kapalı hücreli alüminyum köpüğün mimarideki tipik uygulaması, Şanghay SOHO Fuxing Plaza'dır. Tasarımcı, Şekil 6'da [11] gösterildiği gibi sesi emmek ve yalıtmak için büyük miktarda köpük alüminyum kullanır.
Alüminyum köpüğün keşfi dikkate değer bir başarı olarak kabul edilir. Köpük alüminyum malzeme mükemmel elektromanyetik koruma performansı, hafiflik, düşük yoğunluk, şok emilimi ve enerji emilimi performansını bir araya getirir, bu nedenle günümüzde çeşitli endüstrilerde çok iyi performans gösterir. Geniş uygulanabilirlik. İlginç bir şekilde, alüminyum köpüğü aynı zamanda geri dönüştürülebilen çevre dostu bir üründür, bu da sürdürülebilir bir malzeme olduğu ve gelecekteki endüstriyel uygulamalarda büyük miktarlarda kullanılmasının beklendiği anlamına gelir.
Gönderi zamanı: 30-Kas-2021
