Orbulov Imre Norbert már eddig is Lendület-kutatócsoport-vezető volt, 2023-ban pedig már H („Haladó”) kategóriában nyerte el a támogatást. Az újjáalakult kutatócsoport az előző pályázat kutatásait viszi tovább, hiszen eddig is a kompozit fémhabok fejlesztésével foglalkozott a BME Gépészmérnöki Karának Anyagtudomány és Technológia Tanszékén.

Orbulov Imre Norbert Fotó: mta.hu

A fémhabok fémből készült, nagyon porózus szerkezetek. Mindenki találkozik fémhabokkal akár az otthonában is, hiszen a fémből készült (erős súrolásra való) mosogatószivacsok is felfoghatók nyílt cellás fémhabokként. A nyílt cellás fémhabokban lévő üregek között összeköttetés van, míg a fémhabok másik nagy csoportjában, a zárt cellás fémhabokban fallal elválasztott buborékokat találunk.

Széles körben alkalmazott, „fiatal” anyagok

A zárt cellás fémhabok egyik speciális altípusát adják a szintaktikus vagy kompozit fémhabok. Ezek fémes mátrixanyagból és porózus töltőanyagból épülnek fel. E töltőanyag állhat üreges labdacsokból (az anyag maga a héj – mint egy lufi vagy labda esetén), amelyeket például olvadt fémbe juttatva hozzák létre a kompozit fémhabot, és így könnyítik a szerkezetét. Az így létrehozott kompozit fémhab sűrűsége hozzávetőlegesen az eredeti alapfém felére csökken. Bár több mint fél évszázada foglalkoznak szerte a világon a kompozit fémhabok fejlesztésével, az anyagtudományban még mindig fiatal anyagoknak számítanak.

Viszont rendkívül széles körben alkalmazzák őket.

Megjelennek szerkezeti anyagként, főként ott, ahol fontos a sűrűség csökkentése, például a járműiparban, ahol hozzájárulhatnak a jármű (például egy elektromos autó) önsúlycsökkentéséhez.

„Mostanra a kompozit fémhabok klasszikus módszerekkel való fejlesztése gyakorlatilag lezárult, hiszen a fajlagos mechanikai és egyéb tulajdonságaik a bevett eljárásokkal már nem javíthatók. A továbblépéshez ezért teljesen újszerű megközelítésre van szükség – mondja Orbulov Imre Norbert. – Lendület-kutatócsoportunk erre a problémára igyekszik megoldásokat találni.

Vagyis az egyik fő célunk, hogy a kompozit fémhabok mechanikai tulajdonságait nem klasszikus módszerekkel javítsuk.

” Erre kínál lehetőséget a leendő kompozit fémhabok mátrixanyagának megerősítése (részecske- vagy szálerősítés révén) vagy a fémhabokból készült, jellemzően teherviselő elemek (például szendvicspanelek vagy töltött csövek).

Költségcsökkentés, gyárthatóság, újrahasznosítás

A kutatócsoport hasonlóan fontos célkitűzése a költségcsökkentés is. Az elterjedt kerámia gömbhéjú töltőanyagot használó fémhabok igen drágák, de a kutatócsoport-vezető érvelése szerint ezeknél jóval olcsóbban – például agyagkavicsok segítségével – is lehet porozitást vinni a fémhabba. Az agyagkavics meglehetősen hétköznapi és olcsó anyag: a parkokban a fák tövénél használják talajtakaró anyagként.

Ha ezeket a néhány milliméteres agyagkavicsokat kettévágjuk, a belsejükben zárt cellás habot találunk, amit jól lehet használni kompozit fémhabok előállítására is.

De a Lendület-kutatók a töltőanyag geometriájának változtatásával is kísérleteznek: a gömböket elnyújtják, és ellipszoid alakú héjakkal igyekeznek porozitást vinni az anyagba. Egy másik kísérletükben a tüskékkel fedett töltőanyaggömbök viselkedését fogják tesztelni.

„A nagyméretű kompozit fémhabok gyárthatósága erősen korlátozott. Ha nagy szerkezeteket akarnak a mérnökök előállítani belőlük, akkor különálló darabokban kell őket létrehozni, majd e darabokat egymáshoz kell rögzíteni – folytatja Orbulov Imre Norbert. – A Lendület-kutatócsoportunk tagjai az elkövetkező években erre a célra a fémhabok között kapcsolatot teremtő anyaggal záró kötéseket igyekeznek kifejleszteni. A legismertebb anyaggal záró kötéstípusok a hegesztés és a forrasztás, ezeket az eljárásokat tervezzük adaptálni a kompozit fémhabokra is. Végül pedig vizsgálatokat folytatunk majd a kompozit fémhabok újrahasznosításával kapcsolatban is.”

Új eredményekből egyetemi tananyag

A kompozit fémhaboknak a gyakorlati alkalmazás szempontjából talán legfontosabb tulajdonsága, hogy ha terheljük őket, akkor nagy energiát képesek elnyelni.

Ezért a gépjárművek ütközéshárításában kezdték e fémhabokat először alkalmazni.

Például ilyen fémhab tölti ki a Combino villamosok lökhárítóját. Az erőhatás-elnyelő képességük miatt a fémhabok a védelmi iparban is jelentős szerephez juthatnak. Például védett épületek falába építve növelni lehet az épület robbanással szembeni ellenálló képességét, és ugyanez a tulajdonságuk harci járművek páncélzatában is hasznos lehet.

„Akkor lennék elégedett a Lendület-pályázat időszak végén, ha a kompozit fémhabok mechanikai energiaelnyelését meg tudnánk növelni 20-30 százalékkal – mondja a kutatócsoport vezetője. – Azt is remélem, hogy a fémhabok forrasztását is meg tudjuk oldani (a hegesztés problematikusabbnak látszik jelenleg), és az is megelégedéssel töltene el, ha megoldást találnánk a fémhabok 60-70 százalékának újrahasznosítására. Az eredményeinket, illetve az általunk kidolgozott eljárásokat eközben be fogjuk építeni a műegyetemi képzésbe.”