複合金属発泡体 (CMF) は、金属マトリックス中に金属ボールを分散させることによって製造できる、非常に有用な独立気泡の多孔質材料です。 CMF はその均一な形状と均一な細孔分布により、従来の金属発泡体と比較して優れた機械的特性を提供できます。この材料は軽量かつ高強度であり、航空機の翼、車両の装甲、人体の装甲などの分野で使用できます。さらに、CMFは鋼などの従来の金属や合金と比較して断熱特性が優れているため、核物質、危険物、爆発物、その他の熱に敏感な物質の保管および輸送にもCMFが使用されることが期待されています。
CMF は通常、同じまたは異なる金属で構成される固体マトリックス内に含まれる 1 つの金属で構成される中空の球体です。チョコレートの代わりに金属でできているとしたら、航空用のチョコレートバーのようなものです。最大のセールスポイントの 1 つは、従来の固体金属よりも同等の強度を持ちながら軽量であることです。過去数年で、弾丸を阻止し、放射線を遮断し、高温を遮断することもできることも発見されました。
残念ながら、異なる CMF を従来の方法で溶接すると、溶接接合部でこれらの望ましい特性が失われます。
ノースカロライナ州立大学の研究者らは、複合金属発泡体 (CMF) を理想的な材料にする特性を損なうことなく、CMF 部品を接合するために使用できる溶接技術を発見しました。 CMFは軽量かつ強度が高く、高温断熱効果があるため、さまざまな分野での活用が期待されています。
ノースカロライナ州立大学の機械・航空宇宙工学教授、アフサネ・ラビエイ氏は、「従来の溶融溶接では、2つの金属片を接合するためにフィラーを使用する。ここに問題がある。2つのCMFを溶かす金属は固体であるため、両面でCMFの理想的な特性が欠けているからだ。さらに、溶融金属を直接加熱する溶接方法では、CMFの気孔の一部が埋まってしまう。」と述べた。
代替手段を探していたラビエイ氏らは、誘導溶接と呼ばれるあまり使用されていない技術に着目した。簡単に言えば、高周波電流を使用して誘導コイルに通電し、特定の金属を融点まで加熱する高周波電磁場を生成します。
CMF には金属含有量が 30 ～ 35% しかないため、電磁場が材料の奥まで浸透して良好な溶接が実現されます。 CMF の残りの 65 ～ 70% を構成するエアポケットは、素材を熱から遮断する役割を果たします。このように、誘導溶接では 2 つの CMF を接続するターゲット領域が加熱されますが、接続部から熱が外側に広がるのは防止されます。これにより、CMF の特性が維持されます。
「CMFの特性により幅広い用途でCMFが魅力的になるため、これは重要な前進だが、その魅力的な特性を損なうことなくCMF部品を溶接する方法があることが重要である」とラビエイ氏は述べた。
この研究に関する論文は最近、学術誌「Advanced Engineering Materials」に掲載されました。