El sándwich de espuma de aluminio (AFS) es un producto de panel sándwich que está hecho de dos láminas frontales metálicas densas y un núcleo de espuma metálica hecho de una aleación de aluminio. AFS es un material estructural de ingeniería debido a su relación rigidez-masa y capacidad de absorción de energía ideal para aplicaciones como la carcasa de un tren de alta velocidad . [1]
En términos de unión entre las láminas frontales y el núcleo de espuma, el procesamiento de AFS se clasifica en dos formas: unión ex situ e in situ. [2]
La unión ex situ se logra pegando láminas frontales con una espuma de aluminio mediante unión adhesiva, soldadura fuerte o unión por difusión. Las espumas utilizadas en este método son de celda cerrada o de celda abierta. Cuando se utiliza una espuma de células cerradas, se produce a partir de aleaciones de aluminio mediante metal líquido (por ejemplo, Alporas, [3] Cymat [4] ) o mediante pulvimetalurgia [2] . El núcleo de espuma de celda abierta está hecho de aluminio y también de otros metales. Las láminas frontales se eligen entre una variedad de aleaciones de aluminio y otros metales como el acero.
Para las láminas frontales adheridas in situ, el núcleo es de espuma de celda cerrada. El objetivo de la unión in situ es crear una unión metálica entre el núcleo de espuma y las láminas frontales. Esto se logra de tres maneras. Un precursor espumable se expande entre dos láminas frontales. Cuando la espuma líquida entra en contacto con las láminas frontales sólidas, se establece una unión metálica. Esto es difícil de lograr ya que la oxidación tanto de las láminas frontales de aluminio como de la espuma impide que se forme una unión sólida. También existe el riesgo de que se derritan las láminas frontales. Este procedimiento tiene éxito cuando se utiliza acero como láminas frontales en lugar de aluminio, mientras que el núcleo de espuma es de aluminio. [5]
Otra estrategia es solidificar rápidamente la superficie de un metal fundido espumable antes de que pueda convertirse en una piel densa mientras el interior del metal evoluciona hacia una estructura de espuma. Este proceso da como resultado una estructura de espuma de tipo integral. [6] El sándwich de espuma integral está hecho de aleaciones de aluminio (AlCu4, AlSi9Cu3) y aleaciones de magnesio (AZ91, AM60). [6] [7] [8] En este proceso, el material para el núcleo y la lámina frontal es el mismo.
La tercera forma de conseguir la unión in situ consiste en la compactación de polvos metálicos junto con láminas frontales. Este conjunto compacto tipo sándwich pasa por varios pasos de laminado para alcanzar el espesor deseado de la lámina frontal y del precursor. Después de lo cual este compuesto de tres capas se calienta para transformar la capa central en espuma. [2] [9] El punto de fusión del material laminar frontal está por encima del punto de fusión del material precursor espumable. La composición precursora suele ser aleaciones Al-Si, Al-Si-Cu o Al-Si-Mg, mientras que las láminas frontales son aleaciones de aluminio de las series 3xxx, 5xxx y 6xxx.
Es posible fabricar una forma 3D complicada a partir de AFS adherido in situ. En el caso del segundo tipo, es decir, el moldeado integral de espuma, la geometría deseada de la pieza de espuma se logra diseñando el molde dentro del cual se vierte la espuma. [10]
En el caso del tercer tipo, el precursor compuesto de tres capas se reforma antes de la formación de espuma. El calentamiento de dicha pieza produce una pieza de espuma con forma tridimensional. [2] [9] Los paneles compuestos AFS de tres capas también se reforman después de la formación de espuma mediante forjado. Si un AFS está hecho de aleaciones tratables térmicamente, la resistencia aumenta aún más mediante el endurecimiento por envejecimiento . [2] Para unir dos piezas AFS o unir una pieza AFS con una pieza metálica se emplean varias tecnologías de unión, como soldadura láser , soldadura TIG , soldadura MIG , remachado , etc. [11] [12]