Inspirisana prirodom, metalna pjena kombinuje veći dio čvrstoće metala s lakšom, poroznom strukturom pjene. Metalna pjena ima mnogo zanimljivih primjena u raznim industrijama. Može se izrađivati ​​od različitih metala i ima tendenciju da bude nevjerovatno lagana i jaka.

U ovom članku istražujemo šta je metalna pjena i kako se izrađuje te gdje se koristi.

Šta je metalna pjena?

Metalna pjena se obično sastoji od čvrstog metala, a pore su joj napunjene plinom. Pjena ima gusti vanjski sloj, a unutrašnjost je u obliku matrice pora. Struktura ove pjene omogućava prolaz gasova, pa čak i tekućina. Zasnovana je na materijalima slične strukture, kao što su prirodna kost, kamen plavac i prirodne spužve. Pore ​​mogu biti zatvorene (pjena zatvorenih ćelija) ili međusobno povezane (pjena otvorenih ćelija). Metalna pjena je nevjerovatno lagana, ali vrlo jake.

U cjelini, metalna pjena se uglavnom pravi od aluminija, ali može se praviti i od raznih drugih metala, uključujući titan, tantal, bakar, cink ili olovo.

Metalna pjena ima vrlo važne ključne karakteristike zbog kojih je, između ostalog, posebno korisna za proučavanje materijala.

Ključna svojstva metalne pjene

• Ultralagan materijal (75–95% zapremine čini prazan prostor ili prostor ispunjen plinom)
• Vrlo visoka poroznost
• Velika čvrstoća na pritisak u kombinaciji s dobrim karakteristikama apsorpcije energije
• Niska toplotna provodljivost
• Velika jačina

Za šta se koristi metalna pjena?

Metalna pjena ima razne primjene. Ona se kreće od građevinskih materijala do biomedicinskih rješenja. Značajne primjene metalne pjene uključuju, ali nisu ograničene na:

• Varijacije zatvorenih ćelija koriste se za strukturne primjene koje zahtijevaju nošenje tereta i za uštedu težine i za apsorpciju udara u vozilima.
• Varijacije otvorenih ćelija idealne su za apsorpciju vibracija i zvuka, filtraciju i katalizu na visokim temperaturama, za razmjenu toplote i u medicinskim uređajima.
• Varijacije otvorenih ćelija također su korisne u funkcionalnim aplikacijama kao što su filtracija i prigušivanje.
• U novije vrijeme metalna pjena se koristi kao eksperimentalna proteza za životinje. Neki istraživači čak istražuju i njenu upotrebu kako bi nadomjestili oštećene kosti.
• Metalna pjena velike čvrstoće može djelovati kao apsorber energije udara velikog kapaciteta.
• U automobilskoj industriji, metalna pjena se može koristiti za smanjenje težine autodijelova u okviru automobila i za olakšavanje montaže, čime se smanjuju troškovi i poboljšavaju performanse.

Kako se pravi metalna pjena?

Metalna pjena nastaju kroz niz koraka. Prvo se metalni odljevi pjenušaju stvaranjem mjehurića plina u rastopljenom metalu. Budući da su mjehurići plina manje gusti i imaju veću plovnost od metalnih odljeva, oni se podižu na površinu. Da bi se to zaustavilo, gustoća rastopljenog metala se povećava kako bi zarobila zračne mjehuriće u odljevu.

Da bi se to postiglo, često se koriste fini keramički prašci ili se legirajući elementi koriste za stabilizovanje čestica u rastopljenom metalu. Uvođenje mjehurića plina obično se vrši na jedan od tri načina. Najčešće korišteni su sljedeći – iako postoje i druge metode:

• Ubrizgavanje plina u tečni metal iz vanjskog izvora.
• Taloženje plina koji je upravo otopljen u tečnosti.
• Uzrokovanje stvaranja plinova na licu mjesta u tečnosti dodavanjem sredstava za napuhavanje koji oslobađaju gas u rastopinu.

Metalni prah ili metalni iver takođe se mogu miješati sa titan-hidridom ili drugim eksplozivnim sredstvima i zagrijavati iznad tačke topljenja metala. Pritom se oslobađa plinoviti vodik koji pjeni smjesu.

 Za šta se koristi titanijumska pjena?

Titanijumska metalna pjena je propusni materijal vrlo male gustoće koji ima mnoge primjene. Njene glavne karakteristike su vrlo visoka poroznost (između 75 i 95 vol.%), tako da se uglavnom sastoji od praznih prostora.

Ova nevjerovatno jaka metalna pjena često se koristi za:

• Toplotnu izolaciju
• Zvučnu izolaciju
• Adsorpciju zagađivača životne sredine
• Filtraciju topljenih legura metala
• Kao podloga za katalizatore kojima je potrebna velika unutrašnja površina

Titanijumska pjena ima i neke druge ograničene medicinske primjene. Istraživači iz Fraunhofer-Gesellschaft, vodeće primijenjene istraživačke organizacije, pokušali su da je koriste kao ultrajaki implantat za nadomještanje izgubljene ili oštećene kosti.

U projektu TiFoam, istraživački partneri koncentrisali su se na demonstraciju održivosti titanijumske pjene za nadomještanje oštećenih pršljenova. Pjena je jednako pogodna za popravak drugih jako opterećenih kostiju.