Kovová pena

náhľad|Hliníková pena, uzavreté bunky, náhodná štruktúra
**Kovová pena** *(hovorovo *'penokov**, v pripade hliníku **penohliník**)'' je bunková štruktúra pozostávajúca z pevného kovu (často z [[hliník]]a) s pórmi naplnenými plynom. Póry tvoria veľkú časť objemu materiálu. Póry peny môžu byť utesnené (pena s uzavretými bunkami) alebo vzájomne prepojené (pena s otvorenými bunkami). Charakteristickou vlastnosťou kovových pien je vysoká pórovitosť: obyčajne iba 5 – 25 % objemu predstavuje [[základný kov]]. Pevnosť materiálu je postavená na priestorovej tuhosti bunkovej štruktúry.

==Otvorené bunky==
[[Súbor:Metal Foam in Scanning Electron Microscope, magnification 10x.GIF|náhľad|Kovová pena s otvorenými bunkami pri 10 násobnom zväčšení]]
Kovová pena s otvorenými bunkami, nazývaná tiež kovová špongia, sa môže použiť napr. vo výmenníkoch tepla, pri absorpcii energie, difúzii toku a optike.

===Výroba===
Pena s otvorenými bunkami sa vyrába zlievárenskou alebo [[Prášková metalurgia|práškovou metalurgiou]]. Pri práškovej metóde sa vkladajú vymedzovacie jadrá, ktoré vytvoria póry a kanály. Pri odlievaní sa pena odlieva na jadro z polyuretánovej peny s otvorenými bunkami.

==Uzavreté bunky==
[[Súbor:Closed cell metal foam with large cell size.JPG|náhľad|Veľké uzavreté bunky penohliníku]]
Kovová pena s uzavretými bunkami bola prvýkrát vymyslená v roku [[1926]]  [[Alexandre De Meller|Alexandre De Mellerom]], vo francúzskom patente, kde sa navrhovalo napenenie ľahkých kovov, či už vstrekovaním inertného plynu alebo nadúvadlom. Dva patenty na výrobu kov podobného špongii boli vydané američanovi [[Benjamin Sosnik|Benjaminovi Sosnikovi]] v rokoch [[1948]] a [[1951]], ktorý aplikoval ortuťové pary na napenenie tekutého hliníka. Peny s uzavretými bunkami si zachovávajú požiarnu odolnosť a plávajú na vode.

===Výroba===
Peny s uzavretými bunkami sa bežne vyrábajú vstrekovaním plynu alebo vmiešaním penotvorného činidla do roztaveného kovu. Za normálnych okolností bubliny v roztavenom kove rýchlo rastú a v kvapaline s vysokou hustotou rýchlo stúpajú na povrch. Tento pohyb je možné spomaliť zvýšením viskozity roztaveného kovu, napr. pridaním keramických práškov, alebo legovacích prvkov za vzniku stabilizujúcich častíc v tavenine.

Kovové taveniny sa napeňujú jedným z troch spôsobov:
*vstrekovaním plynu do tekutého kovu z vonkajšieho zdroja;
*vyvolaním tvorby plynu v kvapaline vmiešaním penidiel uvoľňujúcich [[plyn]] v roztavenom kove;
*vytvorením plynu, v dôsledku tepelného rozkladu vopred v kove rozpusteného penidla.

==Kompozitná pena==
Kompozitná kovová pena (CMF - angl. ''Composite metal foam'') je vyrobená z dutých guľôčok jedného kovu v pevnej matrici druhého, napríklad duté oceľové guličky v hliníkovej matrici, ktorá vykazuje 5 až 6-krát väčší pomer pevnosti a hustoty a viac ako 7-krát väčšiu absorpciu energie ako iné kovové peny.

==Stochastické a pravidelné štruktúry==
[[Súbor:Alvéoles 4.jpg|náhľad|Pravidelná štruktúra]]
===Stochastické===
Pena sa považuje za stochastickú, keď je rozloženie pórovitosti náhodné. Väčšina pien je stochastická kvôli spôsobu napeňovania.

===Pravidelné===
Priame tvarovanie je technológia, ktorá spravidla vytvára otvorené póry. Kovové peny je možné vyrábať aj aditívnymi procesmi, ako je napríklad 3D tlač.

==Výroba na Slovensku==
Na Slovensku technológie pre priemyselnú sériovú výrobu rôznych dielov z hliníkovej peny vyvinuli vedci pod vedením [[František Simančík|Františka Simančíka]] z [[Ústav materiálov a mechaniky strojov Slovenskej akadémie vied|Ústavu materiálov a mechaniky strojov SAV]]. Tieto technológie sú chránené svetovými patentmi.

**Postup výroby je nasledovný''': 

Polotovar pre speňovanie je vyrábaný metódou práškovej metalurgie. Do hliníkového prášku sa primieša speňovadlo, následne sa tieto prášky za studena izostaticky skompaktujú a za tepla pretlačia do obdĺžnikových tyčí; napr. 5 x 20 mm.

Do formy tvaru sa vloží odhadované množstvo polotovaru. Forma sa ohreje na požadovanú teplotu pri ktorej sa polotovar napení a vyplní objem formy. Nadbytočné množstvo sa vytlačí cez výtokové otvory. Polotovar sa môže nahriať aj mimo formy v komore a následne odstreknúť do formy.

Hustota penového hliníka je 0,4 – 0,8 kg/dm3. Cena takto vyrobenej súčiastky je cca 10 Euro/dm3.

## Galéria

Bent foam filled tube.tif|Analýza ohybu rúrky spevnenej kovovou penou
SteelFoam.jpg|Zvýšenie tuhosti vyplnením kovovou penou
Aluminium foam.png|Profily s jadrom z kovovej peny


## Referencie


## Pozri aj
*Penové sklo
*Keramická pena
*Kompozitný materiál

## Iné projekty

## Externé odkazy
* 

## Zdroj

Kategória:Kompozitné materiály
Kategória:Materiály