Aluminiumschäume mit homogenen, submillimeter-großen Blasen. Herstellung mittels Gasinjektion und Erforschung der Stabilisationsmechanismen

• Antragsteller: Professor Dr. John Banhart; Dr. Francisco García-Moreno
• Fachliche Zuordnung: Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 282420267

• Erstellungsjahr: 2021

Zusammenfassung der Projektergebnisse

In diesem Vorhaben wurden Aluminiumschäume mit homogenen, submillimeter-großen Blasen hergestellt. Dafür wurde ein neues Gasinjektionsverfahren mit einer rotierenden Kanüle entwickelt und erfolgreich eingesetzt. Der Einfluss verschiedener Parameter wie z. B. Temperatur, Legierungszusammensetzung, Partikelart, -anzahl und -form oder Gasatmosphäre wurde systematisch untersucht. Durch die Prozessoptimierung und die Reduzierung der Blasengröße konnte die Menge an stabilisierenden Partikeln bis 1,5 Gew.% reduziert werden, obwohl nicht ganz auf diese verzichtet werden konnte. So konnte aber das Wissen, dass Partikel für eine erfolgreiche Schaumentstehung vonnöten sind, bestätigt werden. Weiterhin wurden in-situ röntgenographische Methoden wie Radioskopie und Tomoskopie eingesetzt, um eine genaue Darstellung der Stabilität von flüssigen Metallschäumen zu untersuchen. Dabei wurde eine Ausdünnung der flüssigen Filme vor deren Bruch experimentell entdeckt. Durch die Reduzierung der Blasengröße im Millimeter-Bereich sowie durch das Erzielen einer scharfen Größenverteilung konnten Metallschäume mit einer nahgeordneten Blasenstruktur hergestellt und mit wässrigen Schäumen verglichen werden.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• In situ X-ray tomography of aqueous foams: Analysis of columnar foam generation, Colloids Surf., A 534 (2017) 78-84
  F. García-Moreno, P.H. Kamm, T. Neu, K. Heim, A. Rack, J. Banhart
  
• Stability of various particle-stabilised aluminium alloys foams made by gas injection, J. Mater. Sci. 52(11) (2017) 6401-6414
  K. Heim, G.S. Vinod-Kumar, F. García-Moreno, J. Banhart
  
• Simultaneous X-ray radioscopy/tomography and energy-dispersive diffraction applied to liquid aluminium alloy foams, J. Synchrotron Rad. 25 (2018) 1790-1796
  C. Jiménez, M. Plaepow, P.H. Kamm, T. Neu, M. Klaus, G. Wagener, J. Banhart, C. Genzel, F. García-Moreno
  
• Time-resolved in situ tomography for the analysis of evolving metal-foam granulates, J. Synchrotron Rad. 25 (2018) 1505-1508
  F. Garcia-Moreno, P.H. Kamm, T.R. Neu, J. Banhart
  
• Using X-ray tomoscopy to explore the dynamics of foaming metal, Nature Communications 10(1) (2019) 3762
  F. García-Moreno, P.H. Kamm, T.R. Neu, F. Bülk, R. Mokso, C.M. Schlepütz, M. Stampanoni, J. Banhart
  
• Motion of liquid and stabilising particles in individual liquid aluminium alloy films, J. Mater. Sci. 55(29) (2020) 14125-14136
  K. Heim, A. Ershov, A. Rack, J. Banhart, F. García-Moreno
  
• Study on Cell Deformation of Low Porosity Aluminum Foams under Quasi-Static Compression by X-Ray Tomography, Adv. Eng. Mater. 22 (2020) 2000264
  N. Wang, X. Chen, E. Maire, P.H. Kamm, Y. Cheng, Y. Li, F. García-Moreno
  
• Temperature dependence of film rupture and internal structural stability in liquid aluminium alloy foams, Acta Mater. 196 (2020) 325-337
  F. García-Moreno, M. Jürgens, J. Banhart
  
• The influence of alloy composition and liquid phase on foaming of Al–Si–Mg alloys, Metals 10(2) (2020) 189
  F. García-Moreno, L.A. Radtke, T.R. Neu, P.H. Kamm, M. Klaus, C.M. Schlepütz, J. Banhart
  
• Nucleation and growth of gas bubbles in AlSi8Mg4 foam investigated by X-ray tomoscopy, Acta Mater. 206 (2021) 116583
  P.H. Kamm, T.R. Neu, F. García-Moreno, J. Banhart