محققان دانشگاه سمنان موفق به تولید آزمایشی فوم‌های نانوکامپوزیت آلومینیومی شدند که قابلیت ضربه‌گیری آن‌ها به کمک فناوری نانو بهبود داده شده است. این فوم‌ها در صنایع خودرو و تجهیزات الکترونیکی که در معرض بارهای دینامیکی قرار دارند مورد استفاده قرار می‌گیرند.
تولید آزمایشگاهی فوم‌های آلومینیومی ضربه‌گیر در دانشگاه سمنان
بشر مدت‌های طولانی در صدد ایجاد خلل و فرج دلخواه درون مواد فلزی بوده است؛ اما امروزه با پیدایش کاربردهای گسترده در این زمینه، تهیه و تولید این مواد به‌صورت تخصصی توسط محققان دنبال می‌شود. در دهه‌ی اخیر یک دسته از فلزات سلولی با نام فوم فلزی با خواص مکانیکی، حرارتی، الکتریکی و صوتی جدید مطرح شده‌اند و جذابیت بسیاری یافته‌اند. فوم فلزی به سبب استحکام، سبکی، خاصیت جاذب انرژی ضربه یا صوت، ضریب انتقال بالا و حتی روغن‌کاری خودکار قطعات کاربرد فراوانی در صنایع پیشرفته دارد. آلومینیم شاید اولین و اصلی‌ترین ماده‌ای باشد که فوم آن ساخته شده است. فوم‌های آلومینیومی امروزه کاربرد بسیاری در صنایع مختلف از جمله اتومبیل، هوافضا و …. دارد.
دکتر سید مهدی حسینی ضمن اشاره به نقش ساختار سلول‌ها و حفرات در تعیین کارایی و عملکرد فوم نهایی، در رابطه با اهداف دنبال شده در این طرح گفت: «در طرح حاضر با هدف افزایش کارایی فوم‌های آلومینیومی از نانوذرات سیلیسیم کاربید استفاده شده و این نانوذرات به‌صورت یکنواخت در زمینه‌ی فلزی به کمک یک فرایند مکانیکی-حرارتی پراکنده شده است.»
با اعمال نانوذرات سیلیسیم کاربید درون زمینه‌ی فلزی، نسبت استحکام به وزن قطعه‌ی نهایی به‌طور قابل‌توجهی افزایش می‌یابد که این موضوع کاهش مصرف فوم و متعاقب آن کاهش هزینه را در پی خواهد داشت.
وی خاطرنشان کرد: «فوم‌های فلزی دارای ساختار سلولی هستند. همان‌طور که پیش‌تر نیز اشاره شد، پارامترهای مربوط به این ساختار سلولی خواص مکانیکی قطعه‌ی نهایی را مستقیماً تحت تأثیر قرار می‌دهند. ماده‌ی اولیه‌ی فوم‌های تولید شده در طرح حاضر به‌وسیله‌ی فرایند پیوسته نورد و عملیات حرارتی تولید شده‌اند. در حین فرایند تولید فوم، یک سری جوانه حفرات درون قطعه تشکیل می‌شوند که این حفرات منشأ تولید ساختار سلولی نهایی هستند. همچنین میزان استحکام دیواره‌ی سلول‌ها نقش تعیین‌کننده‌ای در خواص مکانیکی نهایی فوم ایفا می‌کند. در این پژوهش تأثیر حضور نانوذرات سیلیسیم کاربید بر ساختار فوم آلومینیومی مورد بررسی قرار گرفته است.»
حسینی روند انجام طرح را این‌گونه تشریح کرد: «پس از تولید ماده پیش‌ساخته‌ی فوم از طریق نورد پیوندی و عملیات پیوسته حرارتی، با انجام فرایند فوم‌سازی در کوره پیش گرم، محصول نانوکامپوزیتی تولید شده جهت ارزیابی‌های فیزیکی و مکانیکی تحت آزمون‌های نانوسختی سنجی، سقوط آزاد، فشار استاتیکی و خمش سه‌نقطه قرار گرفتند. همچنین به‌منظور ارزیابی قابلیت میرا کردن ارتعاشات دینامیکی از آزمون مودال محیطی استفاده شد. به‌علاوه، به‌منظور بررسی ساختار سلولی فوم تولید شده و توزیع نانوذرات سیلیسیم کاربید در زمینه‌ی آلومینیومی میکروسکوپ الکترونی روبشی مورد استفاده قرار گرفت.»
حضور و توزیع یکنواخت نانوذرات سرامیکی سیلیسیم کاربید در دیواره‌ی سلول‌ها موجب حذف ترک‌ها در فوم‌های نانوکامپوزیتی نسبت به فوم‌های بدون حضور نانوذرات شده است. این موضوع موجب شده تا خواص فشاری دینامیکی به میزان ۴۸ درصد، انرژی جذب‌شده به میزان ۳۵ درصد و خواص میراگری ارتعاش به میزان ۷۷ درصد نسبت به فوم ساده‌ی آلومینیومی بهبود یابد.
این تحقیقات حاصل تلاش‌های دکتر سید مهدی حسینی-دانش آموخته‌ی مقطع دکترای دانشگاه سمنان و دکتر علی حبیب اله زاده- عضو هیأت علمی دانشگاه سمنان است. نتایج این کار در مجله‌ی Materials Science & Engineering A با ضریب تأثیر ۳/۰۹۴ (جلد ۶۷۰، سال ۲۰۱۶، صفحات ۳۴۲ تا ۳۵۰) منتشر شده است.
