复合金属泡沫(CMFs)是由中空的金属球体(由不锈钢或钛等材料制成)嵌入由钢、钛、铝或其他金属合金制成的金属基体中的泡沫。由此产生的材料既轻又非常坚固，潜在的应用范围从飞机机翼到车辆装甲和防弹衣。此外，与传统的金属和合金(如钢)相比，CMF在隔热高温方面做得更好。重量、强度和隔热的结合意味着CMF也有望用于储存和运输核材料、危险材料、爆炸物和其他热敏材料。但要实现这些应用，制造商需要将多个CMF组件焊接在一起。传统的焊接技术会熔化气泡，使CMF成为理想的选择。研究人员现在已经展示了一种叫做感应焊接的技术，这种技术依赖于电磁场，可以焊接CMFs而不损害泡沫中的气泡。下图展示了它是如何工作的。请注意，CMF是够酷的触摸与您的赤手空拳，只有几英寸的地方，从焊缝。来源:Afsaneh Rabiei，北卡罗来纳州立大学
北卡罗来纳州立大学的研究人员发现了一种新的复合材料焊接方法泡沫铝(CMF)，保持其轻，强，和隔热性能，对许多应用至关重要。
北卡罗莱纳州立大学的研究人员现在已经确定了一种焊接技术，可用于将复合金属泡沫(CMF)组件连接在一起，而不会损害CMF所需的性能。CMFs具有广泛的应用前景，因为它们包含的空气袋使它们重量轻，强度高，并且在高温下有效绝缘。
CMF的特点和挑战
CMFs是由中空的金属球体组成的泡沫——由不锈钢或钛等材料制成——嵌入由钢、钛、铝或其他金属合金制成的金属基体中。由此产生的材料既轻又非常坚固，潜在的应用范围从飞机机翼到车辆装甲和防弹衣。
此外，与传统的金属和合金(如钢)相比，CMF在隔热高温方面做得更好。重量、强度和隔热的结合意味着CMF也有望用于储存和运输核材料、危险材料、爆炸物和其他热敏材料。
然而，为了实现这些应用，制造商需要将多个CMF组件焊接在一起。这就带来了一个问题。
“传统的熔焊使用填充物连接两块金属，”Afsaneh Rabiei说，他是一篇关于这项新研究的论文的通讯作者，也是北卡罗来纳州立大学机械和航空航天工程教授。“这是有问题的，因为被熔化以融合两块CMF的金属是固体的，因此在它的任何一侧都缺乏CMF的理想性能。此外，使用直接加热熔化金属的任何类型的焊接都会导致CMF中的一些孔隙被填充，从而损害其性能。简而言之，这意味着大多数形式的传统焊接都不能很好地与金属泡沫一起工作。”
CMF焊接技术的突破
然而，研究人员现在已经确定了一种非常有效的焊接形式。它被称为感应焊接，它使用感应线圈来产生一个电磁场，加热金属进行焊接。
Rabiei说:“因为CMF只有30-35%是金属，所以电磁场能够深入到材料中，从而实现良好的焊接。”“占CMF剩余65% -70%的气穴可以使材料隔热。这允许感应焊接加热目标区域，以连接两块CMF，但防止热量从连接部位扩散出去。这有助于保持CMF的属性。
“这是向前迈出的重要一步，因为CMF的特性使其具有广泛的应用吸引力，但必须有一种焊接CMF组件的方法，而不损害使其具有吸引力的特性。”
这篇题为《多孔金属和金属泡沫的焊接研究》的论文最近发表在《先进工程材料》杂志上。
参考:《多孔金属和金属泡沫的焊接研究》，作者:Afsaneh Rabiei, John Cance和Zubin Chacko, 2023年11月16日，《先进工程材料》。DOI: 10.1002 / adem.202301430
这篇论文是由北卡罗来纳州立大学的博士生John Cance和Zubin Chacko共同撰写的。这项工作是在美国运输部管道和危险材料安全管理局的支持下完成的，资助号为PH957-20-0075。
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