کاربردهای فومهای فلزی

كاربردهاي فوم هاي فلزي
فومهاي فلزي کاربردهاي مختلفي در صنايع دارند و اين کاربردها به تناسب افزايش و ابداع روشهاي توليد جديد اين مواد، در حال افزايش هستند.
حمل و نقل زميني و ريلي
آنچه كه در سيستم حمل و نقل زميني مهم است، آلودگي هوا و مسئله ايمني مي‌باشد. استفاده از فومهاي آلومينيومي، باعث آسان شدن ساخت بدنه اتومبيل¬ها و قطارها شد‌ه است واين امر هزينه توليد را به مقدار موثري كاهش داده است. از طرفي وزن اين وسايل نيز كاهش يافته و در نتيجه مصرف سوخت و انرژي كم شده و مسئله آلودگي محيط زيست نيز تا حدي مرتفع مي‌شود. فوم¬هاي آلومينومي به كار رفته در قطعات و بدنه اتومبيلها و قطارها نسبت به قطعات توليد شده فولادي به اندازه 10 برابر محكم‌تر بوده و استحکام بيشتري دارند و از طرفي به اندازه 50 درصد نيز سبك‌تر مي باشند. امروزه مي‌توان 20 درصد بدنه اتومبيل را با استفاده از فوم¬هاي آلومينيومي تهيه كرد كه در اين راستا 60 كيلوگرم از وزن اتومبيل كاهش يافته و در نتيجه ميزان مصرف سوخت نيز كاهش مي‌يابد، به طوري كه مي‌توان گفت به ازاي هر گالن بنزين حدود 6/2 مايل مسافت بيشتري را مي‌توان پيمود.
مسئله قابل توجه ديگري كه در سيستم حمل و نقل زميني مطرح مي‌باشد مسئله ايمني است. فوم¬هاي فلزي به علت قابليت جذب انرژي مكانيكي در تمام جهات، هنگام تصادف و برخورد با موانع به راحتي تغيير شكل داده و فشرده مي‌شوند. از طرفي چون حركت ارتجاعي اين فوم‌ها بسيار محدود و کم مي ‌باشد، در حين اعمال ضربه، از حركت و برگشت فوم به جاي اول خود و همچنين از شتاب دادن وسيله نقليه در جهات ديگر (جهت خلاف اعمال ضربه) و نيز حركت شلاقي مانند آن جلوگيري مي‌شود. همچنين فوم¬هاي فلزي در اثر ضربه‌هاي شديد و سريع خواص خود را به طور محسوس و زياد از دست نمي‌دهند و در نتيجه مقاومت بيشتري نسبت به ساير مواد دارا مي‌باشند.
يكي ديگر از مزيت‌هاي فوم¬هاي فلزي عايق بودن آنها در برابر صدا است. با استفاده از اين فوم¬ها كه در ساخت بدنه، موتور، كاپوت و قسمتهاي مياني بين موتور و اتاق به كار مي‌رود، مي‌توان از آلودگي صوتي كه توسط موتور ايجاد مي‌شود جلوگيري نمود. اين فوم¬ها همان‌طور كه گفته خواهد شد به علت ساختار حفره‌اي خود، صداي موتور اتومبيل را جذب كرده و از ورود آن به اتاق و محل نشستن سرنشينان جلوگيري مي‌كنند.
حمل و نقل دريايي
فوم¬هاي آلومينيومي به علت كاهش بسيار زياد وزن و از طرفي افزايش مقاومت در برابر خوردگي و همچنين قابليت جوشكاري و شكل‌پذيري مناسب براي سا خت قسمت¬هاي مختلف كشتي¬ها و ديگر وسايل نقليه دريايي مورد استفاده قرار گرفته اند.
سازه هاي ساندويچي نسبت به ديگر سازه‌هاي فلزي، بيش از پنجاه درصد در وزن و حجم سازه صرفه‌جويي مي‌كنند. به كارگيري فوم هاي فلزي، آلودگي صوتي را تا 20 درصد كاهش مي‌دهد. علاوه بر اين، ميزان استحكام، مقاومت در برابر آتش‌سوزي و خوردگي افزايش مي‌يابد. خصوصيات منحصر به فرد سازه هاي ساندويچي ، باعث شده كه نيروي دريايي آمريكا از سال 1987 مطالعه خود را براي ساخت سازه هاي ساندويچي فولادي با هسته‌هاي فومي و جوشكاري شده با ليزر، شروع كرده و از آنها براي ساخت قسمتهاي مختلف كشتي استفاده نمايد.
