Composiet metaalschuim (CMF) is een zeer nuttig poreus materiaal met gesloten cellen dat kan worden geproduceerd door metalen kogels in een metalen matrix te verdelen. Door zijn uniforme vorm en uniforme poriënverdeling kan CMF betere mechanische eigenschappen bieden in vergelijking met traditionele metaalschuimen. Dit materiaal is lichtgewicht en zeer sterk en kan worden gebruikt in gebieden zoals vliegtuigvleugels, voertuigbepantsering en menselijke kogelvrije vesten. Bovendien heeft CMF, vergeleken met traditionele metalen en legeringen zoals staal, betere thermische isolatie-eigenschappen, wat betekent dat CMF naar verwachting ook zal worden gebruikt voor de opslag en het transport van nucleair materiaal, gevaarlijke goederen, explosieven en andere hittegevoelige materialen.
CMF's zijn doorgaans holle bollen gemaakt van één metaal, vervat in een vaste matrix bestaande uit dezelfde of verschillende metalen. Ze lijken een beetje op een chocoladereep uit de luchtvaart, maar dan van metaal in plaats van chocolade. Een van hun grootste verkoopargumenten is dat ze lichter zijn dan traditionele massieve metalen, maar toch even sterk zijn. De afgelopen jaren is bovendien ontdekt dat ze ook kogels kunnen tegenhouden, straling kunnen tegenhouden en kunnen isoleren tegen hoge temperaturen.
Wanneer ongelijksoortige CMF's via traditionele methoden aan elkaar worden gelast, verliezen ze helaas deze wenselijke eigenschappen bij de lasverbinding.
Onderzoekers van de North Carolina State University hebben nu een lastechniek gevonden die kan worden gebruikt om onderdelen van composietmetaalschuim (CMF) met elkaar te verbinden zonder afbreuk te doen aan de eigenschappen die CMF tot een ideaal materiaal maken. CMF is licht van gewicht, sterk en isoleert effectief hoge temperaturen. De verwachting is dat het op grote schaal zal worden gebruikt op verschillende gebieden.
Afsaneh Rabiei, hoogleraar werktuigbouwkunde en lucht- en ruimtevaarttechniek aan de North Carolina State University, zei: "Traditioneel smeltlassen gebruikt een vulmiddel om twee stukken metaal met elkaar te verbinden. Hierin schuilt het probleem, omdat het metaal dat de twee stukken CMF smelt vast is, dus het mist aan beide kanten de ideale eigenschappen van de CMF. Bovendien zal elke lasmethode die het gesmolten metaal direct verwarmt ervoor zorgen dat een deel van de poriën in de CMF zich opvult."
Op zoek naar een alternatief keken Rabiei en collega's naar een minder gebruikte technologie, genaamd inductielassen. Simpel gezegd gebruikt het radiofrequentiestroom om een inductiespoel van energie te voorzien, waardoor een hoogfrequent elektromagnetisch veld ontstaat dat bepaalde metalen tot hun smeltpunt verwarmt.
Omdat CMF slechts 30-35% metaal bevat, kan het elektromagnetische veld diep in het materiaal doordringen om goed laswerk te bereiken. De luchtzakken waaruit de resterende 65-70% van de CMF bestaat, isoleren het materiaal tegen hitte. Op deze manier verwarmt inductielassen het doelgebied dat de twee stukken CMF verbindt, maar voorkomt het dat de warmte zich vanuit de verbinding naar buiten verspreidt. Dit helpt de kenmerken van CMF te behouden.
"Dit is een belangrijke stap voorwaarts omdat de eigenschappen van CMF het aantrekkelijk maken in een breed scala aan toepassingen, maar het is van cruciaal belang dat er een manier is om CMF-onderdelen te lassen zonder afbreuk te doen aan de eigenschappen die het aantrekkelijk maken", aldus Rabiei.
Een artikel over het onderzoek is onlangs gepubliceerd in het tijdschrift Advanced Engineering Materials.