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Inspiré de la nature mais aussi résistant que le fer: à quoi sert la mousse métallique?

Inspiré de la nature mais aussi résistant que le fer: à quoi sert la mousse métallique?

Inspirées de la nature et combinant la résistance des métaux, les mousses métalliques ont de nombreuses applications intéressantes dans l'industrie. Ils peuvent être fabriqués à partir d'une variété de métaux et ont tendance à être incroyablement légers et résistants.

Ici, nous explorons ce que sont les mousses métalliques, comment elles sont fabriquées et examinons rapidement où elles sont utilisées.

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De quoi est faite la mousse métallique?

Les mousses métalliques ont une structure cellulaire composée d'un métal solide (comme l'aluminium) et de nombreux pores remplis de gaz. Les pores peuvent être scellés (mousse à cellules fermées) ou interconnectés (mousse à cellules ouvertes). Les mousses métalliques sont incroyablement légères, mais très résistantes. Leur structure cellulaire est similaire à celle que l'on trouve souvent dans le monde naturel dans des choses comme les os, le bois ou même les éponges de mer.

Les mousses métalliques ont tendance à être fabriquées à partir d'aluminium, mais peuvent être formées à partir d'une variété d'autres métaux, y compris le titane, le tantale, le cuivre, le zinc ou le plomb.

Ces structures cellulaires métalliques ont une grande fraction volumique de pores remplis de gaz.

"Ces pores peuvent être scellés (mousse à cellules fermées) ou ils peuvent être un réseau interconnecté (mousse à cellules ouvertes). La mousse à cellules fermées est appelée mousses métalliques, tandis que la mousse à cellules ouvertes est simplement appelée en tant que métal poreux ", selon azom.com.

Les mousses métalliques ont des caractéristiques clés très importantes qui les rendent particulièrement utiles pour les scientifiques des matériaux, entre autres.

Les principales propriétés des mousses métalliques sont les suivantes (crédit à azom.com):

  • Matériau ultraléger (75–95% du volume est constitué d'espaces vides),
  • Très haute porosité,
  • Résistances à la compression élevées combinées à de bonnes caractéristiques d'absorption d'énergie,
  • La conductivité thermique est faible et,
  • Haute résistance.

À quoi servent les mousses métalliques?

Les mousses métalliques ont une variété d'applications. Ceux-ci vont des matériaux de construction aux solutions biomédicales.

Quelques exemples notables incluent (avec la permission d'azom.com):

  • La variété fermée est utilisée pour les applications structurelles nécessitant des caractéristiques de portance et pour les structures à faible poids et absorbant les chocs dans les véhicules.
  • La variété ouverte est idéale pour l'absorption des vibrations et du son, la filtration et la catalyse à haute température, pour l'échange de chaleur et dans les dispositifs médicaux.
  • La variété ouverte est également utile dans des applications fonctionnelles telles que la filtration et l'amortissement.
  • La mousse métallique est utilisée comme prothèse expérimentale chez les animaux.
  • Les mousses métalliques à haute résistance peuvent agir comme des absorbeurs d'énergie d'impact à haute capacité.
  • Dans l'industrie automobile, les mousses sont utilisées pour réduire le nombre de pièces dans le châssis de la voiture, faciliter l'assemblage, réduisant ainsi les coûts et améliorant les performances.

Comment sont fabriquées les mousses métalliques?

Les mousses métalliques sont formées par une série d'étapes. Premièrement, les métaux fondus sont moussés en créant des bulles de gaz dans le métal fondu.

Parce que les bulles de gaz sont moins denses et ont une flottabilité plus élevée que le métal fondu, elles remontent à la surface. Pour arrêter cela, la densité du métal fondu est augmentée pour piéger les bulles d'air dans la fonte.

Des poudres céramiques fines sont souvent utilisées pour atteindre cet objectif, ou des éléments d'alliage sont utilisés pour stabiliser les particules dans le métal fondu.

