المجموعات

مستوحى من الطبيعة ولكنه صلب مثل الحديد: ما هي الرغوة المعدنية المستخدمة؟

مستوحى من الطبيعة ولكنه صلب مثل الحديد: ما هي الرغوة المعدنية المستخدمة؟

مستوحاة من الطبيعة وتجمع بين قوة المعادن ، فإن الرغوات المعدنية لها العديد من التطبيقات المثيرة للاهتمام في الصناعة. يمكن أن تكون مصنوعة من مجموعة متنوعة من المعادن وتميل إلى أن تكون خفيفة وقوية بشكل لا يصدق.

هنا نستكشف ماهية الرغاوي المعدنية وكيف يتم تصنيعها ونلقي نظرة سريعة على مكان استخدامها.

ذات صلة: 9 مواد مثيرة للاهتمام يمكن أن تشكل المستقبل

مما تتكون الرغوة المعدنية؟

تحتوي الرغوات المعدنية على هيكل خلوي يتكون من معدن صلب (مثل الألومنيوم) والعديد من المسام المملوءة بالغاز. يمكن إغلاق المسام (رغوة خلية مغلقة) أو مترابطة (رغوة خلية مفتوحة). الرغوة المعدنية خفيفة الوزن بشكل لا يصدق ، لكنها قوية جدًا. هيكلها الخلوي مشابه لذلك الموجود غالبًا في العالم الطبيعي في أشياء مثل العظام أو الخشب أو حتى الإسفنج البحري.

تميل الرغوات المعدنية إلى أن تكون مصنوعة من الألومنيوم ، ولكن يمكن تشكيلها من مجموعة متنوعة من المعادن الأخرى ، بما في ذلك التيتانيوم والتنتالوم والنحاس والزنك أو الرصاص.

تحتوي هذه الهياكل الخلوية المعدنية على جزء كبير من المسام المملوءة بالغاز.

"يمكن أن تكون هذه المسام إما مغلقة (رغوة ذات خلية مغلقة) ، أو يمكن أن تكون شبكة مترابطة (رغوة ذات خلية مفتوحة). يشار إلى رغوة الخلية المغلقة بالرغوة المعدنية ، بينما يشار إلى رغوة الخلية المفتوحة ببساطة كمعدن مسامي "، وفقًا لموقع azom.com.

تحتوي الرغوات المعدنية على بعض الميزات الرئيسية المهمة جدًا التي تجعلها مفيدة بشكل خاص لعلماء المواد ، من بين آخرين.

الخصائص الرئيسية للرغاوي المعدنية هي كما يلي (الائتمان لـ azom.com):

  • مادة خفيفة (75–95% من الحجم يتكون من فراغات) ،
  • مسامية عالية جدا
  • قوة ضغط عالية مقترنة بخصائص امتصاص طاقة جيدة ،
  • الموصلية الحرارية منخفضة و
  • قوة عالية.

ما هي الرغوات المعدنية المستخدمة؟

الرغويات المعدنية لها مجموعة متنوعة من التطبيقات. هذه تتراوح من مواد البناء إلى الحلول الطبية الحيوية.

تتضمن بعض الأمثلة البارزة (بإذن من azom.com):

  • يستخدم الصنف المغلق للتطبيقات الهيكلية التي تتطلب ميزات تحمل الأحمال ولتوفير الوزن وهياكل امتصاص الصدمات في المركبات.
  • الصنف المفتوح مثالي للاهتزاز وامتصاص الصوت والترشيح والتحفيز في درجات حرارة عالية ، للتبادل الحراري وفي الأجهزة الطبية.
  • الصنف المفتوح مفيد أيضًا في التطبيقات الوظيفية مثل الترشيح والتخميد.
  • يتم استخدام الرغوة المعدنية كأطراف صناعية تجريبية في الحيوانات.
  • يمكن أن تعمل الرغوات المعدنية ذات القوة العالية كممتصات طاقة عالية السعة.
  • في صناعة السيارات ، تُستخدم الرغوات لتقليل عدد الأجزاء في إطار السيارة ، وتسهيل التجميع ، وبالتالي تقليل التكاليف وتحسين الأداء.

كيف تصنع الرغوات المعدنية؟

تتكون الرغوات المعدنية من خلال سلسلة من الخطوات. أولاً ، يتم تشكيل الرغوة المنصهرة المعدنية عن طريق تكوين فقاعات غازية في المعدن المنصهر.

نظرًا لأن فقاعات الغاز أقل كثافة وذات طفو أعلى من المعدن المنصهر ، فإنها ترتفع إلى السطح. لوقف هذا ، تزداد كثافة المعدن المنصهر لاحتجاز فقاعات الهواء في الذوبان.

غالبًا ما تستخدم مساحيق السيراميك الدقيقة لتحقيق ذلك ، أو تستخدم عناصر السبائك لتثبيت الجسيمات في المعدن المنصهر.

يمكن إدخال فقاعات الغاز بإحدى الطرق الثلاث. الأكثر استخدامًا هي (الائتمان إلى azom.com):

  • حقن الغاز في المعدن السائل من مصدر خارجي.
  • التسبب في ترسيب غاز تم إذابته للتو في السائل.
  • التسبب في تكوين غاز في الموقع في السائل عن طريق خلط عوامل النفخ التي تطلق الغاز في المصهور.

