Yeni araştırmalar, kompozit metal köpüğün (CMF) yüksek sıcaklıklarda inanılmaz derecede dayanıklı olduğunu, 400°C ve 600°C sıcaklıklarda bile tekrarlanan ağır yüklere dayanabildiğini gösteriyor. Malzemenin yüksek mukavemet-ağırlık oranıyla birlikte bu bulgu, CMF’nin otomobil motorlarından havacılık bileşenlerine ve nükleer enerji teknolojilerine kadar çeşitli uygulamalarda kullanılabileceğini gösteriyor.
Çalışmayla ilgili bir makalenin ilgili yazarı ve Kuzey Carolina Eyalet Üniversitesi’nde makine ve havacılık mühendisliği profesörü olan Afsaneh Rabiei, “CMF’nin onu geniş bir uygulama yelpazesi için çekici kılan birçok çekici özelliği var” diyor. “Ancak bir malzemeyi motorlarda, uçak parçalarında veya tekrarlanan yükleme ve yüksek sıcaklıkların söz konusu olduğu herhangi bir uygulamada kullanmak istiyorsanız malzemenin nasıl performans göstereceğini bilmeniz gerekir.
“Bu, herhangi bir uygulama için önemlidir, ancak özellikle jet motoru kanatları, kanalları ve egzoz kapakları; türbin kanatları; hipersonik araç gövdeleri ve kanatların sıcak arka kenarları; gaz ve buhar türbinleri; otomobil fren sistemi bileşenleri ve içten yanmalı motor parçaları; nükleer reaktör yakıt kaplaması ve aşırı ısı ve yük koşulları altında hizmet veren daha birçok yapı gibi ekipman arızasının kamu sağlığını ve güvenliğini etkileyebileceği durumlarda.”
CMF’ler, metalik bir matris içine gömülmüş paslanmaz çelik, nikel veya diğer metaller ve alaşımlardan yapılmış içi boş kürelerden oluşan köpüklerdir. Ortaya çıkan malzeme hem hafif hem de basınç kuvvetlerini absorbe etme konusunda oldukça güçlü olup, uçak kanatlarından araç zırhına ve vücut zırhına kadar çeşitli potansiyel uygulamalara sahiptir.
Ayrıca CMF, yüksek ısıya karşı yalıtım konusunda çelik gibi geleneksel metal ve alaşımlara göre daha iyidir. Hafiflik, dayanıklılık ve ısı yalıtımının birleşimi, CMF’nin aynı zamanda nükleer maddelerin, tehlikeli maddelerin, patlayıcıların ve diğer ısıya duyarlı malzemelerin depolanması ve taşınmasında da kullanım için umut vaat ettiği anlamına gelir.
CMF’nin yüksek sıcaklıklarda tekrarlanan stres altında nasıl performans göstereceğini görmek için araştırmacılar, malzemeleri ve yapıları aşırı koşullar altında test etmek için tasarlanan NC Eyaletinin Yapılandırılmış Tesisler Laboratuvarı ile çalıştı.
Bu çalışma için araştırmacılar, çelik bir matris içerisinde çelik kürelerden oluşan CMF’ler ile çalıştı. CMF numuneleri 23°C (73°F), 400°C (752°F) ve 600°C (1.112°F) sıcaklıklara maruz bırakılırken tekrarlanan bir yükleme döngüsüne tabi tutuldu.
400°C’de CMF, araştırmacılar zaman kısıtlamaları nedeniyle testi durdurmadan önce 1,3 milyondan fazla döngü boyunca 6 ila 60 megapaskal (veya inç kare başına 870 ila 8.702 birim pound-kuvvet) arasında değişen bir yükleme döngüsüne hatasız olarak dayandı.
600°C’de CMF, araştırmacılar zaman kısıtlamaları nedeniyle testi durdurmadan önce 1,2 milyondan fazla döngü boyunca 4,6 ila 46 megapaskal (veya inç kare başına 667 ila 6,671 birim pound-kuvvet) arasında değişen bir yükleme döngüsüne hatasız olarak dayandı.
Rabiei, “Sıkıştırma-basınç yorulma ayarında, sıcaklık oda sıcaklığından 400°C ve 600°C’ye yükseldikçe katı paslanmaz çeliğin yorulma ömrünün önemli ölçüde azaldığını bildiğimizde, bu sonuçlar dikkate değerdi” diyor. “Bulgularımız, çelik-çelik CMF’nin yorulma ömrünün azalmadığını ve bu hafif malzemenin, yüksek sıcaklıktaki döngüsel yüklemenin olduğu aşırı ortamda son derece iyi performans gösterdiğini gösteriyor.
“Bu keşif heyecan verici ve CMF’nin potansiyel uygulamalarını keşfetmek isteyen endüstri ortaklarıyla çalışmaya açığız. Bu çalışma, tehlikeli maddelerin taşınmasıyla ilgili güvenliği ve verimliliği artırmak için kullanılabilecek bir malzeme geliştirmek amacıyla yapıldı; dolayısıyla bu potansiyel bir uygulamadır. Ancak bu bulgular aynı zamanda ekipmanın yüksek yüklere ve yüksek sıcaklıklara maruz kalabileceği herhangi bir uygulamayla da ilgilidir.”
“Yüksek Sıcaklıklarda Döngüsel Yükleme Altında Kompozit Metal Köpüklerin Performansı” başlıklı makale, açık erişimde yayınlandı. Malzeme Bilimi Dergisi. Makalenin ilk yazarı yakın zamanda doktora yapmış olan Zubin Chacko’dur. NC Eyaletinden mezun. Makalenin ortak yazarı, NC Eyaletinde araştırma profesörü ve Yapılandırılmış Tesisler Laboratuvarı yöneticisi Gregory Lucier’dir.
