Sándwich de espuma de aluminio

El sándwich de espuma de aluminio (AFS) es un producto de panel sándwich que está hecho de dos láminas metálicas densas y un núcleo de espuma metálica hecho de una aleación de aluminio. El AFS es un material estructural de ingeniería debido a su relación rigidez-masa y capacidad de absorción de energía ideal para aplicaciones como la carcasa de un tren de alta velocidad . ^[1]

En términos de unión entre las láminas frontales y el núcleo de espuma, el procesamiento de AFS se clasifica en dos formas: unión ex situ y unión in situ. ^[2]

La unión ex situ se logra pegando láminas frontales con una espuma de aluminio mediante unión adhesiva, soldadura fuerte o unión por difusión. Las espumas utilizadas en este método son de celdas cerradas o de celdas abiertas. Cuando se utiliza una espuma de celdas cerradas, se produce a partir de aleaciones de aluminio, ya sea por vía de metal líquido (por ejemplo, Alporas, ^[3] Cymat ^[4] ) o por vía de pulvimetalurgia ^[2] . El núcleo de espuma de celdas abiertas está hecho de aluminio y otros metales también. Las láminas frontales se eligen de una variedad de aleaciones de aluminio y otros metales como el acero.

En el caso de las láminas de revestimiento adheridas in situ, el núcleo es una espuma de celdas cerradas. El objetivo de la unión in situ es crear una unión metálica entre el núcleo de espuma y las láminas de revestimiento. Esto se logra de tres maneras. Se expande un precursor espumable entre dos láminas de revestimiento. Cuando la espuma líquida entra en contacto con las láminas de revestimiento sólidas, se establece una unión metálica. Esto es difícil de lograr, ya que la oxidación tanto de las láminas de revestimiento de aluminio como de la espuma impide la formación de una unión sólida. También existe el riesgo de que se derritan las láminas de revestimiento. Este procedimiento es exitoso cuando se utiliza acero como láminas de revestimiento en lugar de aluminio, mientras que el núcleo de espuma es de aluminio. ^[5]

Otra estrategia consiste en solidificar rápidamente la superficie de un metal fundido espumable antes de que pueda formar una película densa mientras el interior del metal evoluciona hacia una estructura de espuma. Este proceso produce una estructura de espuma de tipo integral. ^[6] El sándwich de espuma integral está hecho de aleaciones de aluminio (AlCu4, AlSi9Cu3) y aleaciones de magnesio (AZ91, AM60). ^{[6] [7] [8]} En este proceso, el material para el núcleo y la lámina frontal es el mismo.

La tercera forma de lograr la unión in situ consiste en la compactación de los polvos metálicos junto con las láminas frontales. Este conjunto compacto tipo sándwich pasa por varios pasos de laminado para alcanzar el espesor deseado del precursor y de la lámina frontal. Después de lo cual, este compuesto de tres capas se calienta para transformar la capa central en espuma. ^{[2] [9]} El punto de fusión del material de la lámina frontal está por encima del punto de fusión del material precursor espumable. La composición del precursor suele ser de aleaciones de Al-Si, Al-Si-Cu o Al-Si-Mg, mientras que las láminas frontales son aleaciones de aluminio de las series 3xxx, 5xxx y 6xxx.

Es posible fabricar una forma tridimensional compleja a partir de AFS adherido in situ. En el caso del segundo tipo, es decir, el moldeado de espuma integral, la geometría deseada de la pieza espumada se logra diseñando el molde dentro del cual se vierte la espuma. ^[10]

En el caso del tercer tipo, el precursor compuesto de tres capas se remodela antes de la formación de espuma. El calentamiento de dicha pieza da como resultado una pieza de espuma con forma tridimensional. ^{[2] [9]} Los paneles de AFS compuestos de tres capas también se remodelan después de la formación de espuma mediante forjado. Si un AFS está hecho de aleaciones tratables térmicamente, la resistencia se mejora aún más mediante el endurecimiento por envejecimiento . ^[2] Para unir dos piezas de AFS o para unir una pieza de AFS con una pieza metálica se emplean varias tecnologías de unión, como la soldadura láser , la soldadura TIG , la soldadura MIG , el remachado , etc. ^{[11] [12]}

• Thomas Hipke, Günther Lange, René Poss: Taschenbuch für Aluminiumschäume. Aluminium-Verlag, Düsseldorf 2007, ISBN  978-3-87017-285-5 .
• Hannelore Dittmar-Ilgen: Metalle lernen schwimmen. En: Dies.: Wie der Kork-Krümel ans Weinglas kommt. Hirzel, Stuttgart 2006, ISBN 978-3-7776-1440-3 , pág.74.