ملخص بحث – الألمنيوم الرغوي

المعادن الرغوية صنف جديد من المواد ذات الكثافة المنخفضة والخواص الصوتية والكهربائية والحرارية والفيزيائية والميكانيكية غير المألوفة.


أنواع المعادن الرغوية

يمكن أن تقسم المعادن الرغوية إلى صنفين أساسيين:

  • المعادن الرغوية ذات المسامات المغلقة.

  • المعادن الرغوية ذات الخلايا المفتوحة.

  • وحديثاً صممت بنى رغوية جديدة تعرف باللوتس.

شكل (1): تمثيل شكل البنى الرغوية ذات الخلايا المغلقة والمفتوحة و اللوتس.

  • تحاط الخلايا في النوع الأول والذي يظهر في الشكل (1 – أ) بجدار معدني وتكون المسامات مغلقة ومعزولة عن بعضها.

  • أما في النوع الثاني والذي يظهر في الشكل (1 – ب) فتندمج المسامات مع بعضها وتترابط لتشكل البنية ذات الخلايا المفتوحة.

  • والنوع الثالث والذي يظهر في الشكل (1 – ج) تتألف البنية فيه من مسامات أسطوانية طويلة مرتبة في اتجاه واحد.

على أي حال سوف نتعامل في هذا البحث فقط مع البنى ذات الخلايا المفتوحة والمغلقة.

 

يمكن استعمال المعادن الرغوية من أجل الإنشاءات خفيفة الوزن لامتصاص الطاقة والإدارة الحرارية في معظم الحالات. إن وظائف مثل امتصاص الصوت والتبادل الحراري تتطلب بنى ذات خلايا مفتوحة وبالتالي فالبنية الرغوية ذات الخلايا المفتوحة له مجال واسع من التطبيقات.


طرق التصنيع

 

طريقة الحوامل الفراغية

من بين طرق الإنتاج الحالية تقانة (الحوامل الفراغية) المناسبة لإنتاج الرغوات مفتوحة الخلايا المنتظمة. لكن يوجد بعض القيود على البنى التي يمكن الحصول عليها بهذه التقانة، حيث يجب أن تكون للحوامل الفراغية نقطة انصهار عالية وسهلة الإزالة بالمذيبات، لذا يفضل استخدام المعادن ذات نقاط انصهار منخفضة مثل الألمنيوم.

 

صمم العالمان زاهو وسن من اليابان حديثاً تقنية واعدة لتصنيع قوالب الألمنيوم الرغوي مفتوح الخلايا بتقانات المساحيق معروفة بعملية التلبيد والانحلال. لكن الألمنيوم الرغوي المصنع بتلك الطريقة يمكن أن يملك خواص ميكانيكية رديئة.

 

استعملت طريقة الحوامل الفراغية لتصنيع الرغوات العشوائية مفتوحة الخلايا من التيتانيوم، الفولاذ المقاوم للصدأ، الخلائط الفائقة. يمكن التحكم في هذه الرغوات بشكل المسامات بالدرجة الأولى بالتحكم بالشكل البدائي للجزيئات الحاملة الفراغية التي تستعمل لإنجاز مسامات الرغوة حيث تنطوي على الشكل البدائي لهذه الجزيئات. تغيير شكل الجزيئات المستعملة لإنتاج الشكل إذاً يؤمن الممر لاكتشاف العلاقات (خاصية - مكروية) في رغوات الألمنيوم مفتوحة الخلايا.

شكل (2): استخدام الألمنيوم الرغوي في صدامات السيارة من أجل امتصاص الطاقة.

 

طريقة القوالب الملحية

أما في الوطن العربي وبشكل خاص في جامعة حلب فقد تم تصنيع الألمنيوم الرغوي باستخدام طريقة القوالب الملحية من قبل المهندس سامي انطكلي وتحت إشراف الدكتور أحمد المنصور والدكتور محمد جميل الشحنة. في هذه العملية تم تلبيد الملح الصخري الخشن (Na-Cl) في الهواء لعدة ساعات لإذابة الحبيبات مع بعضها مشكلة قالب رغوي مفتوح الخلايا. ومن ثم تم سكب المعدن المصهور لينفذ في المسامات ويتم إذابة الملح لإنتاج بنية رغوية مفتوحة الخلايا بحجم مسامات من (3-4 mm). إن تسخين جدار القالب يخفض ميل المعدن للتصلب قبل إنجاز الإنفاذ الكامل. وقد مكن استخدام مجموعة من مضخات الفاكيوم والضغط العالي المطبق خلال عملية الإنفاذ حديثاً من إنتاج بنى ذات خلايا ناعمة جداً. فخلايا الرغوات المنتجة هكذا لها أحجام أصغر من (400 µm) مع ρ*/ρs=0.2-0.3.

شكل (3): إنتاج المعادن الرغوية مفتوحة الخلايا مع تلبيد القالب الملحي.

 

1- بوتقة مملوءة بحبيبات Na-Clالتي تلبد مع بعضها لتشكل كتلة مسامية.

 

2- سكب مصهور الألمنيوم على الكتلة المسامية.

 

3- نفاذ الألمنيوم المصهور ضمن الكتلة الملحية المسامية.

 

4- إذابة الملح في الماء ليتشكل بنية رغوية مفتوحة الخلايا مع مسامية مطابقة للبنية الملحية

 

النتائج

تم الحصول على ثلاث بنى تختلف عن بعضها البعض بحجم الخلايا:

شكل (4): تغير حجم المسامات مع تغيير حجم الحبيبات الملحية  (حقوق النشر، جامعة حلب)

أ(3-4 ملم)، ب (2-3 ملم)، ج (1-2 ملم)

 


خاتمة

حقل الأبحاث في الألمنيوم الرغوي جديد جداً والعديد من الأسئلة سيجاب عنها في المستقبل وحتى هذه اللحظة أنجزت العديد من الدراسات والمتضمنة كأمثلة:

  • إنتاج الرغوة بالقياس الصناعي.

  • تحسينات أكبر لخواص الرغوة.

  • تحديد خواص الرغوة لعدة خلائط.

  • تحليل تكاليف إنتاج الرغوة.

  • البحث عن تطبيقات جديدة.

ومن الواضح أن الاستعمال التجاري للألمنيوم الرغوي سيصبح حقيقي ضمن السنوات العشر القادمة.

 


معلومات عن المشروع

المؤسسة

جامعة حلب

كلية الهندسة الميكانيكية

قسم علم المواد الهندسية

سنة 2013

تأليف

المهندس سامي نبيل أنطكلي

البريد الإليكتروني

eng.samientakly@hotmail.com

إشراف

الدكتور أحمد المنصور

نوع البحث

مشروع أعد لنيل درجة الماجيستير


 

أضف تعليق


كود امني
تحديث

المزيد في هذه الفئة :


Go to top