Verbundmetallschaum (CMF) ist ein Schaum, der aus hohlen Metallkugeln aus Materialien wie Edelstahl oder Titan besteht, die in eine Metallmatrix aus Stahl, Titan, Aluminium oder anderen Metalllegierungen eingebettet sind. Dieses Material ist leicht und stark und kann in Bereichen wie Flugzeugflügeln, Fahrzeugpanzerungen und menschlichen Körperpanzerungen verwendet werden. Darüber hinaus verfügt CMF im Vergleich zu herkömmlichen Metallen und Legierungen wie Stahl über bessere Wärmedämmeigenschaften. Aufgrund der Kombination aus Gewicht, Festigkeit und Wärmedämmeigenschaften ist davon auszugehen, dass CMF auch zur Lagerung und zum Transport von Nuklearmaterial, Gefahrstoffen, Sprengstoffen und anderen hitzeempfindlichen Materialien eingesetzt werden kann. Um diese Anwendungen zu realisieren, müssen Hersteller jedoch mehrere CMF-Teile zusammenschweißen. Bei herkömmlicher Schweißtechnik werden die Blasen geschmolzen, was CMF idealer macht.

Forscher haben nun gezeigt, dass eine Induktionsschweißtechnik, die auf elektromagnetischen Feldern basiert, CMF schweißen kann, ohne die Luftblasen im Schaum zu beschädigen. Diese Abbildung zeigt, wie es funktioniert. Beachten Sie, dass CMF kühl genug ist, um mit der Hand berührt zu werden, und zwar nur wenige Zentimeter von der Lötstelle entfernt. Quelle: Afsaneh Rabiei, North Carolina State University

Forscher der North Carolina State University haben eine neue Methode zum Schweißen von Verbundmetallschaum (CMF) entdeckt, der seine leichten, starken und wärmeisolierenden Eigenschaften beibehält, die für viele Anwendungen von entscheidender Bedeutung sind.

Forscher der North Carolina State University haben nun eine Schweißtechnik gefunden, mit der sich Teile aus Verbundmetallschaum (CMF) miteinander verbinden lassen, ohne die Eigenschaften zu beeinträchtigen, die CMF zu einem idealen Material machen. CMF ist leicht, stark und isoliert wirksam hohe Temperaturen, sodass davon ausgegangen wird, dass es in verschiedenen Bereichen weit verbreitet sein wird.

CMF ist ein Schaum, der aus hohlen Metallkugeln aus Materialien wie Edelstahl oder Titan besteht, die in eine Metallmatrix aus Stahl, Titan, Aluminium oder anderen Metalllegierungen eingebettet sind. Dieses Material ist leicht und stark und kann in Bereichen wie Flugzeugflügeln, Fahrzeugpanzerungen und menschlichen Körperpanzerungen verwendet werden.

Darüber hinaus verfügt CMF im Vergleich zu herkömmlichen Metallen und Legierungen wie Stahl über bessere Wärmedämmeigenschaften. Aufgrund der Kombination aus Gewicht, Festigkeit und Wärmedämmeigenschaften ist davon auszugehen, dass CMF auch zur Lagerung und zum Transport von Nuklearmaterial, Gefahrstoffen, Sprengstoffen und anderen hitzeempfindlichen Materialien eingesetzt werden kann.

Um diese Anwendungen zu erreichen, müssen Hersteller jedoch mehrere CMF-Teile zusammenschweißen. Dies wirft ein Problem auf. „Beim herkömmlichen Schmelzschweißen werden zwei Metallteile mit einem Zusatzwerkstoff verbunden“, sagte Afsaneh Rabiei, korrespondierende Autorin der neuen Forschungsarbeit und Professorin am Fachbereich Maschinenbau und Luft- und Raumfahrttechnik der North Carolina State University. „Das ist problematisch, weil das Metall, das die beiden CMF-Teile verschmilzt, fest ist und daher fest ist. Da auf beiden Seiten die idealen Eigenschaften von CMF fehlen, führt jedes Schweißverfahren, bei dem das geschmolzene Metall direkt erhitzt wird, dazu, dass einige Poren im CMF gefüllt werden, was sich auf die Leistung auswirkt. Kurz gesagt bedeutet dies, dass die meisten Formen des herkömmlichen Schweißens mit Metallschaum nicht gut funktionieren.“

Nun haben Forscher jedoch eine Schweißmethode gefunden, die äußerst gut funktioniert. Beim sogenannten Induktionsschweißen wird mithilfe einer Induktionsspule ein elektromagnetisches Feld erzeugt, das das Metall zum Schweißen erhitzt.

„Da CMF nur zu 30–35 % aus Metall besteht, kann das elektromagnetische Feld tief in das Material eindringen und eine gute Schweißung ermöglichen“, sagte Rabiei. „Die Lufteinschlüsse, die die restlichen 65–70 % des CMF ausmachen, dienen dazu, das Material vor Hitze zu isolieren. Auf diese Weise erwärmt das Induktionsschweißen den Zielbereich, an dem die beiden CMF-Teile verbunden werden, verhindert jedoch, dass sich die Wärme von der Verbindung nach außen ausbreitet. Dies trägt dazu bei, die Eigenschaften des CMF zu erhalten.“

„Dies ist ein wichtiger Fortschritt, da CMF aufgrund seiner Eigenschaften für eine Vielzahl von Anwendungen attraktiv ist. Es muss jedoch eine Möglichkeit geben, CMF-Teile zu schweißen, ohne die Eigenschaften zu beeinträchtigen, die es attraktiv machen.“

Der Artikel mit dem Titel „Study on Welding of Porous Metals and Metal Foams“ wurde kürzlich in der Zeitschrift Advanced Engineering Materials veröffentlicht.

Zusammengestellte Quelle: ScitechDaily