به همت پژوهشگران دانشكده مهندسي معدن و متالوژي دانشگاه صنعتي امير كبير، نوعي فوم فلزي کامپوزيتي با مزايا و قابليت‌هاي ويژه براي مصارف صنعتي از جمله صنايع خودرو و صنايع هوا فضا توليد شد.

محسن سيفي، دانش آموخته مهندسي مواد و متالورژي دانشگاه صنعتي اميرکبير  با اشاره به اين كه فوم هاي فلزي يكي از موادي هستند كه دانشمندان با به وجود آوردن آن پاي در فضاي گسترده و جديد صنعتي گذاشتند، گفت: يكي از تكنيك‌هايي كه براي ساخت چنين فوم هايي مورد توجه قرار گرفته، فرآيند توليد فوم با استفاده از مواد اوليه پودري است كه از جمله مزاياي اين روش امكان توليد قـطعه با شكل نهايـي net shape است كه چنين سـازه هايي داراي قابليـت بالايـي در جـذب انـرژي هستند.

وي ادامه داد: شاخص‌ترين كاربرد اين دسته از مواد مهندسي سازه‌هاي جاذب انرژي در اتومبيل‌ها و جلوگيري از انتقال شدت آن به سرنشينان خودرو است.

سيفي تصريح كرد: نخستين فاز طرح از فرآيند فوم سازي، ساخت پيش ماده‌اي است كه قابليت فوم شوندگي داشته باشد. براي دستيابي به اين هدف، با انتخاب تركيب‌هاي اوليه يي مناسبي از پودر آلومينيوم، عامل حباب‌زا( گونه اي از کربنات‌ها) و ذرات افزودني( سيليسيم، كاربيد سيليسيم) و جست‌وجوي گسترده در منابع و مطالعه تحقيقات انجام شده بر روي اثر هر يك از اجزاي سازنده تركيب پودري وهمچنين مشاوره با محققاني كه در اين زمينه تجربيات ارزشمندي داشتند، با انتخاب درصدهاي هريك از عناصر سازنده و دما و زمان، فوم سازي طرح به نحو مطلوبي انجام شد.

وي افزود: براي رسيدن به توزيعي يكنواخت از پودرها، هر يك از تركيبات به صورت كاملا مجزا در دستگاه مخلوط كن دوراني ريخته شد و به مدت دو ساعت، مخلوط شدند. پس از اين مرحله فشرده سازي تركيبات پودري براي رسيدن به پيش ماده اي فوم شونده، به روش پرس سرد انجام شد. پس از اتمام عمليات پرس، پيش فوم آماده شده به روش خاصي از قالب خارج شده تا از هرگونه آسيب به پيش ماده، جلوگيري بعمل آيد. سپس پيش ماده حاصل با نيرويKN 500 اكسترود شد تا به پيش فومي با چگالي معادل با چگالي آلومينيوم جامد برسيم.

سيفي با بيان اين كه در مرحله بعد كار، پيش فوم آماده شده در قالب‌هاي استوانه‌اي از جنس فولاد قرار داده شد، خاطر نشان كرد: براي جلوگيري از چسبيدن فوم به قالب، سطح داخلي اين قالب‌ها را به كمك اسپري كربن و با لايه اي از گرافيت پوشش دهي کرديم. همچنين قالب داخل كوره‌اي الكتريكي (با حداكثر دماي 1200C) گذاشته شده و دماي كوره در 750 درجه سانتي گراد، تنظيم شد. پس از گذشت مدت زمان چهار دقيقه قالب را به سرعت از كوره خارج كرده و در آب سرد قرار داديم.

 

وي ادامه داد: مزيت اين طرح استفاده از نوعي کربنات ويژه به عنوان عامل فضاساز است که نسبت به نمونه‌هاي مشابه که از پودر گران قيمت هيدريد تيتانيوم (TiH2) استفاده مي شود، هزينه کمتري براي توليد محصول نهايي دارد.