يمكن أيضًا خلط مسحوق المعادن أو الرقائق المعدنية بهيدريد التيتانيوم ، أو عوامل متفجرة أخرى ، وتسخينها فوق نقطة انصهار المعدن. عند القيام بذلك ، يتم إطلاق الهيدروجين الغازي الذي يؤدي إلى رغوة الخليط.

ما هي رغوة التيتانيوم المستخدمة؟

رغوة معدن التيتانيوم هي مادة منخفضة الكثافة ونفاذة ولها العديد من التطبيقات. وتتمثل خصائصه المميزة في مساميته العالية جدًا (بين 75 و 95٪ من حيث الحجم) والتي تتكون في الغالب من مساحات فارغة.

غالبًا ما تستخدم هذه الرغوة المعدنية القوية بشكل لا يصدق في:

  • العزل الحراري،
  • العزل الصوتي،
  • امتزاز الملوثات البيئية ،
  • ترشيح السبائك المعدنية المنصهرة و ،
  • كركيزة للمحفزات التي تتطلب مساحة سطح داخلية كبيرة.

تحتوي رغوة التيتانيوم أيضًا على بعض التطبيقات الطبية المحدودة الأخرى. حاول بعض الباحثين استخدامه كغرسة قوية للغاية لاستبدال العظام المفقودة أو التالفة.

"في مشروع TiFoam ، ركز شركاء البحث على إثبات جدوى رغوة التيتانيوم [لاستبدال] الأجسام الفقرية المعيبة. والرغوة مناسبة أيضًا لإصلاح عظام أخرى شديدة الإجهاد ،" يلاحظ fraunhofer.de.

هل الألومنيوم معدن مسامي؟

بعض أشكال الألمنيوم مسامية بالفعل. لديهم بعض أوجه التشابه مع الرغوة المعدنية ، أي أنهما منفذين للغازات وبعض السوائل ، ولكن هناك أيضًا بعض الاختلافات الرئيسية.

الاختلاف الرئيسي في عملية التصنيع. يتكون الألمنيوم المسامي من خلال صب المعدن مع ملح الكريستال في الشكل المطلوب.

بعد اكتمال الصب ، يغسل الملح. هذه العملية تذيب الملح وتزيله. يتم ترك المناطق التي تحتوي على حبيبات الملح على شكل مسام بعد العملية.

يتميز هذا الألمنيوم المسامي ببعض المزايا مقارنة بالرغوة المعدنية. على سبيل المثال ، تتمثل إحدى الصعوبات الرئيسية في إنتاج الرغاوي المعدنية في العثور على التركيبة الصحيحة من المعدن والعامل المتفجر. هناك صعوبة أخرى وهي العثور على درجات الحرارة الصحيحة وأوقات تسخينها لإنتاج النسيج المطلوب للرغوة.

لهذا السبب ، من الصعب التنبؤ بكيفية ظهور المسامية وحجم المسام وتوزيعها.

"لهذه الأسباب ، يعتبر الألومنيوم المسامي ، بتقنية التصنيع البسيطة ، بديلاً قيمًا. النطاق الواسع لدرجات الفلتر المحددة بدقة من 5 ميكرومتر إلى 250 ميكرومتر يمكن التفريق بين التطبيق بدقة. تفتح واجهة المصبوب القوية الإضافية بين الأجزاء المسامية وغير المسامية مجموعة واسعة من التطبيقات المختلفة ، "تنص على porous-aluminium.com.

فيما يلي بعض الاختلافات الرئيسية بين الألمنيوم المسامي والرغوة المعدنية ، وفقًا لموقع pfor-aluminium.com:

  • نطاق واسع من درجات عامل التصفية المحددة بدقة من 5 ميكرومتر إلى 250 ميكرون ،
  • واجهة صب قوية للغاية بين الأجزاء المسامية وغير المسامية ،
  • قوة قصوى بفضل الهيكل المصبوب ،
  • المعالجة اللاحقة البسيطة (مثل الخيوط) و
  • تكنولوجيا تصنيع فعالة من حيث التكلفة.

هل الفولاذ المقاوم للصدأ مسامي؟

الفولاذ المقاوم للصدأ ليس مساميًا بطبيعته ، ولكن يمكن إنشاء الفولاذ المقاوم للصدأ المسامي. على سبيل المثال ، تمكن فريق من الباحثين في Universidade Federal de São Paulo من إنتاج الفولاذ المقاوم للصدأ المسامي للأغراض الطبية.

"يتم استخدام الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ بشكل متكرر في التطبيقات الطبية الحيوية ، مثل غرسات العظام ، نظرًا لخصائص مثل مقاومة التآكل والتعب العالية بالإضافة إلى صلابة الكسر العالية. بالإضافة إلى التوافق الحيوي ، هذه الخصائص مهمة في اختيار وتكييف المواد للطب الحيوي التطبيقات ، "يلاحظ مقال بحثي عن المواد على موقع searchgate.net.


شاهد الفيديو: تقسيه اوكربنه مشغولات الحديد (ديسمبر 2021).