La espuma de aluminio es un material metálico isotrópico y muy poroso con una distribución aleatoria de los poros dentro de la estructura. Los poros esencialmente esféricos y cerrados, ocupan del 50 al 90% del volumen total.
Las espumas de aluminio ofrecen una combinación de propiedades físicas, mecánicas, térmicas y acústicas, características de un material homogéneo. Es un material muy eficaz en la absorción de sonido, protección electromagnética, absorción de energía de impacto y vibración, no son inflamables y permanecen estables a alta temperatura. Además, la espuma de aluminio es reciclable y no contaminante.
Poseen alta rigidez específica, un peso específico muy bajo y tienen buenas propiedades de absorción de energía, por lo que sirven para embalajes y envases. Por otra parte, sus propiedades de transferencia de calor permiten que sean empleados para enfriar equipos electrónicos y actuar como intercambiadores de calor en motores.
Todas estas características hacen que tengan importantes aplicaciones en distintos sectores tales como el de la automoción, el aeroespacial, el naval y el de la construcción.
Puede producirse por inyección directa de gas o por la adición de agentes espumantes al aluminio fundido. Indirectamente, puede obtenerse llevando a fusión los componentes procesados por sinterizado con un agente espumante. Puede también conseguirse la espumación de piezas sinterizadas en estado sólido mediante la espumación de un gas inerte por medio de un tratamiento térmico. Finalmente, puede obtenerse por electrodeposición o por deposición en fase vapor.
Antecedentes
Las espumas metálicas fueron propuestas en 1943 por Benjamin Sosnik. Aunque en esa época la tecnología no era suficiente para crearlas industrialmente y el proceso original de fabricación era muy arriesgado, Sosnik logró hacer una espuma metálica de aluminio con mercurio. La tecnología de creación de espumas metálicas ha mejorado en los últimos años, sin embargo, sus aplicaciones siguen en desarrollo y revisión.
Generalidades y definición
Existe una gran confusión entre los diferentes tipos de metales porosos, para evitar esta confusión, se empezará por definir cuales son los tipos de metales porosos y sus diferencias. La esponja metálica se crea utilizando una esponja común de algún material de polímeros, los espacios de la esponja son llenados con metal formando una red continua y coexistiendo con una red de espacios vacíos los cuales también están interconectados. A esta configuración se le llama célula abierta. El metal celular es un tipo de estructura metálica en el cual los espacios están divididos por células bien determinadas. Los límites de estas células son de metal sólido, y en el interior son espacios vacíos. Esta configuración es prácticamente imposible, ya que hacer células perfectamente determinadas representa un gran reto. Las espumas son casos especiales de metales celulares. Una espuma sólida se origina de una espuma líquida en la cual las burbujas de gas están finamente dispersadas en el líquido. Las espumas metálicas se definen como metales sólidos con una estructura molecular tal que entre el 75% y el 95% del volumen es espacio vacío o relleno de gas.
Proceso de manufactura
Aunque en la actualidad se conocen 9 métodos para fabricar espumas metálicas, solo tres son los más significativos en la industria. El método más utilizado debido a sus bajos riesgos, bajo costo y relativamente buena calidad es la inyección de gas. La inyección de gas consiste en derretir el metal base de aluminio y agregar partículas de carburo de silicio, óxido de magnesio u óxido de aluminio para aumentar la viscosidad del metal. Luego se inyecta un gas (aire, nitrógeno o argón) para que éste genere burbujas muy finas. La mezcla de metal con gas flota en el metal líquido, se le drena el metal líquido para dejar la espuma de metal sólido o en proceso de solidificación.
El segundo método más usado es el de utilizar un agente soplante en lugar de inyectar gas. El agente soplante se mezcla con el metal base y se descompone con el calor. Al descomponerse libera el gas y forma las burbujas. Normalmente se utiliza hidruro de titanio. El tercer método aprovecha algunos metales que en estado líquido forman un sistema eutéctico con el hidrógeno gaseoso. Cuando se funden estos metales en una atmósfera presurizada de hidrógeno se obtiene un baño homogéneo cargado de hidrógeno. Cuando el metal se enfría se obtiene la espuma. A este proceso se le llama “Gasar” o “Reforzado con gas”. El rango de costos de fabricación puede ir desde los $7 dlls. hasta los $12000 dlls. por kilogramo. La variación del precio se debe a la calidad del metal y la calidad de la estructura que se busca obtener.
Aplicaciones
Hasta este momento, las espumas metálicas aún no están en uso a gran escala, pero esta es una lista de las aplicaciones potenciales de este material una vez que su fase de investigación sea completada. Estructuras livianas. Gracias a su excelente relación dureza-peso. Amortiguación mecánica. La capacidad de amortiguación de las espumas metálicas es hasta 10 veces mayor que la de las láminas sólidas de su mismo material. Control de vibración. Gracias a los espacios entre moléculas, poseen una mayor tolerancia a frecuencias vibratorias y mayor capacidad de flexión que sus sólidos. Absorción acústica. Gracias al control de vibración que poseen, las espumas metálicas son excelentes disipadores de sonidos. Madera artificial. Las espumas metálicas comparten varias características con la madera, tienen densidad, resistencia y otras propiedades similares. Control de calor. El metal tiene una excelente capacidad para conducir calor, mientras que los espacios en la estructura permiten el flujo de aire o algún otro enfriador, y así, permiten un enfriamiento más veloz y con menos recursos. Prótesis humana. La estructura molecular y el titanio de una prótesis estimulan el crecimiento celular del área afectada. Filtración. Las espumas metálicas con tamaños de poros controlados podrían llegar a servir como filtros para líquidos e incluso gases. Electrodos y catalizadores de reacciones. Su gran relación área-volumen le permite tener una gran área de reacción. Flotación. Su baja densidad y resistencia a la corrosión sugiere que podría llegar a tener grandes aplicaciones de flotación.