L'introduction de bulles de gaz peut se faire par l'une des trois méthodes. Les plus souvent utilisés sont (crédit à azom.com):

  • Injection de gaz dans le métal liquide à partir d'une source externe.
  • Causant la précipitation de gaz qui venait d'être dissous dans le liquide.
  • Provoquer une formation de gaz in situ dans le liquide en mélangeant des agents gonflants libérant du gaz à la masse fondue.

De la poudre métallique ou des copeaux métalliques peuvent également être mélangés avec de l'hydrure de titane, ou d'autres agents explosifs, et chauffés au-dessus du point de fusion du métal. Ce faisant, de l'hydrogène gazeux est libéré, ce qui fait mousser le mélange.

À quoi sert la mousse de titane?

La mousse de titane métallique est un matériau perméable à très faible densité qui a de nombreuses applications. Ses caractéristiques déterminantes sont sa très haute porosité (entre 75 et 95% en volume) qui est principalement constituée d'espaces vides.

Cette mousse métallique incroyablement résistante est souvent utilisée pour:

  • isolation thermique,
  • isolation sonore,
  • adsorption des polluants environnementaux,
  • filtration des alliages métalliques fondus et,
  • comme substrat pour des catalyseurs nécessitant une grande surface interne.

La mousse de titane a également d'autres applications médicales limitées. Certains chercheurs ont tenté de l'utiliser comme implant ultra-résistant pour remplacer l'os perdu ou endommagé.

«Dans le projet TiFoam, les partenaires de recherche se sont concentrés sur la démonstration de la viabilité de la mousse de titane pour [le] remplacement des corps vertébraux défectueux. La mousse convient également pour réparer d'autres os sévèrement sollicités», note fraunhofer.de.

L'aluminium est-il un métal poreux?

Certaines formes d'aluminium sont en effet poreuses. Ils présentent certaines similitudes avec la mousse métallique, c'est-à-dire qu'ils sont tous deux perméables aux gaz et à certains liquides, mais il existe également des différences majeures.

La principale différence réside dans le processus de fabrication. L'aluminium poreux est formé en coulant le métal avec du sel cristallin dans la forme souhaitée.

Une fois le moulage terminé, le sel est lavé. Ce processus dissout et élimine le sel. Les zones qui contenaient des grains de sel sont laissées sous forme de pores après le processus.

Cet aluminium poreux présente certains avantages par rapport aux mousses métalliques. Par exemple, l'une des principales difficultés dans la production de mousses métalliques est de trouver la bonne combinaison de métal et d'agent explosif. Une autre difficulté est de trouver les températures et les temps corrects pour les chauffer pour produire la texture requise de la mousse.

Pour cette raison, il est difficile de prédire comment la porosité, la taille des pores et la distribution des pores se révéleront.

«Pour ces raisons, l'aluminium poreux, avec sa technologie de fabrication simple, est une alternative intéressante. La large gamme de qualités de filtre définies avec précision de 5µm à 250µm peut différencier l'application avec précision. L'interface coulée extra forte entre les pièces poreuses et non poreuses ouvre un large éventail d'applications différentes », déclare porous-aluminium.com.

Certaines des principales différences entre l'aluminium poreux et la mousse métallique sont les suivantes, selon porous-aluminium.com:

  • Une large gamme de qualités de filtre définies avec précision 5µm à 250µm,
  • Interface coulée extra forte entre les pièces poreuses et non poreuses,
  • Résistance extrême grâce à la structure moulée,
  • Post-traitement simple (par exemple filetage) et,
  • Technologie de fabrication rentable.

L'acier inoxydable est-il poreux?

L'acier inoxydable n'est pas intrinsèquement poreux, mais des aciers inoxydables poreux peuvent être créés. Par exemple, une équipe de chercheurs de l'Universidade Federal de São Paulo a pu produire de l'acier inoxydable poreux à des fins médicales.

«Les aciers inoxydables austénitiques sont fréquemment utilisés dans les applications biomédicales, telles que les implants orthopédiques, en raison de propriétés telles que la résistance élevée à la corrosion et à la fatigue ainsi que la ténacité élevée à la rupture. Outre la biocompatibilité, ces propriétés sont importantes dans la sélection et l'adaptation des matériaux biomédicaux applications », note un article de recherche sur les matériaux sur researchgate.net.


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