Kovová pena

Kovová pena[2] je bunková štruktúra pozostávajúca z pevného kovu (často z hliníka)[1] s pórmi naplnenými plynom. Póry tvoria veľkú časť objemu materiálu. Póry peny môžu byť utesnené (pena s uzavretými bunkami) alebo vzájomne prepojené (pena s otvorenými bunkami). Charakteristickou vlastnosťou kovových pien je vysoká pórovitosť: obyčajne iba 5 – 25 % objemu predstavuje základný kov. Pevnosť materiálu je postavená na priestorovej tuhosti bunkovej štruktúry.

Hliníková pena,[1] uzavreté bunky, náhodná štruktúra

Otvorené bunky
Kovová pena s otvorenými bunkami pri 10 násobnom zväčšení

Kovová pena s otvorenými bunkami, nazývaná tiež kovová špongia, sa môže použiť napr. vo výmenníkoch tepla, pri absorpcii energie, difúzii toku a optike.

Výroba

Pena s otvorenými bunkami sa vyrába zlievárenskou alebo práškovou metalurgiou. Pri práškovej metóde sa vkladajú vymedzovacie jadrá, ktoré vytvoria póry a kanály. Pri odlievaní sa pena odlieva na jadro z polyuretánovej peny s otvorenými bunkami.[3]

Uzavreté bunky
Veľké uzavreté bunky penohliníku

Kovová pena s uzavretými bunkami bola prvýkrát predstavená v roku 1926 Mellerom, vo francúzskom patente, kde sa navrhovalo napenenie ľahkých kovov, či už vstrekovaním inertného plynu alebo nadúvadlom. Dva patenty na kov podobný špongii boli vydané Benjaminovi Sosnikovi v rokoch 1948 a 1951, ktorý aplikoval ortuťové pary na napenenie tekutého hliníka. Peny s uzavretými bunkami si zachovávajú požiarnu odolnosť a plávajú na vode.

Výroba

Peny s uzavretými bunkami sa bežne vyrábajú vstrekovaním plynu alebo vmiešaním penotvorného činidla do roztaveného kovu. Za normálnych okolností bubliny v roztavenom kove rýchlo rastú a v kvapaline s vysokou hustotou rýchlo stúpajú na povrch. Tento pohyb je možné spomaliť zvýšením viskozity roztaveného kovu, napr. pridaním keramických práškov, alebo legovacích prvkov za vzniku stabilizujúcich častíc v tavenine.[4]

Kovové taveniny sa napeňujú jedným z troch spôsobov:

  • vstrekovaním plynu do tekutého kovu z vonkajšieho zdroja;
  • vyvolaním tvorby plynu v kvapaline vmiešaním penidiel uvoľňujúcich plyn v roztavenom kove;
  • vytvorením plynu, v dôsledku tepelného rozkladu vopred v kove rozpusteného penidla.

Kompozitná pena

Kompozitná kovová pena (CMF - angl. Composite metal foam) je vyrobená z dutých guľôčok jedného kovu v pevnej matrici druhého, napríklad duté oceľové guličky v hliníkovej matrici, ktorá vykazuje 5 až 6-krát väčší pomer pevnosti a hustoty a viac ako 7-krát väčšiu absorpciu energie ako iné kovové peny.[5]

Stochastické a pravidelné štruktúry
Pravidelná štruktúra

Stochastické

Pena sa považuje za stochastickú, keď je rozloženie pórovitosti náhodné. Väčšina pien je stochastická kvôli spôsobu napeňovania.[4]

Pravidelné

Priame tvarovanie je technológia, ktorá spravidla vytvára otvorené póry. Kovové peny je možné vyrábať aj aditívnymi procesmi, ako je napríklad 3D tlač.

Galéria
  • Analýza ohybu rúrky spevnenej kovovou penou
  • Zvýšenie tuhosti vyplnením kovovou penou
  • Profily s jadrom z kovovej peny

Referencie
  1. Konštrukčný materiál budúcnosti [online]. quark.sk, 2019-11-24, [cit. 2021-03-15]. Dostupné online.
  2. Materiály podľa druhu - kovová pena [online]. Bratislava : Slovenská akadémia vied, [cit. 2021-03-15]. Dostupné online.
  3. SELECKÁ, Lenka; DŽOGANOVÁ, Zdenka. PENOVÝ HLINÍK – ZÁKLAD PRE VÝROBU PROTIHLUKOVÝCH STIEN [online]. sszp.eu, [cit. 2021-03-15]. Dostupné online.
  4. GAITENS, Joseph. Composite Metal Foam Proves its Mettle [online]. nomaco.com, [cit. 2021-03-15]. Dostupné online. (anglicky)

Pozri aj

Iné projekty
  • Commons ponúka multimediálne súbory na tému Kovová pena

Externé odkazy
  • Prof. Ing. Iva Nová, CSc.; Ing. Jiří Machuta. Výrobky z hliníkové pěny [online]. Technická univerzita v Liberci, [cit. 2021-03-15]. Dostupné online. (po česky)

Zdroj

Tento článok je čiastočný alebo úplný preklad článku Metal foam na anglickej Wikipédii.

This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.