Antecedentes
Las espumas metálicas fueron propuestas en 1943 por Benjamin Sosnik. Aunque en esa época la tecnología no era suficiente para crearlas industrialmente y el proceso original de fabricación era muy arriesgado, Sosnik logró hacer una espuma metálica de aluminio con mercurio. La tecnología de creación de espumas metálicas ha mejorado en los últimos años, sin embargo, sus aplicaciones siguen en desarrollo y revisión.
Generalidades y definición
Existe una gran confusión entre los diferentes tipos de metales porosos, para evitar esta confusión, se empezará por definir cuales son los tipos de metales porosos y sus diferencias. La esponja metálica se crea utilizando una esponja común de algún material de polímeros, los espacios de la esponja son llenados con metal formando una red continua y coexistiendo con una red de espacios vacíos los cuales también están interconectados. A esta configuración se le llama célula abierta. El metal celular es un tipo de estructura metálica en el cual los espacios están divididos por células bien determinadas. Los límites de estas células son de metal sólido, y en el interior son espacios vacíos. Esta configuración es prácticamente imposible, ya que hacer células perfectamente determinadas representa un gran reto. Las espumas son casos especiales de metales celulares. Una espuma sólida se origina de una espuma líquida en la cual las burbujas de gas están finamente dispersadas en el líquido. Las espumas metálicas se definen como metales sólidos con una estructura molecular tal que entre el 75% y el 95% del volumen es espacio vacío o relleno de gas.
Proceso de manufactura
Aunque en la actualidad se conocen 9 métodos para fabricar espumas metálicas, solo tres son los más significativos en la industria. El método más utilizado debido a sus bajos riesgos, bajo costo y relativamente buena calidad es la inyección de gas. La inyección de gas consiste en derretir el metal base de aluminio y agregar partículas de carburo de silicio, óxido de magnesio u óxido de aluminio para aumentar la viscosidad del metal. Luego se inyecta un gas (aire, nitrógeno o argón) para que éste genere burbujas muy finas. La mezcla de metal con gas flota en el metal líquido, se le drena el metal líquido para dejar la espuma de metal sólido o en proceso de solidificación.
El segundo método más usado es el de utilizar un agente soplante en lugar de inyectar gas. El agente soplante se mezcla con el metal base y se descompone con el calor. Al descomponerse libera el gas y forma las burbujas. Normalmente se utiliza hidruro de titanio. El tercer método aprovecha algunos metales que en estado líquido forman un sistema eutéctico con el hidrógeno gaseoso. Cuando se funden estos metales en una atmósfera presurizada de hidrógeno se obtiene un baño homogéneo cargado de hidrógeno. Cuando el metal se enfría se obtiene la espuma. A este proceso se le llama “Gasar” o “Reforzado con gas”. El rango de costos de fabricación puede ir desde los $7 dlls. hasta los $12000 dlls. por kilogramo. La variación del precio se debe a la calidad del metal y la calidad de la estructura que se busca obtener.
Aplicaciones
Hasta este momento, las espumas metálicas aún no están en uso a gran escala, pero esta es una lista de las aplicaciones potenciales de este material una vez que su fase de investigación sea completada. Estructuras livianas. Gracias a su excelente relación dureza-peso. Amortiguación mecánica. La capacidad de amortiguación de las espumas metálicas es hasta 10 veces mayor que la de las láminas sólidas de su mismo material. Control de vibración. Gracias a los espacios entre moléculas, poseen una mayor tolerancia a frecuencias vibratorias y mayor capacidad de flexión que sus sólidos. Absorción acústica. Gracias al control de vibración que poseen, las espumas metálicas son excelentes disipadores de sonidos. Madera artificial. Las espumas metálicas comparten varias características con la madera, tienen densidad, resistencia y otras propiedades similares. Control de calor. El metal tiene una excelente capacidad para conducir calor, mientras que los espacios en la estructura permiten el flujo de aire o algún otro enfriador, y así, permiten un enfriamiento más veloz y con menos recursos. Prótesis humana. La estructura molecular y el titanio de una prótesis estimulan el crecimiento celular del área afectada. Filtración. Las espumas metálicas con tamaños de poros controlados podrían llegar a servir como filtros para líquidos e incluso gases. Electrodos y catalizadores de reacciones. Su gran relación área-volumen le permite tener una gran área de reacción. Flotación. Su baja densidad y resistencia a la corrosión sugiere que podría llegar a tener grandes aplicaciones de flotación.
Vía: Wikipedia
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