1. O que é espuma metálica e espuma de alumínio
Ao longo da história, a descoberta da espuma metálica constitui um marco importante na revolução de todo o campo da engenharia de materiais. A espuma metálica é um material composto por uma estrutura metálica que possui um grande número de poros e é preenchida com gás ao longo da estrutura [2]. Os poros dessas espumas metálicas podem ser interconectados ou selados, e são chamados de espuma de célula aberta e espuma de célula fechada, respectivamente, conforme mostrado na Figura 2(a)(b) [3]. Entre eles, o material de espuma de alumínio é atualmente o metal de espuma mais promissor, devido à sua alta porosidade, baixa densidade, peso leve, alta resistência, boa compressibilidade, forte absorção de impacto, bom desempenho de absorção sonora e bom desempenho de blindagem eletromagnética. Excelente desempenho, portanto conhecido como a "estrela metálica" [4], amplamente utilizado em outros métodos de processamento nas áreas de engenharia aeroespacial, manufatura e ciências físicas.
Figura 2. Características estruturais da espuma de alumínio: (a) Espuma de alumínio de células abertas; (B) Espuma de alumínio de células fechadas [3]
2. A descoberta da espuma de alumínio
Ao longo da história, materiais como osso, madeira e pedra-pomes têm sido amplamente utilizados há muito tempo. Muitos pesquisadores preveem que a utilidade desses materiais impulsionou a produção de materiais artificiais, como a espuma metálica. Embora a maioria das tecnologias de formação de espuma atualmente em uso tenha sido proposta desde a década de 1950, estudos mostram que a descoberta da espuma de alumínio remonta a 1926, quando Ma De Meller mencionou pela primeira vez a formação de espuma metálica em uma patente francesa. Meller sugeriu certa vez que o processo de formação de espuma metálica poderia ser alcançado pela introdução de gás inerte no metal fundido ou pelo uso de um agente espumante, como carbonato, no metal fundido. Embora esta seja apenas uma patente baseada na ideia, ela estabelece a base para os próximos passos necessários no desenvolvimento da espuma de alumínio. John C. Elliott desenvolveu ainda mais essa ideia 20 anos depois, projetando uma versão atualizada da patente de Meller e introduzindo a primeira espuma de alumínio disponível, o que, por sua vez, contribuiu para a comercialização do material no Japão na década de 1990. O lançamento lançou as bases [5].
3. Desempenho e aplicação de espuma de alumínio
A espuma de alumínio é um metal com alta porosidade e estrutura porosa, na qual os poros selados representam cerca de três quartos do volume total do material metálico, tornando-o muito leve [7]. Além das características acima, a espuma de alumínio também possui características impressionantes de absorção de energia e alta compressibilidade [7]. Em relação à densidade, os pesquisadores descobriram que a densidade da maioria das amostras de espuma de alumínio é de cerca de 0,4-1,2 g·cm-3 [6]. Além disso, a espuma de alumínio também possui absorção sonora, reciclabilidade e baixa condutividade térmica [7].
Em termos de aplicação, a blindagem eletromagnética, o peso leve e as propriedades de absorção da espuma de alumínio a tornam uma candidata ideal para componentes usados em dispositivos de fusão nuclear controlada, automóveis, indústrias aeroespacial e de construção, devido à sua resistência a ambientes físicos extremos. No dispositivo de fusão nuclear controlável, a espuma de alumínio de célula fechada é um excelente material de blindagem eletromagnética. Devido à interconexão do esqueleto da espuma de alumínio, ela possui uma enorme área de superfície específica e boa capacidade de absorver e refletir ondas eletromagnéticas. Várias perdas ocorrem, como perda de absorção, perda de reflexão, etc., de modo que o alumínio espumado tem excelente desempenho de blindagem eletromagnética. Além disso, também foi constatado que a eficácia da blindagem eletromagnética do alumínio espumado apresentou uma tendência de inicialmente diminuir e depois aumentar com o aumento da frequência das ondas eletromagnéticas [3]. Na indústria aeroespacial, o alumínio espumado é usado para fazer cones espaciais ou peças de turbinas. Devido à baixa qualidade do alumínio espumado, ele é particularmente útil para reduzir o peso total dos componentes de aeronaves [7]. Como um excelente material de absorção de energia, o alumínio expandido é utilizado na fabricação de amortecedores, amortecedores de vibração e na parte inferior da cabine de retorno de naves espaciais, permitindo um pouso seguro e protegendo a segurança dos astronautas e do equipamento espacial. Por meio da absorção eficaz de energia e choque, o alumínio expandido garante a segurança dos astronautas sob o impacto do pouso da nave espacial, conforme mostrado na Figura 3 [8].
Figura 3. Estrutura parcial melhorada do porão resistente a impactos[8]
1-pele superior; 2-longarinas de espuma de alumínio; 3-pele inferior
Na indústria automotiva, o alumínio expandido ajuda a reduzir o número total de peças utilizadas na estrutura, torna o processo de montagem mais eficiente e, em última análise, ajuda a reduzir custos e melhorar o desempenho [7]. Atualmente, o alumínio expandido é utilizado em barras anticolisão, vigas e longarinas de portas em estruturas de carrocerias de automóveis no mercado, conforme mostrado na Figura 4 [9-10].
A Figura 4. (a) é um diagrama de partes da carroceria do carro que absorvem energia parcial;
(B) Diagrama esquemático da barra anticolisão de espuma de alumínio
Na indústria da construção civil, o principal uso da espuma de alumínio é como barreira protetora e resistente ao fogo para evitar ruídos intensos. A aplicação típica da espuma de alumínio de célula fechada na arquitetura é o SOHO Fuxing Plaza, em Xangai. O projetista utiliza uma grande quantidade de espuma de alumínio para absorver e isolar o som, conforme mostrado na Figura 6 [11].
A descoberta da espuma de alumínio é considerada uma conquista notável. O alumínio espumado combina excelente desempenho de blindagem eletromagnética, leveza, baixa densidade, absorção de choque e energia, apresentando excelente desempenho em diversos setores atualmente. Ampla aplicabilidade. Curiosamente, a espuma de alumínio também é um produto ecologicamente correto e reciclável, o que significa que é um material sustentável e espera-se que seja utilizado em grandes quantidades em futuras aplicações industriais.
Data de publicação: 30 de novembro de 2021
