Исследователи из Университета штата Северная Каролина теперь определили метод сварки, который можно использовать для соединения компонентов из композитного металлического пенопласта (CMF) без ухудшения свойств, которые делают CMF желательным. CMF перспективны для широкого спектра применений, поскольку содержащиеся в них воздушные карманы делают их легкими, прочными и эффективными для изоляции от высоких температур.
CMF — это пенопласты, состоящие из полых металлических сфер, изготовленных из таких материалов, как нержавеющая сталь или титан, заключённых в металлическую матрицу, изготовленную из стали, титана, алюминия или других металлических сплавов. Полученный материал одновременно легкий и удивительно прочный, его потенциальное применение варьируется от крыльев самолетов до брони транспортных средств.бронежилеты и
Кроме того, CMF лучше изолирует от высоких температур, чем обычные металлы и сплавы, например сталь. Сочетание веса, прочности и теплоизоляции означает, что CMF также перспективен для использования при хранении и транспортировке ядерных материалов. , опасные материалы, взрывчатые вещества и другие термочувствительные материалы.
Однако для реализации многих из этих приложений производителям придется сваривать вместе несколько компонентов CMF. И это создало проблему.
«Традиционная сварка плавлением использует наполнитель для соединения двух частей металла,» говорит Афсане Рабии, профессор машиностроения и аэрокосмической техники в штате Северная Каролина и автор статьи о новом исследовании, опубликованной в Передовые инженерные материалы под названием «Исследование сварки пористых металлов и металлических пен».
«Это проблематично, потому что металл, который плавится для сплавления двух кусков CMF, является твердым, поэтому ему не хватает желаемых свойств CMF по обе стороны от него. Кроме того, любой тип сварки, в которой для плавления металла используется прямое тепло, приводит к заполнению некоторой пористости CMF, что ухудшает его свойства. Короче говоря, это означает, что большинство видов традиционной сварки плохо работают с металлическими пенопластами».
Однако теперь исследователи определили форму сварки, которая работает очень хорошо. Это называется индукционной сваркой, и при ней используется индукционная катушка для создания электромагнитного поля, которое нагревает металл для сварки.
«Поскольку CMF состоит всего на 30–35% из металла, электромагнитное поле способно глубоко проникать в материал, обеспечивая хороший сварной шов», — говорит он. — говорит Рабей. «Воздушные карманы, составляющие оставшиеся 65–70% CMF, служат для изоляции материала от тепла. Это позволяет индукционной сварке нагревать целевую область соединения двух частей CMF, но предотвращает распространение тепла из места соединения. Это помогает сохранить свойства CMF.
«Это важный шаг вперед, поскольку свойства CMF делают его привлекательным для широкого спектра приложений, но важно иметь средства сварка компонентов CMF без ухудшения свойств, которые в первую очередь делают его привлекательным.»
Теги: полимеры
