Un grupo de procesos de creación de espuma comienza a partir del metal fundido, que se procesa directamente en un material poroso por la formación de espuma, mediante el uso de un método indirecto a través de una espuma de polímero, o mediante la colada del metal líquido alrededor de materiales sólidos de relleno, que reservan el espacio para los poros o que permanecen en la espuma.
Formación de espuma directa de masas fundidas.
Las masas metálicas fundidas se pueden espumar directamente bajo ciertas circunstancias mediante la inyección de gases en el líquido. Normalmente las burbujas de gas que se forman en la masa metálica fundida tenderán a subir rápidamente a su superficie debido a las altas fuerzas de flotabilidad en el líquido de alta densidad, pero esto se puede impedir a través del aumento de la viscosidad del metal fundido. Esto puede hacerse mediante la adición de polvos cerámicos finos o elementos de aleación forman partículas en la masa fundida.
Se realizaron numerosos intentos de crear espuma de metales líquidos en los años 1960 y 1970, pero al parecer los procesos inventados en ese entonces no pudieron ser suficientemente optimizados como para producir espumas de una calidad y costo satisfactorios. Sin embargo, en la década de 1990 han tenido lugar una serie de nuevos acontecimientos y actualmente están disponibles mejores vías de producción de espumas de metales líquidos.
Actualmente, hay dos métodos para la formación de espuma directamente a partir de masas fundidas metálicas. Una de ellas es explotado por CyMAT (originalmente por Alcan) en Canadá e Hydro Aluminum en Noruega para la formación de espuma de aluminio y aleaciones de aluminio.
En este método se utilizan partículas de carburo de silicio, óxido de aluminio u óxido de magnesio para mejorar la viscosidad de la masa fundida. El primer paso consiste en realizar una masa fundida de aluminio y la adición de 5-15% de partículas de una de estas sustancias.
Los principales problemas de este proceso se parecen a los encontrados en la producción de materiales compuestos de matriz metálica (MMC) convencionales, a saber, la humectación de las partículas de la masa fundida y lograr una distribución homogénea de las partículas de refuerzo.
La masa fundida de compuestos de matriz metálica líquida se espuma mediante la inyección de gases (aire, nitrógeno, argón) con impulsores giratorios especialmente diseñados que producen burbujas de gas muy finas y se distribuyen homogéneamente en la masa fundida. La espuma resultante flota a la superficie de la masa fundida donde se la puede sacar, por ejemplo, mediante una cinta transportadora. Se debe tener cuidado de no dañar la estructura de la espuma por cizallamiento excesivo de la espuma semisólida. El material resultante puede, en principio, ser tan largo como se desee, tan ancho como el recipiente que contiene la masa fundida, y típicamente de 10 cm de espesor.
El material espumado se utiliza en su estado bruto de colada con una superficie exterior cerrada o se corta en la forma deseada después de la espumación. Debido al alto contenido de partículas cerámicas, el mecanizado de espumas de compuesto de matriz metálica podría ser problemático. La ventaja del proceso es la capacidad de producir grandes volúmenes a un costo relativamente bajo, y la baja densidad que se puede lograr. Las porosidades van del 80 a 97%. Una posible desventaja es la eventual necesidad de cortar la espuma, abriendo de este modo las células. También lo es la fragilidad debido a las partículas de refuerzo en las paredes celulares. Se han llevado a cabo intentos de hacer piezas moldeadas por colada de la espuma semilíquida en moldes o dando forma a la espuma emergente con rollos. Las espumas de compuestos de matriz metálica son probablemente las espumas metálicas más baratas.
En un segundo método de formación de espuma directa de masas fundidas consiste en añadir un agente espumante a la masa fundida. El agente espumante se descompone bajo la influencia del calor y libera el gas de formación de espuma. En el proceso comercial en pequeña escala que opera Shinko Wire en Japón, se utiliza calcio para aumentar la viscosidad de la masa fundida, presumiblemente mediante la formación de una fase intermetálica Al4Ca, y el hidruro de titanio TiH2, añadido mediante el uso de un impulsor giratorio, sirve como el agente espumante, liberando gas de hidrógeno durante la calefacción. El aluminio espumado se produce en lotes de aproximadamente 2000 × 1000 × 600 mm por formación de espuma y solidificación en un molde cerrado. Las densidades típicas van desde 0,25 hasta 0,33 g / cm3. Los bloques se cortan en láminas del grosor requerido (por ejemplo, 5 - 250 mm), el espesor estándar es de 10 mm. La estructura porosa del material, conocido como ALPORAS, es bastante uniforme. El material es según se informa más caro que las espumas de compuestos de matriz metálica que vimos anteriormente.
