Композитная металлическая пена (CMF) — это очень полезный пористый материал с закрытыми порами, который можно получить путем распределения металлических шариков в металлической матрице. Благодаря своей однородной форме и равномерному распределению пор CMF может обеспечить лучшие механические свойства по сравнению с традиционными металлическими пенопластами. Этот материал легкий и высокопрочный и может использоваться в таких областях, как крылья самолетов, броня транспортных средств и бронежилеты человека. Кроме того, по сравнению с традиционными металлами и сплавами, такими как сталь, CMF обладает лучшими теплоизоляционными свойствами, а это означает, что ожидается, что CMF также будет использоваться для хранения и транспортировки ядерных материалов, опасных грузов, взрывчатых веществ и других термочувствительных материалов.
CMF обычно представляют собой полые сферы, изготовленные из одного металла, заключенные в твердую матрицу, состоящую из одного и того же или разных металлов. Это что-то вроде авиационной шоколадки, если бы она была сделана из металла, а не из шоколада. Одним из их главных преимуществ является то, что они легче традиционных цельных металлов, но при этом одинаково прочны. За последние несколько лет также было обнаружено, что они также могут останавливать пули, блокировать радиацию и изолировать от высоких температур.
К сожалению, когда разрозненные CMF свариваются традиционными методами, они теряют эти желательные свойства в сварном соединении.
Исследователи из Университета штата Северная Каролина теперь нашли метод сварки, который можно использовать для соединения деталей из композитного металлического пенопласта (CMF) без ущерба для свойств, которые делают CMF идеальным материалом. CMF легкий, прочный и эффективно изолирует высокие температуры, поэтому ожидается, что он будет широко использоваться в различных областях.
Афсане Рабии, профессор машиностроения и аэрокосмической техники в Университете штата Северная Каролина, сказал: «Традиционная сварка плавлением использует наполнитель для соединения двух частей металла. В этом и заключается проблема, поскольку металл, который плавит две части CMF, твердый, поэтому ему не хватает идеальных свойств CMF с обеих сторон. Кроме того, любой метод сварки, который непосредственно нагревает расплавленный металл, приведет к заполнению некоторых пор в CMF».
В поисках альтернативы Рабии и его коллеги обратились к менее используемой технологии, называемой индукционной сваркой. Проще говоря, он использует радиочастотный ток для подачи питания на индукционную катушку, создавая высокочастотное электромагнитное поле, которое нагревает определенные металлы до точки плавления.
Поскольку содержание металла в CMF составляет всего 30-35%, электромагнитное поле может проникать глубоко в материал для достижения хорошей сварки. Воздушные карманы, составляющие оставшиеся 65–70% CMF, изолируют материал от тепла. Таким образом, индукционная сварка нагревает целевую область, соединяющую две части CMF, но предотвращает распространение тепла наружу от соединения. Это помогает сохранить характеристики CMF.
«Это важный шаг вперед, поскольку свойства CMF делают его привлекательным для широкого спектра применений, но крайне важно найти способ сваривать детали CMF без ущерба для свойств, которые делают его привлекательным», — сказал Рабии.
Статья об исследовании была недавно опубликована в журнале Advanced Engineering Materials.