Kovová pena
Kovová pena[2] (hovorovo penokov, v pripade hliníku penohliník) je bunková štruktúra pozostávajúca z pevného kovu (často z hliníka)[1] s pórmi naplnenými plynom. Póry tvoria veľkú časť objemu materiálu. Póry peny môžu byť utesnené (pena s uzavretými bunkami) alebo vzájomne prepojené (pena s otvorenými bunkami). Charakteristickou vlastnosťou kovových pien je vysoká pórovitosť: obyčajne iba 5 – 25 % objemu predstavuje základný kov. Pevnosť materiálu je postavená na priestorovej tuhosti bunkovej štruktúry.
Otvorené bunky[upraviť | upraviť zdroj]
Kovová pena s otvorenými bunkami, nazývaná tiež kovová špongia, sa môže použiť napr. vo výmenníkoch tepla, pri absorpcii energie, difúzii toku a optike.
Výroba[upraviť | upraviť zdroj]
Pena s otvorenými bunkami sa vyrába zlievárenskou alebo práškovou metalurgiou. Pri práškovej metóde sa vkladajú vymedzovacie jadrá, ktoré vytvoria póry a kanály. Pri odlievaní sa pena odlieva na jadro z polyuretánovej peny s otvorenými bunkami.[3]
Uzavreté bunky[upraviť | upraviť zdroj]
Kovová pena s uzavretými bunkami bola prvýkrát vymyslená v roku 1926 Alexandre De Mellerom, vo francúzskom patente, kde sa navrhovalo napenenie ľahkých kovov, či už vstrekovaním inertného plynu alebo nadúvadlom.[4] Dva patenty na výrobu kov podobného špongii boli vydané američanovi Benjaminovi Sosnikovi v rokoch 1948[5] a 1951, ktorý aplikoval ortuťové pary na napenenie tekutého hliníka. Peny s uzavretými bunkami si zachovávajú požiarnu odolnosť a plávajú na vode.
Výroba[upraviť | upraviť zdroj]
Peny s uzavretými bunkami sa bežne vyrábajú vstrekovaním plynu alebo vmiešaním penotvorného činidla do roztaveného kovu. Za normálnych okolností bubliny v roztavenom kove rýchlo rastú a v kvapaline s vysokou hustotou rýchlo stúpajú na povrch. Tento pohyb je možné spomaliť zvýšením viskozity roztaveného kovu, napr. pridaním keramických práškov, alebo legovacích prvkov za vzniku stabilizujúcich častíc v tavenine.[6]
Kovové taveniny sa napeňujú jedným z troch spôsobov:
- vstrekovaním plynu do tekutého kovu z vonkajšieho zdroja;
- vyvolaním tvorby plynu v kvapaline vmiešaním penidiel uvoľňujúcich plyn v roztavenom kove;
- vytvorením plynu, v dôsledku tepelného rozkladu vopred v kove rozpusteného penidla.
Kompozitná pena[upraviť | upraviť zdroj]
Kompozitná kovová pena (CMF - angl. Composite metal foam) je vyrobená z dutých guľôčok jedného kovu v pevnej matrici druhého, napríklad duté oceľové guličky v hliníkovej matrici, ktorá vykazuje 5 až 6-krát väčší pomer pevnosti a hustoty a viac ako 7-krát väčšiu absorpciu energie ako iné kovové peny.[7]
Stochastické a pravidelné štruktúry[upraviť | upraviť zdroj]
Stochastické[upraviť | upraviť zdroj]
Pena sa považuje za stochastickú, keď je rozloženie pórovitosti náhodné. Väčšina pien je stochastická kvôli spôsobu napeňovania.[6]
Pravidelné[upraviť | upraviť zdroj]
Priame tvarovanie je technológia, ktorá spravidla vytvára otvorené póry. Kovové peny je možné vyrábať aj aditívnymi procesmi, ako je napríklad 3D tlač.
Výroba na Slovensku[upraviť | upraviť zdroj]
Na Slovensku technológie pre priemyselnú sériovú výrobu rôznych dielov z hliníkovej peny vyvinuli vedci pod vedením Františka Simančíka z Ústavu materiálov a mechaniky strojov SAV. Tieto technológie sú chránené svetovými patentmi.[8]
Postup výroby je nasledovný:[8]
Polotovar pre speňovanie je vyrábaný metódou práškovej metalurgie. Do hliníkového prášku sa primieša speňovadlo, následne sa tieto prášky za studena izostaticky skompaktujú a za tepla pretlačia do obdĺžnikových tyčí; napr. 5 x 20 mm.
Do formy tvaru sa vloží odhadované množstvo polotovaru. Forma sa ohreje na požadovanú teplotu pri ktorej sa polotovar napení a vyplní objem formy. Nadbytočné množstvo sa vytlačí cez výtokové otvory. Polotovar sa môže nahriať aj mimo formy v komore a následne odstreknúť do formy.
Hustota penového hliníka je 0,4 – 0,8 kg/dm3. Cena takto vyrobenej súčiastky je cca 10 Euro/dm3.
Galéria[upraviť | upraviť zdroj]
-
Analýza ohybu rúrky spevnenej kovovou penou -
Zvýšenie tuhosti vyplnením kovovou penou -
Profily s jadrom z kovovej peny
Referencie[upraviť | upraviť zdroj]
- ↑ a b Konštrukčný materiál budúcnosti [online]. quark.sk, 2019-11-24, [cit. 2021-03-15]. Dostupné online.
- ↑ Materiály podľa druhu - kovová pena [online]. Bratislava: Slovenská akadémia vied, [cit. 2021-03-15]. Dostupné online. Archivované 2021-04-24 z originálu.
- ↑ Jerz. Výroba penového hliníka práškovou metalurgiou [online]. Bratislava: Slovenská akadémia vied, [cit. 2021-03-15]. Dostupné online. Archivované 2021-05-13 z originálu.
- ↑ Metal product for obtaining rolled, molded or other articles, and processes for its manufacture. [s.l.] : [s.n.]. Dostupné online. (po anglicky)
- ↑ Process for making foamlike mass of metal. [s.l.] : [s.n.]. Dostupné online. (po anglicky)
- ↑ a b SELECKÁ, Lenka; DŽOGANOVÁ, Zdenka. PENOVÝ HLINÍK – ZÁKLAD PRE VÝROBU PROTIHLUKOVÝCH STIEN [online]. sszp.eu, [cit. 2021-03-15]. Dostupné online.
- ↑ GAITENS, Joseph. Composite Metal Foam Proves its Mettle [online]. nomaco.com, [cit. 2021-03-15]. Dostupné online. (anglicky)
- ↑ a b Kovové peny. [online]. fondstodola.sk, [cit. 2013-07-12]. Dostupné online.
Pozri aj[upraviť | upraviť zdroj]
Iné projekty[upraviť | upraviť zdroj]
Commons ponúka multimediálne súbory na tému Kovová pena
Externé odkazy[upraviť | upraviť zdroj]
- Prof. Ing. Iva Nová, CSc.; Ing. Jiří Machuta. Výrobky z hliníkové pěny [online]. Technická univerzita v Liberci, [cit. 2021-03-15]. Dostupné online. (po česky)
Zdroj[upraviť | upraviť zdroj]
Tento článok je čiastočný alebo úplný preklad článku Metal foam na anglickej Wikipédii.