از ديگر مصارف فوم هاي فلزي در صنايع دريايي ساخت ديواره و بدنه سازه كشتي و به خصوص سكوهاي موج‌گيري مي باشد. موج¬هاي عظيم و پرقدرت هنگامي كه وارد ساختار متخلخل اين فوم¬ها مي ‌شوند، در اثر برخورد با ديواره سلول¬ها و ايجاد اصطكاك از سرعت و شدتشان كاسته شده و از آسيب رساندن به كشتي‌ها و حتي اسكله‌ها جلوگيري مي‌كنند.
حمل و نقل هوايي
در بخش حمل و نقل هوايي نيز مانند بخش حمل و نقل دريايي و زميني، كاهش وزن بسيار مهم است. به طوري كه مي‌توان گفت اين امر از اصلي‌ترين اهداف طراحان هواپيما باشد. با استفاده از فوم¬هاي آلومينومي علاوه بر دسترسي به استحكام لازم، كاهش وزن و در نتيجه كاهش ميزان مصرف سوخت نيز حاصل مي‌شود. با كاهش مصرف سوخت از طرفي هزينه استفاده از هواپيما كاهش يافته و جاذبه آن بيشتر مي‌شود، به طوري كه مسافر، كالا و مرسولات پستي بيشتري براي جا به جايي به‌ آن مراجعه مي‌كنند و از طرف ديگر ميزان آلودگي محيط زيست كم مي‌شود.
امروزه، استفاده از ورق¬هاي فوم آلومينيومي و يا تختال¬هاي فومي به جاي ساختارهاي لانه زنبوري در ساخت بدنه هواپيما باعث شده كه هزينه ساخت بدنه كاهش يافته و از طرفي استحكام سازه به خصوص مقاومت خزشي آن به شدت افزايش پيدا كند.
كاربرد در صنايع ساختماني
فومهاي فلزي اغلب براي ساخت عايقهاي صوتي در ساختمان¬ها استفاده مي‌شوند. استفاده از اين فوم¬ها علاوه بر استحكام، باعث سبكي ساختمان نيز مي‌شود. همچنين فوم¬هاي فلزي در برابر آتش‌سوزي مقاوم بوده و گازهاي سمي خطر ناك نيز توليد نمي‌كنند.
كاربرد به عنوان سازه هاي ساندويچي
ساندويچ پنل يك سازه يا ساختار چند ماده اي است. اين سازه شامل دو صفحه بوده كه يك هسته مركزي را احاطه كرده اند و اصطلاحاً به صورت ساندويچ در آمده است.
مهمترين ويژگي هاي ساندويچ پنل‌ها كه باعث شده به شدت مورد توجه قرار گيرند عبارتند است از:
وزن كم، استحكام، سفتي و سختي بالا، خواص حرارتي مناسب براي عايق¬هاي حرارتي، قابليت جذب امواج صوتي، قابليت جذب امواج الكترومغناطيس، خاصيت جذب انرژي و...
سازه هاي ساندويچي که به وسيله هسته‌هايي از فوم¬هاي فلزي پر شده‌اند، براي ساخت بدنه اتومبيل‌ها، وسايل نقليه ريلي و كشتي‌ها كاربرد فراواني دارند.
صنعت هوافضا
کاربرد فوم¬هاي فلزي کم وزن در صنعت هوا فضا شبيه به بخش اتومبيل مي باشد. در هواپيماها جانشين کردن ساختارهاي لانه زنبوري گران بوسيله ورقه¬هاي آلومينيومي فومي يا تختال¬هاي فومي مي تواند منجر به کاهش مطلوب قيمت شود. از يک طرف، مقاومت خزشي بهتر مي شود و از طرف ديگر، مزيت مهم اين فوم¬ها در ايزوتروپي خواص مکانيکي آن ها مي باشد.