Solidificación eutéctica sólido - gas (Gasars).
Un método desarrollado en Ucrania, aprovecha el hecho de que algunos metales líquidos forman un sistema eutéctico con gas hidrógeno. Es decir una mezcla de los dos componentes con punto de fusión solidificación mínimo, inferior al correspondiente a la de los compuestos en estado puro. La disolución de hidrógeno en estos metales a alta presión (típicamente 50 bar) da una masa fundida exenta de poros en la que el hidrógeno se disuelve completamente. La reducción de la temperatura y la presión hace que la masa fundida pase a través de la región de dos fases. Por debajo de la temperatura eutéctica, se alcanza un campo de dos fases que correspondiente al sólido más gas.
Si los parámetros del proceso (tasa de enfriamiento y perfil de presión) se eligen adecuadamente, el gas se acumula en forma de finas burbujas de gas en el sólido, formando así una espuma. La posibilidad de solidificar el líquido direccionalmente ofrece la ventaja de hacer espumas con los poros alargados. Si el recipiente de colada es cilíndrico, se pueden hacer poros radiales y axiales. Las porosidades máximas que se pueden lograr mediante este proceso no son muy altas (5-75%), pero se pueden espumar metales con puntos de moderado a alto punto de fusión tales como el cobre y el níquel. La estructura de poro de tales espumas, conocidas como gasars, es algo problemática, de modo que se deben esperar mejoras adicionales.
Fundición a la cera perdida
Las espumas metálicas también pueden ser fabricados sin formación directa de espuma en el metal partiendo de una espuma de polímero. La espuma de polímero se convierte en una estructura con poros abiertos mediante la manipulación del proceso de formación de espuma o por una reticulación (tratamiento termofísico de choque para eliminar membranas residuales). La espuma se llena entonces con una suspensión de material resistente al calor, por ejemplo, una mezcla de mullita, resina fenólica, y carbonato de calcio. Después del secado, se retira el polímero (por ejemplo, por calentamiento) y el metal fundido se cuela en los huecos abiertos resultantes que reproducen exactamente la estructura de espuma original. Después de retirar el material del molde (por ejemplo, con agua a alta presión), se obtiene una espuma metálica que es una imagen exacta de la espuma de polímero inicial.
Un ejemplo de tal espuma es la que ERG vende en California por bajo el nombre comercial Duocel. Están disponibles varios grados que van desde 2,5 hasta 16 poros por centímetro. Pueden ser fabricadas piezas de formas complejas por el preformado de la espuma de polímero. Según los informes los precios son altos. Por lo general se utilizan las aleaciones de aluminio, pero otros metales también pueden ser procesados. Las densidades y morfologías de la espuma están determinadas por la espuma de polímero. Las porosidades típicamente varían del 80 a 97%.
Espumas sintácticas con Materiales de relleno.
Metales porosos ligeros pueden ser producidas por la fundición alrededor de gránulos inorgánicos o esferas huecas de baja densidad o por la infiltración de tales materiales en una masa fundida líquida. Se pueden utilizar gránulos expandidos arcilla, esferas de vidrio celular o esferas de óxido de aluminio huecos. Los gránulos se introducen entonces en la masa fundida, o la masa fundida se vierte sobre el material de relleno a granel. La capacidad de calor y conductividad de los gránulos es muy baja y por lo tanto no perturban demasiado el flujo del metal. Debido a la alta tensión superficial del metal líquido, la humectación de los gránulos es un problema, y en general los intersticios entre los gránulos no se llenarán por completo. La aplicación de un ligero vacío o presión externa facilita la infiltración de manera significativa. Después de la solidificación de la masa fundida, el material de carga opcionalmente puede eliminarse, por ejemplo, mediante calefacción. Una amplia gama de metales pueden ser procesados de esta manera, incluyendo aluminio, magnesio, zinc, plomo y estaño. Se puede fabricar partes de una forma predefinida mediante el diseño de un molde con la geometría apropiada. También se han hecho paneles sándwich.