Les mousses métalliques composites (CMF) sont des mousses constituées de sphères métalliques creuses – constituées de matériaux tels que l’acier inoxydable ou le titane – noyées dans une matrice métallique en acier, titane, aluminium ou d’autres alliages métalliques. Le matériau obtenu est à la fois léger et remarquablement résistant, avec des applications potentielles allant des ailes d’avion aux blindages de véhicules et aux gilets pare-balles. De plus, le CMF isole mieux des températures élevées que les métaux et alliages conventionnels, tels que l’acier. La combinaison du poids, de la résistance et de l’isolation thermique signifie que le CMF est également prometteur pour une utilisation dans le stockage et le transport de matières nucléaires, de matières dangereuses, d’explosifs et d’autres matières sensibles à la chaleur. Mais pour réaliser bon nombre de ces applications, les fabricants devraient souder plusieurs composants CMF ensemble. Et les techniques de soudage traditionnelles font fondre les bulles qui rendent le CMF désirable. Les chercheurs ont maintenant montré qu’une technique appelée soudage par induction, qui repose sur des champs électromagnétiques, peut souder les CMF sans altérer les bulles dans la mousse. Cette illustration montre comment cela fonctionne. Notez que le CMF est suffisamment froid pour être touché à main nue, à seulement quelques centimètres du site de la soudure. Crédit : Afsaneh Rabiei, Université d’État de Caroline du Nord
Université d’État de Caroline du Nord des chercheurs ont découvert une nouvelle méthode de soudage de la mousse métallique composite (CMF), préservant ses propriétés légères, résistantes et thermiquement isolantes, essentielles pour de nombreuses applications.
Des chercheurs de l’Université d’État de Caroline du Nord ont maintenant identifié une technique de soudage qui peut être utilisée pour assembler des composants en mousse métallique composite (CMF) sans altérer les propriétés qui rendent le CMF souhaitable. Les CMF sont prometteurs pour un large éventail d’applications car les poches d’air qu’ils contiennent les rendent légers, solides et efficaces pour isoler des températures élevées.
Caractéristiques et défis du CMF
Les CMF sont des mousses constituées de sphères métalliques creuses – constituées de matériaux tels que l’acier inoxydable ou le titane – noyées dans une matrice métallique en acier, titane, aluminium ou autres alliages métalliques. Le matériau obtenu est à la fois léger et remarquablement résistant, avec des applications potentielles allant des ailes d’avion aux blindages de véhicules et aux gilets pare-balles.
De plus, le CMF isole mieux des températures élevées que les métaux et alliages conventionnels, tels que l’acier. La combinaison du poids, de la résistance et de l’isolation thermique signifie que le CMF est également prometteur pour une utilisation dans le stockage et le transport de matières nucléaires, de matières dangereuses, d’explosifs et d’autres matières sensibles à la chaleur.
Cependant, pour réaliser bon nombre de ces applications, les fabricants devraient souder plusieurs composants CMF ensemble. Et cela a posé un problème.
« Le soudage par fusion traditionnel utilise une charge pour relier deux pièces de métal », explique Afsaneh Rabiei, auteur correspondant d’un article sur la nouvelle recherche et professeur de génie mécanique et aérospatial à NC State. «C’est problématique, car le métal fondu pour fusionner deux morceaux de CMF est solide, il ne possède donc pas les propriétés souhaitables du CMF de chaque côté. De plus, tout type de soudage utilisant la chaleur directe pour faire fondre le métal entraîne le comblement d’une partie de la porosité du CMF, ce qui altère ses propriétés. En bref, cela signifie que la plupart des formes de soudage traditionnelles ne fonctionnent pas bien avec les mousses métalliques.
Percée dans la technique de soudage CMF
Cependant, les chercheurs ont désormais identifié une forme de soudage qui fonctionne très bien. C’est ce qu’on appelle le soudage par induction et utilise une bobine d’induction pour créer un champ électromagnétique qui chauffe le métal à souder.
« Comme le CMF ne contient que 30 à 35 % de métal, le champ électromagnétique est capable de pénétrer profondément dans le matériau, ce qui permet une bonne soudure », explique Rabiei. « Les poches d’air qui constituent les 65 à 70 % restants du CMF servent à isoler le matériau de la chaleur. Cela permet au soudage par induction de chauffer la zone ciblée pour assembler deux pièces de CMF, mais empêche la chaleur de se propager depuis le site de jonction. Cela contribue à préserver les propriétés du FMC.
« Il s’agit d’un pas en avant important car les propriétés du CMF le rendent attrayant pour un large éventail d’applications, mais il est essentiel de disposer d’un moyen de souder les composants du CMF sans altérer les propriétés qui le rendent attrayant en premier lieu. »
L’article intitulé « Une étude sur le soudage des métaux poreux et des mousses métalliques » a été récemment publié dans la revue Matériaux d’ingénierie avancés.
L’article a été co-écrit par John Cance et Zubin Chacko, Ph.D. étudiants à NC State. Le travail a été réalisé avec le soutien de la Pipeline and Hazardous Materials Safety Administration du Département américain des transports, sous le numéro de subvention PH957-20-0075.
