복합 금속 폼(CMF)은 금속 매트릭스에 금속 볼을 분포시켜 생산할 수 있는 매우 유용한 폐쇄 셀 다공성 재료입니다. 균일한 모양과 균일한 기공 분포로 인해 CMF는 기존 금속 폼에 비해 더 나은 기계적 특성을 제공할 수 있습니다. 이 소재는 가볍고 강도가 높으며 항공기 날개, 차량 장갑, 인체 장갑 등의 분야에 사용할 수 있습니다. 또한, 강철과 같은 전통적인 금속 및 합금에 비해 CMF는 단열 특성이 우수하므로 핵 물질, 위험물, 폭발물 및 기타 열에 민감한 물질을 저장하고 운반하는 데에도 CMF가 사용될 것으로 예상됩니다.
CMF는 일반적으로 동일하거나 다른 금속으로 구성된 고체 매트릭스 내에 포함된 하나의 금속으로 만들어진 속이 빈 구체입니다. 초콜릿 대신 금속으로 만들어졌다면 일종의 항공 초콜릿바와 같습니다. 가장 큰 판매 포인트 중 하나는 기존의 견고한 금속보다 가벼우면서도 강도는 동일하다는 것입니다. 지난 몇 년 동안 총알을 막고, 방사선을 차단하고, 고온을 차단할 수도 있다는 사실도 밝혀졌습니다.
불행하게도 서로 다른 CMF를 전통적인 방법으로 용접할 경우 용접 접합부에서 이러한 바람직한 특성을 잃게 됩니다.
노스 캐롤라이나 주립 대학의 연구원들은 이제 CMF를 이상적인 재료로 만드는 특성을 손상시키지 않고 복합 금속 폼(CMF) 부품을 결합하는 데 사용할 수 있는 용접 기술을 발견했습니다. CMF는 가볍고 강하며 고온을 효과적으로 단열해 다양한 분야에서 활용이 기대된다.
노스캐롤라이나주립대 기계항공우주공학과 아프사네 라비에이 교수는 "기존의 융합 용접은 두 개의 금속 조각을 접합하기 위해 필러를 사용한다. 여기에 문제가 있다. 두 개의 CMF 조각을 녹이는 금속이 단단하기 때문에 양면에 CMF의 이상적인 특성이 부족하기 때문이다. 또한 용융된 금속을 직접 가열하는 용접 방법은 CMF의 기공 중 일부를 채우게 된다"고 말했다.
대안을 찾기 위해 Rabiei와 동료들은 유도 용접이라는 덜 사용되는 기술을 살펴보았습니다. 간단히 말해서, 무선 주파수 전류를 사용하여 유도 코일에 에너지를 공급하여 특정 금속을 녹는점까지 가열하는 고주파 전자기장을 생성합니다.
CMF는 금속 함량이 30~35%에 불과하므로 전자기장이 재료 깊숙이 침투하여 우수한 용접을 달성할 수 있습니다. CMF의 나머지 65~70%를 구성하는 에어 포켓은 소재를 열로부터 단열하는 역할을 합니다. 이와 같이 유도 용접은 두 개의 CMF 조각을 연결하는 대상 영역을 가열하지만 열이 연결부에서 외부로 확산되는 것을 방지합니다. 이는 CMF의 특성을 유지하는 데 도움이 됩니다.
Rabiei는 "CMF의 특성이 광범위한 응용 분야에서 매력적이기 때문에 이는 중요한 진전입니다. 그러나 CMF 부품을 매력적으로 만드는 특성을 손상시키지 않고 용접할 수 있는 방법이 있다는 것이 중요합니다."라고 Rabiei는 말했습니다.
이번 연구에 관한 논문은 최근 Advanced Engineering Materials 저널에 게재되었습니다.