Efecto de la morfología de las partículas espaciadoras y las condiciones de manufactura sobre las propiedades de espumas de aluminio

Abstract

In the following research work, the influence of Space Holder Particles (SHP) morphological characteristics over structural and mechanical properties of aluminum foams manufactured using aluminum 319 alloy and obtained through infiltration method is discussed. Aluminum foams were manufactured successfully using three different morphologies for space holders (Spherical, ellipsoidal and granulated) obtaining porosities in the range of 57 to 64% and wall thicknesses in the approximated range of 0.7 to 1.5 mm. Mechanical characterization of aluminum foams was done by conducting uniaxial compressive tests, proving that SHP morphology has great influence over mechanical properties such as Elastic Modulus (E) and Energy Absorption Capacity (Eabs). It was determined that the lower properties were observer in foams with granulated pores (E=1.15 GPa y Eabs =7.51 MJ) since this morphology allows a higher packing degree, originating cell walls with lower thickness. In the case of aluminum foams with spherical and elliptical pores, although they presented similar elastic modulus values, E=1.93 GPa y E=2.01 GPa respectively, their energy absorption capacity was higher for foams with spherical pores (Eabs= 10.01 MJ) in comparison with elliptical ones (Eabs = 8.31 MJ), this was attributed to the fact that spherical pores present a more regular arrangement due to their better sphericity and aspect ratio conditions. Additionally, a computational model was obtained using Computerized Tomography (CT), which was validated by comparison with the obtained experimental elastic modulus.

En el presente trabajo de investigación se realiza un análisis sobre la influencia de las características morfológicas de las partículas espaciadoras (SHP) sobre las propiedades estructurales y mecánicas de espumas de aluminio fabricadas con la aleación de aluminio 319 y obtenidas mediante el método de infiltración sobre partículas espaciadoras. Las espumas de aluminio se fabricaron de manera exitosa utilizando tres diferentes morfologías de espaciador (Esférico, elíptico y granular) obteniendo porosidades en un rango de 57 a 64% y espesores de pared en un rango aproximado de 0.7 y 1.5 mm. A través de la realización de ensayos de compresión uniaxial se llevó a cabo la caracterización mecánica de las espumas de aluminio, pudiendo comprobar que la morfología de las partículas espaciadoras tiene gran influencia sobre propiedades mecánicas como el Módulo Elástico (E) y la capacidad de absorción de energía (Eabs). Se determinó que las espumas con porosidad granular presentaron las menores propiedades (E=1.15 GPa y Eabs =7.51 MJ) debido a que su morfología permite un mayor grado de compactación y origina espesores de pared más delgados. En el caso de las espumas de aluminio con poros de morfología esférica y elipsoidal, aunque presentaron valores similares para el módulo elástico E=1.93 GPa y E=2.01 GPa respectivamente, las espumas de poros esféricos presentaron una mayor capacidad de absorción de energía Eabs= 10.01 MJ en comparación con las espumas de poros elipsoidales Eabs = 8.31 MJ, esto se atribuyó a que el arreglo de poros esféricos presentó mayor regularidad en su acomodo debido a la mejor esfericidad y relación de aspecto de sus poros. Adicionalmente se realizó un modelo computacional obtenido mediante la técnica de Tomografía computarizada (TC), el cual se validó posteriormente mediante la comparación con los módulos elásticos experimentales.