در کاربردهاي فضايي استفاده از فوم¬هاي بسيار فعال اما خيلي کم وزن مثل Li و Mg در نظر گرفته شده است. اين آلياژها، معمولاً بخاطر فعل و انفعالات بالايي که دارند، قابل استفاده نيستند ولي مي توانند در شرايط خلأ مفيد باشند.
صنعت بيو دارويي
آلياژهاي تيتانيوم يا كبالت–كروم بخاطر بيوسازگاريشان در ساخت دندان¬هاي مصنوعي يا اعضاي مصنوعي استفاده مي شوند. معمولاً براي چنين كاربردهايي ماده اي كه مي توان استفاده كرد تيتانيوم متخلخل يا فوم تيتانيومي مي باشد. هيچ اتفاق نظري وجود ندارد كه اعضاي مصنوعي چگونه بايد طراحي شوند تا ماكزيمم پايداري و تابعيت از عضو مورد نظر وجود داشته باشد.
بطور مثال بر طبق يك نظر، مدول دندان¬هاي مصنوعي بايد با مدول استخوان فك تطابق داشته باشد. همچنين دانستن ارتباط بين مدول و دانسيته فوم¬هاي فلزي يكي از راه¬هايي است كه ساخت اعضاي مصنوعي را با مدول¬هاي سازگار و اطمينان از بيوسازگاري و انگيزش استخوان در رشد در داخل تخلخل باز، آسانتر مي كند.

فيلترها و جداكننده¬ها
دو نوع فيلتر وجود دارد : فيلترهاي نگهدارنده و جداكننده ذرات جامد يا رسوبات موجود در مايع و فيلترهاي نگه دارنده و جداكننده ذرات جامد يا مايع موجود در يك گاز(دود يا مه).
مثالهايي از نوع اول فيلترهايي هستند كه براي تميز كردن مذاب¬هاي پليمري، براي جداكردن مخمر از آبجو، يا براي پالايش نفت استفاده مي شوند. نوع دوم فيلترها شامل فيلتر كردن دودهاي ديزلي يا آبگيري در خطوط هوايي مي باشد. مهمترين خواص فيلترها فومي عبارتند از:
جداسازي مناسب ذرات، نگهداري خوب ذرات، قابليت تميزكاري، خواص مكانيكي، مقاومت خوردگي، قابليت بازيافت و هزينه توليد مناسب و اقتصادي.
مبدل هاي حرارتي و سردكن¬ها
بسياري از فوم¬هاي رساناي مسي يا آلومينيومي مي توانند بعنوان مبادله كننده هاي حرارتي استفاده شوند. در اين مورد، ساختارهاي با تخلخل باز نياز مي باشند. حرارت مي تواند در فوم جابه¬جا شده و به گازها يا مايع¬هايي اضافه شود و فوم را همزمان گرم يا سرد كند. در تخلخل¬هاي باز، فشار درون حفره ها كمترين مي شود. يك مثال از چنين كاربردهايي سينك هاي حرارتي فشرده براي سرد كردن ابزار آلات ميكروالكترونيك مثل چيپ هاي كامپيوتري يا Power وسايل الكترونيكي مي باشد.
فوم¬هاي فلزي در صورتي كه طوري انتخاب شوند كه هدايت حرارتيشان تا حد ممكن بالا باشد و مقاومت شاري بدست آمده آنها تا حد ممكن كم باشد، مي توانند در اين مورد بهتر عمل نمايند. اين دو نياز داراي تناقض مي باشند، بنابراين بايد يك حد تعادل براي آنها در نظر گرفت.
زمينه كاربردي ديگر براي مواد با تخلخل باز نشر سرمايي مي باشد. مساحت سطح زياد، مقاومت شاري كم و هدايت حرارتي خوب موجب ايجاد شرايط ايده آل براي رسيدن به چنين اهدافي مي شود.
كاتاليست¬ها
موثر بودن كاتاليزورها به¬طور عمده به سطح مشترك زياد بين كاتاليزور و گازها يا مايعات تحت واكنش بستگي دارد. بنابراين، كاتاليزور يا به¬صورت ساختار با تخلخل زياد استفاده مي شود يا اگر اين امكان وجود نداشته باشد، در يك سيستم متخلخل مثل يك ماده سراميكي متخلخل استفاده مي¬شود.
