كشف علماء من جامعة نورث كارولينا في الولايات المتحدة عن نتائج سلسلة جديدة من الاختبارات لمادة مبتكرة تُعرف باسم الفوم المعدني المركّب ، حيث أثبتت أنها تتمتع بقوة أعلى من الفولاذ التقليدي، مع وزن أخف وقدرة مميزة على العزل الحراري.

ما هو الفوم المعدني المركّب؟

الفوم المعدني المركّب ( مصدر الصورة: ساينس ميل )الفوم المعدني المركّب ( مصدر الصورة: ساينس ميل )

الفوم المعدني المركّب هو بنية معدنية خفيفة مكوّنة من رغوة معدنية تجمع بين أنواع مختلفة من المعادن مثل الألومنيوم والفولاذ.

ويمكن تصنيع هذا النوع من المواد عبر طريقتينأساسيتين:

تمرير غاز ساخن عبر معدن منصهر لتشكيل البنية الرغوية.

صب المعدن المنصهر في قالب يحتوي على كرات مجوّفة من الفولاذ أو التيتانيوم أو السيراميك بأقطار مختلفة.

ورغم خفة وزنه، يتميز الفوم المعدني بقوة ميكانيكية عالية تجعله قادراً على تحمّل ضغط كبير.

بديل واعد لصناعة خزانات نقل المواد الخطرة

اجتاز هذا الفوم سابقاً عدداً من اختبارات وزارة النقل الأمريكية، حيث يتم النظر إليه كخيار بديل للفولاذ في تصنيع خزانات القطارات المخصصة لنقل المواد الخطرة.

وتشمل هذه المواد:

الأحماض

المواد الكيميائية القابلة للتفاعل

النفط

الغاز الطبيعي المسال

ونظراً لخطورة هذه الشحنات، تطبق الوزارة معايير صارمة للغاية على المواد المستخدمة في تصنيع هذه الخزانات، ما يجعل أي تحسين في مستوى الأمان ذا قيمة كبيرة.

اختبارات اختراق تثبت تفوّقه على الفولاذ

طور الباحثون نموذجاً حسابياً لتحديد السماكة المثلى من الفوم المعدني لضمان مستوى الحماية المطلوب. وخلال اختبارات الاختراق المخصصة لمحاكاة شروط الأمان لخزانات القطارات، تم إجراء مقارنة مباشرة بين الفولاذ والفوم المعدني.

عند تعريض صفيحة فولاذية تقليدية لقوة اختراق تبلغ 368 كيلو جول، أحدثت الأداة المستخدمة فجوة ضخمة في الفولاذ.

أما عند استخدام طبقة بسماكة 30.48 مم من الفوم المعدني، فقد ارتدت أداة الاختبار، تاركةً مجرد انبعاج بسيط دون أي تهتك.

امتصاص صدمات يفوق المواد الصلبة

أظهرت النتائج أن هذا المركّب المعدني الخفيف قادر على امتصاص طاقة الصدمة بكفاءة أعلى من الفولاذ المتماسك، بينما يساعد النموذج الرياضي المصاحب في تحديد السماكة المثالية للمادة لضمان أقصى فعالية في الحماية.