1. Čo je kovová pena a hliníková pena
V priebehu histórie predstavuje objav kovovej peny dôležitý míľnik v revolúcii celej oblasti materiálového inžinierstva. Kovová pena je materiál zložený z kovovej konštrukcie, ktorá má veľké množstvo pórov a je pozdĺž štruktúry vyplnená plynom [2]. Póry týchto kovových pien môžu byť vzájomne prepojené alebo utesnené a nazývajú sa pena s otvorenými bunkami a pena s uzavretými bunkami, ako je znázornené na obrázku 2(a)(b) [3]. Spomedzi nich je penový hliník v súčasnosti najsľubnejším penovým kovom vďaka svojej vysokej pórovitosti, nízkej hustote, nízkej hmotnosti, vysokej pevnosti, dobrej stlačiteľnosti, silnej absorpcii nárazov, dobrej absorpcii zvuku a dobrému elektromagnetickému tieneniu. Vynikajúci výkon, preto známy ako „kovová hviezda“ [4], široko používaný v iných spracovateľských metódach v oblasti leteckého inžinierstva, výroby a fyzikálnych vied.
Obrázok 2. Štrukturálne charakteristiky penového hliníka: (a) hliníková pena s otvorenými bunkami; (B) Hliníková pena s uzavretými bunkami [3]
2. Objav penového hliníka
V histórii sa materiály ako kosť, drevo a pemza používali už dlho. Mnohí výskumníci predpovedajú, že užitočnosť týchto materiálov podporila výrobu umelých materiálov, ako je kovová pena. Hoci väčšina v súčasnosti používaných speňovacích technológií bola navrhnutá od 50. rokov 20. storočia, štúdie ukázali, že objav napeneného hliníka možno vysledovať až do roku 1926, keď Ma De Meller prvýkrát spomenul penenie kovu vo francúzskom patente. Meller raz navrhol, že proces penenia kovu možno dosiahnuť zavedením inertného plynu do roztaveného kovu alebo použitím penotvorného činidla, ako je uhličitan v roztavenom kove. Hoci ide len o patent založený na myšlienke, kladie základ pre ďalšie kroky potrebné pri vývoji hliníkovej peny. John C. Elliott túto myšlienku ďalej rozvinul o 20 rokov neskôr, navrhol aktualizovanú verziu Mellerovho patentu a predstavil prvú dostupnú hliníkovú penu, čo následne prispelo ku komercializácii materiálu v Japonsku v 90. rokoch. Vydanie položilo základ [5].
3. Výkon a aplikácia penového hliníka
Penový hliník je kov s vysokou pórovitosťou a poréznou štruktúrou, v ktorej utesnené póry tvoria asi tri štvrtiny celkového objemu kovového materiálu, vďaka čomu je materiál veľmi ľahký [7]. Okrem vyššie uvedených charakteristík má penový hliník tiež pôsobivé charakteristiky absorpcie energie a vysokú stlačiteľnosť [7]. Pokiaľ ide o hustotu, výskumníci zistili, že hustota väčšiny vzoriek penového hliníka je približne 0,4-1,2 g·cm-3 [6]. Okrem toho má penový hliník tiež absorpciu zvuku, recyklovateľnosť a nízku tepelnú vodivosť [7].
Pokiaľ ide o použitie, elektromagnetické tienenie, nízka hmotnosť a absorpčné vlastnosti hliníkovej peny z nej robia ideálneho kandidáta na komponenty používané v zariadeniach riadenej jadrovej fúzie, automobiloch, leteckom a kozmickom priemysle a stavebnom priemysle, pretože je odolná voči extrémnym fyzikálnym prostrediam. V ovládateľnom zariadení jadrovej fúzie je hliníková pena s uzavretými bunkami vynikajúcim elektromagnetickým tieniacim materiálom. Vďaka prepojeniu kostry z hliníkovej peny má obrovský špecifický povrch a dobrú schopnosť pohlcovať a odrážať elektromagnetické vlny. Vyskytujú sa rôzne straty, ako je strata absorpcie, strata odrazom atď., takže penový hliník má vynikajúce elektromagnetické tienenie. Okrem toho sa tiež zistilo, že účinnosť elektromagnetického tienenia penového hliníka vykazovala tendenciu najprv klesať a potom zvyšovať so zvyšujúcou sa frekvenciou elektromagnetických vĺn [3]. V leteckom priemysle sa penový hliník používa na výrobu vesmírnych kužeľov alebo častí turbín. Vzhľadom na nízku kvalitu penového hliníka je obzvlášť užitočný na zníženie celkovej hmotnosti komponentov lietadiel [7]. A ako vynikajúci materiál absorbujúci energiu sa penový hliník používa na výrobu nárazníkov kozmických lodí, tlmičov vibrácií a spodnej časti návratovej kabíny kozmickej lode, aby kozmická loď mohla dosiahnuť bezpečné pristátie a chrániť bezpečnosť astronautov a kozmického vybavenia. Prostredníctvom efektívnej absorpcie energie a absorpcie nárazov môže penový hliník zaistiť bezpečnosť astronautov pri dopade pristátia kozmickej lode, ako je znázornené na obrázku 3 [8].
Obrázok 3. Vylepšená čiastočná štruktúra útora odolného voči nárazom[8]
1-horná koža; 2-penové hliníkové nosníky; 3-spodná koža
V automobilovom priemysle penový hliník pomáha znižovať celkový počet dielov použitých v ráme, zefektívňuje proces montáže a v konečnom dôsledku pomáha znižovať náklady a zlepšovať výkon [7]. V súčasnosti sa penový hliník používa v protikolíznych tyčiach, nosníkoch a dverových nosníkoch v konštrukciách karosérií automobilov na trhu, ako je znázornené na obrázku 4 [9-10].
Obrázok 4. (a) je schéma častí karosérie vozidla, ktoré čiastočne absorbujú energiu;
(B) Schematický diagram penovej hliníkovej protinárazovej tyče
V stavebníctve sa penový hliník používa hlavne ako ochranná, ohňovzdorná bariéra, ktorá zabraňuje silnému hluku. Typickou aplikáciou hliníkovej peny s uzavretými bunkami v architektúre je Shanghai SOHO Fuxing Plaza. Konštruktér používa na pohltenie a izoláciu zvuku veľké množstvo penového hliníka, ako je znázornené na obrázku 6 [11].
Objav penového hliníka sa považuje za pozoruhodný úspech. Penový hliníkový materiál kombinuje vynikajúci výkon elektromagnetického tienenia, nízku hmotnosť, nízku hustotu, schopnosť tlmiť nárazy a absorbovať energiu, takže má dnes veľmi dobrý výkon v rôznych priemyselných odvetviach. Široká použiteľnosť. Je zaujímavé, že penový hliník je tiež produkt šetrný k životnému prostrediu, ktorý sa dá recyklovať, čo znamená, že ide o udržateľný materiál a očakáva sa, že sa bude používať vo veľkých množstvách v budúcich priemyselných aplikáciách.
Čas odoslania: 30. novembra 2021