از آنجاييكه فلزات حفره دار داراي داكتيليته بالا و هدايت حرارتي خوبي هستند، مي توانند جايگزين اين سراميك¬ها شوند. يك استفاده كاربردي از اين فوم¬ها، عبارتست از آماده سازي يك ورقه نازك فوم فلزي كه در مقابل خوردگي مقاوم باشد و سپس پركردن اين فوم با يك ماده كاتاليزور، به¬وسيله نورد و در نهايت عمليات حرارتي در دماي حدود 288 درجه سانتيگراد. كاتاليزور بدست آمده داراي خواص مكانيكي خوب، يكپارچه و بي عيب مي باشد. حتي بعد از تعداد زيادي سيكل دمايي، كاتاليزور از فوم فلزي خارج نخواهد شد. يك كاربرد ديگر براي چنين كاتاليزورهايي، جداكردن اكسيدهاي نيتروژن از دوده اگزوز كارخانجات مي باشد.
ذخيره و انتقال مايعات
يكي از قديمي¬ترين كاربردهاي مواد متخلخل متالورژي پودر، خود روا¬نسازها مي باشند كه روغن در روزنه هاي بين ذرات ذخيره شده و كم كم خارج مي شود، كه اين مورد جايگزين استفاده از روغن شده است. اين كاربرد محدود به روغن نمي شود مثلاً آب مي تواند ذخيره شده و كم كم براي كنترل رطوبت بصورت اتوماتيك آزاد شود يا عطر مي تواند ذخيره شده و كم كم بخار شود و يا مي توان از غلطك هاي متخلخل استفاده كرد تا آب يا چسب بر روي سطحشان پخش شود. انتقال مايع مي تواند بوسيله واكنش مويينگي به تنهايي و يا با فشار اضافي مثلاً در غلطك ها صورت گيرد. در نهايت، ساختارهاي فلزي خيلي باز مي توانند براي ذخيره مايعات در دماي ثابت و در شرايطي كه نياز به سرمازايي است، استفاده شوند.
علاوه بر اين، فوم مي تواند حركات ناخواسته مايع درون تانكر يا ظرف را كاهش دهد (ضد تلاطم).
صداخفه¬كن¬ها
اجزايي كه براي كاستن صداي حاصل از پالس¬هاي فشاري و ارتعاشات مكانيكي بكار مي روند نيز جزء كاربردهاي صنعتي قطعات متالورژي پودر مي باشند. مواد متخلخل بادرصد تخلخل خاص مي توانند براي كاهش برخي فركانس¬هاي انتخاب شده به¬كار روند. تغييرات ناگهاني فشار كه در كمپرسورها يا ديگر ابزارآلات رخ مي دهد را مي توان با عناصر و اجزاء زينتر شده متخلخل كاهش داد.
الكترودهاي باتري
فوم¬هاي سربي مي توانند بعنوان ساپورت¬هايي براي مواد اکتيو در اسيد سرب باتري¬ها جايگزين پايه¬هاي سربي متداول شده و بنابراين موجب ساخت الکترودهاي بسيار سبک خواهند شد. يک ماده فعال از لحاظ الکتروشيميايي مانند يک چسب شامل پودرهاي اکسيد سرب بسيار ريز، مي تواند در داخل حفرات باز يک فوم سربي پر شود که با الکتروليت (اسيد سولفوريک) در تماس خواهد بود. فوم سربي بعنوان يک شبکه رساناي قوي عمل کرده و منجر به کاهش مقاوت داخلي باتري خواهد شد.
مواد متخلخل با مساحت سطح بالايشان در سلولهاي سوختي استفاده مي شوند.
گيراندازهاي شعله
فلزات متخلخل با هدايت حرارتي بالاي ماده ديواره سلول، مي توانند براي متوقف کردن شعله در گازهاي قابل احتراق استفاده شوند. برخي از فوم¬هاي با تخلخل باز، قابليت گيراندازي شعله را حتي زماني که شعله در سرعتهاي بالاي m/s 550 حرکت مي کند، دارا مي باشند. در عمل لوله¬هاي حامل گازهاي قابل احتراق، از منابع احتراق دور نگه داشته شده و محافظت مي شوند، ولي در صورتي که احتراق رخ دهد، شعله نمي تواند به سرعت افزايش يابد.