رضا تافته، دانش آموخته مهندسي مواد و متالورژي دانشگاه صنعتي اميرکبير گفت: تا امروز تقريبا تمام تحقيقات بر روي فوم‌هاي آلومينيومي به علت چگالي پايين و مقاومت در برابر خوردگي و نقطه ذوب پايين متمركز بوده است. همچنين نقطه قوت فوم‌ها زماني آشكار مي‌شود كه مقاومت در برابر فشارهاي منجر به خم شدن را به عنوان يكي از كيفيات قطعه در حين سرويس در نظر بگيريم و پخش وسيع ساختارهاي سلولي در لحظه، سكون ماده را افزايش داده و به آن قدرت خم شدن و مقاومت ويژه بيشتري مي بخشد كه اين موضوع فوم‌ها را به عنوان تركيباتي كاربردي در صنايع خودروسازي و صنايع هوا فضا مطرح مي سازد.

وي با بيان اين كه از قطعات ساندويچي ساخته شده از فوم آلومينيم در قسمت‌هاي مختلف خودرو به خصوص محل‌هايي كه داراي سطح زيادي است، استفاده مي‌شود، اظهار كرد: بنابراين با استفاده از اين قطعات استحكام افزايش يافته و وزن خودرو نيز كاهش مي‌يابد؛ به عنوان مثال، شركتBMW نيز به منظور مطالعه و بررسي كارايي فوم‌هاي آلومينيمي و قابليت جذب انرژي آنها آزمايشات متعددي را انجام داده و درخودروهاي جديد خود از فوم آلومينيومي در بدنه‌ خودرو استفاده کرده است.

تافته با اشاره به استحكام كم فوم‌هاي پليمري نسبت به فوم‌هاي آلومينيمي گفت: از اين رو فوم‌هاي پليمري در درجه حرارت‌هاي بالا كاربرد ندارند. همچنين برخلاف فوم‌هاي آلومينيمي، پايداري خواص آنها كمتر بوده و در محل‌هاي مرطوب و در معرض نور آفتاب نمي‌توان از آنها استفاده كرد. علاوه بر اين در اثر آتش سوزي تجزيه شده و دود و بخارهاي سمي و خطرناك توليد مي‌كنند. بنابراين به دليل قابليت جذب انرژي بالا، نسبت استحكام به وزن مناسب، استحكام خمي خوب و افزايش ايمني وسايل نقليه از قطعات يا ساندويچ پنل‌هاي فوم فلزي براي ساخت قسمت‌هاي مختلف خودروها مانند سپرها، ستونها، پوشش كف اتاق، ادوات مياني در و پنجره ها و نيز ساخت ديواره و بدنه ي واگن قطارها مي توان استفاده کرد.

وي تصريح كرد: همچنين فوم‌هاي آلومينيمي علاوه بر قابليت جذب انرژي مناسب به علت پايداري و مقاومت خوب در درجه حرارت‌هاي بالا كه توسط موتور خودرو ايجاد مي‌شود، قابليت استفاده به عنوان در موتور خودرو، كاپوت را نيز دارند.

كاربردهاي ديگر فوم‌هاي فلزي به عنوان جاذب انرژي، ساخت سپرها و قسمت‌هاي مختلف خودروهاي ورزشي است زيرا در مسابقات ورزشي به علت حركت بسيار سريع و نزديك به هم خودروها و افزايش احتمال برخورد آن‌ها به يكديگر و نياز به پرش از روي موانع، لزوم استفاده از تجهيزات ايمني بيشتر مي‌شود. همچنين به دليل خواص فوق العادي‌اي كه اين فوم ها از خود نشان داده‌اند، از آن‌ها مي توان در ساختارهاي سبك و براي جذب انرژي، دمپ مكانيكي، جذب صوت و مديريت انرژي (جلوگيري از اتلاف حرارتي) استفاده كرد.

به گفته مجريان اين طرح كه با راهنمايي دکتر ميرباقري، عضو هيات علمي دانشگاه صنعتي اميركبير انجام شده است، از اين طرح يك مقاله داخلي و يك مقاله درکنفرانس‌هاي خارجي به ثبت رسيده و يك مقاله ديگر براي ارائه در مجلات ISI در حال آماده سازي است.