معالجة الرغوة المعدنية بالليزر

معدنيتم تصنيف الرغوة الملتصقة إلىالرغوة ذات الخلايا المفتوحة والرغوة ذات الخلايا المغلقةتتميز الرغوات ذات الخلايا المغلقة بأغشية تفصل الخلايا أو الفراغات المجاورة، بينما تتميز الرغوات ذات الخلايا المفتوحة بشبكة من الفراغات الموزعة عشوائيًا والمترابطة كما هو موضح في الشكلين (أ) و(ب) على التوالي. يُعدّ هذا التصنيف بالغ الأهمية، إذ يُميز الرغوات المعدنية حسب تطبيقاتها. تتميز الرغوات المعدنية ذات الخلايا المغلقة بصلابة عالية، وتُستخدم بشكل رئيسي في التطبيقات الهيكلية. من ناحية أخرى، تُستخدم الرغوات ذات الخلايا المفتوحة بشكل رئيسي في التطبيقات الوظيفية، مثل المبادلات الحرارية، نظرًا لمساحتها السطحية الكبيرة وبنيتها المسامية المتصلة داخليًا.

لذلك، فإن طرق المعالجة هي المسؤولة بشكل أساسي عنتخصيص الرغوة المعدنيةلتطبيقاتهم عن طريق التحديفيبناءً على بنيتها التشريحية أو توزيع مسامها. تُصنف طرق المعالجة عمومًا إلى عمليات سائلة وصلبة. تُعد معالجة السوائل الأكثر شيوعًا في الإنتاج التجاري نظرًا لمعدلات الرغوة العالية والإنتاجية العالية. تُنتج هذه العملية مسامًا في المعادن السائلة أو شبه الصلبة بإحدى طريقتين رئيسيتين: الرغوة المباشرة وغير المباشرة. يمكن تحقيق الرغوة المباشرة عن طريق إدخال غاز (هواء، نيتروجين، أو أرجون) أو عن طريق إدخال مواد ثانوية مثل TiH₂ وZrH₂ وMgH₂ وCaCO₂، إلخ، مباشرةً في مصفوفة المعدن المنصهر. في كلتا الحالتين، تتكون فقاعات على سطح المصهور، وتُحتجز وتُبرد لتكوين فجوات.

عند استخدام طريقة الرغوة غير المباشرة، لا يُرغى المعدن المنصهر مباشرةً؛ بل تُستخدم مواد أولية معينة، مثل رغاوي البوليمر أو الجسيمات غير العضوية والكرات المجوفة منخفضة الكثافة، لصب المعدن المنصهر وتحويله إلى رغوة. أما المعالجة السائلة، فتسمح بالإنتاج الضخم لـرغاوي معدنيةفي شكل صفائح، تفتقر إلى الثبات والتحكم. ونتيجةً لذلك، يصعب إنتاج أشكال شبكية قريبة من الشبكة. كما أن تنوع المواد المستخدمة في تشكيل الرغوة بهذه الطريقة محدود للغاية.

يمكن تعريف الرغوة الصلبة بأنها عملية تصنيع رغاوي معدنية تحافظ على درجة حرارة المعالجة ضمن نطاق درجة انصهار المادة الأساسية. تُحضّر الرغوات المعدنية إما بإدخال عامل النفخ مباشرةً في المعدن الصلب المخلوط (المسامية الداخلية) أو بدمج مسحوق المعدن حول قالب مؤقت مُعالَج مسبقًا مع فراغات (المسامية الخارجية). على الرغم من أن عمليات الحالة الصلبة أكثر موثوقية في التحكم، إلا أنها مكلفة. تُعدّ الصناعات التحويلية الحالية بالغة الأهمية في اختيار المنتجات من حيث قابلية التصنيع.

الرغوة المعدنيةالرغوة المعدنية نوع جديد من المواد المسامية خفيفة الوزن، تتكون من مسام أو فراغات داخل معدن صلب. عادةً ما تُنشأ هذه المسام داخل المادة الأساسية بطريقة غير منضبطة، باتباع مسارات معالجة مختلفة لتكوين بنية معدنية مسامية عشوائية للغاية. النسبة الحجمية للمسام الناتجة عالية جدًا مقارنةً بالمادة الأساسية، مما يجعلها خفيفة الوزن. بالإضافة إلى خفة وزنها، تتميز هذه المادة بمجموعة من الخصائص الهيكلية المتميزة الأخرى: نسبة عالية من القوة إلى الوزن، وإمكانية ممتازة لتخميد الاهتزازات وامتصاص الضوضاء. لدمج الرغوة المعدنية في أي صناعة، يجب دمجها بشكل وثيق مع عملية تصنيع موثوقة. تتميز المعادن الرغوية بصلابة عالية وقوة شد منخفضة، وهي عرضة للكسر تحت الحمل. لذلك، فإن عمليات التصنيع التقليدية ليست مناسبة لمعالجة الشكل العام لرغوة المعادن. ونتيجة لذلك، يُعيق انتشار استخدام الرغوة المعدنية. تعتمد طريقة المعالجة بالليزر على مصدر حرارة دقيق، وهو الليزر، لمعالجة المادة بدلاً من الحمل الميكانيكي.