كاربردهاي الكتروشيميايي
فوم¬هاي نيکلي مي توانند به عنوان مواد الکترود در راکتورهاي الکتروشيميايي استفاده شوند. در الکترودهاي فيلترپرس يک توده صفحات فلزي ايزوله شده استفاده مي گردد. صفحات با يک مش پلاستيک متغير افزايشي مجزا مي شوند. اگر اين مش¬ها با ورقه هاي نيکل حفره دار با کانال¬هاي باز جايگزين شوند، افزايش سطح خواهيم داشت در حالي که تغييرات افزايشي نيز نگه داشته مي شود و راکتورها مي توانند در اين روش بسيار فشرده تر ساخته شوند.
تصفيه آب
مواد فلزي حفره دار مي توانند براي کاهش غلظت يون¬هاي حل شده ناخواسته در آب استفاده شوند. در اين کاربرد، جريان آب از ميان يک فلز حفره دار با تخلخل بالا با ساختار باز عبور مي کند. يون¬ها با زمينه فلزي ساختار حفره دار واکنش مي دهند و از آب جدا مي گردند.
كنترل آگوستيكي
يک وسيله جهت کنترل موج صوتي زماني توليد مي شود که داراي يک قسمت شکل يافته به¬صورت منشور از جنس ماده اي با سلول باز صلب يا فوم فلزي باشد. موج¬هاي ثانوي توسط اين منشور هدايت شده و بوسيله اين وسيله آگوستيکي در جهت مناسب هدايت مي شوند. علاوه ¬بر اين، کاربرد فوم¬هاي با تخلخل بسته به¬خاطر مناسب بودنشان از لحاظ مقاومت ظاهري در آداپتورها و براي منابع فراصوتي مورد مطالعه قرار گرفته است.
كاربرد فوم هاي فلزي در دكوراسيون
از زماني که فوم¬هاي فلزي شناخته شده اند، اين مواد جديد، تخيل و خلاقيت طراحان و هنرمندان را برانگيخته اند. اولين مورد کاربرد هنري يا دکوراسيوني، در اثر ظاهر متمايز اين مواد در مقايسه با مواد معمولي، ايجاد شده است. فوم¬هاي بر پايه طلا يا نقره داراي پتانسيل لازم براي جواهر سازي، با ظاهري متفاوت و حجمي بالا و وزني کم مي باشند. فومهاي آلومينيومي براي ساخت مبلمان، ساعت، لامپ و غيره استفاده مي شوند. اگر صندلي ها يا ميزها با فوم آلومينيومي ساخته شوند خواص مکانيکي از اهميت بالايي برخوردار خواهد بود. در صورتي که براي بسياري کاربردهاي ديگر خواص فيزيکي و مکانيکي طبيعي اهميت کمتري دارند.
سيستم هاي بلندگو از فومهاي آلومينيومي ساخته مي شوند. فوم نه تنها داراي چقرمگي خوبي است، همچنين ظاهر متخلخل و حجم بالاي آن بسيار جذاب¬تر از مواد متداول مي باشد. براي يک محقق در زمينه مواد، چنين کاربردهايي ممکن است زياد مهم نباشد زيرا آنها کمتر بر اساس اين حقيقت که ماده داراي ظاهري زيبا مي¬باشد نگاه مي کنند. با اين وجود، قيمت مواد براي کاربردهاي طراحي زياد مهم نيست، اين موضوع مي تواند يک مورد خوب براي پايه گذاري روشهاي ساخت جديد باشد.
كاربرد به عنوان عايق صوتي
با توجه به خاصيت خوب امواج صوتي در فوم هاي فلزي، از آنها مي‌توان براي ساخت عايق‌هاي صوتي در بيمارستان‌ها، ساختمان¬هاي مسكوني، سالن¬ها¬ي سينما و تئاتر، سالن¬هاي محل برگزاري كنسرت‌هاي موسيقي و ... استفاده كرد.
مصرف ديگر فوم¬هاي فلزي ساخت بستر پل‌ها، اتوبان¬هاي هوايي و نيز ريل‌هاي ترن¬هاي هوايي است.