A synergistic approach to the development of lightweight aluminium-based porous metallic foam using stir casting method

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Introduction. A synergetic approach to the development of lightweight aluminium metal foam by stir casting process is presented and various mechanical properties and microstructure are tested. The purpose of this study is due to the constant industrial demand for lightweight materials and increased research interest in porous substrates, mainly due to its unique properties. Materials and method.. The method used for developing metallic aluminium foam was stir casting with calcium carbonate as a foaming agent to achieve a target interconnected porous microenvironment on a metal foam substrate. Results and Discussion. A set of physical properties, such as apparent density (1.8 g/cm3), relative density (0.67 g/cm3) and porosity (30%) of the developed aluminium-based metal foams, is stated as the result. The developed metal foam has a strength-to-weight ratio 67% higher than that of the base material. In addition, the results of field emission scanning electron microscopy of the developed metal foam confirm the presence of a porous network with a pore size from 0.075 mm to 1.43 mm. Energy dispersive spectroscopy confirmed the presence of the desired elements with minimal contamination in the developed aluminium foam substrates. Metal foam demonstrates a higher compressive strength (607 kN) compared to the base metal (497 kN). The mechanical characteristics of the developed metal foam substrate (hardness, compressive strength and impact energy) show the expected results compared to the base material. In general, the developed aluminium foam substrate established a promising route to the development of highly performance lightweight metal foam for shock absorber and acoustic applications.

About the authors

S. S. Sharma

Email: shyamsunder.sharma@jaipur.manipal.edu
D.Sc. (Engineering), Associate Professor, Department of Mechanical Engineering, Manipal University Jaipur, Rajasthan, 303007, India, shyamsunder.sharma@jaipur.manipal.edu

R. Khatri

Email: rahul.khatri@jaipur.manipal.edu
Associate Professor, Department of Mechanical Engineering, Manipal University Jaipur, Rajasthan, 303007, India, rahul.khatri@jaipur.manipal.edu

A. Joshi

Email: anuragjoshi355@gmail.com
D.Sc. (Engineering), Associate Professor, Department of Mechanical Engineering, Manipal University Jaipur, Rajasthan, 303007, India, anuragjoshi355@gmail.com

References

  1. Comparative study of stir casting and infiltration casting of expanded glass-aluminium syntactic foams / S. Broxtermann, M.M. Su, H. Hao, T. Fiedler // Journal of Alloys and Compounds. – 2020. – Vol. 845. – P. 155415. – doi: 10.1016/j.jallcom.2020.155415.
  2. Banhart J. Light?metal foams history of innovation and technological challenges // Advanced Engineering Materials. – 2013. – Vol. 15 (3). – P. 82–111. – doi: 10.1002/adem.201200217.
  3. Banhart J., Seeliger H.?W. Aluminium foam sandwich panels: manufacture, metallurgy and applications // Advanced Engineering Materials. – 2008. – Vol. 10 (9). – P. 793–802. – doi: 10.1002/adem.200800091.
  4. Investigation on the effect of aluminium foam made of A413 aluminium alloy through stir casting and infiltration techniques / R. Karuppasamy, D. Barik, N.M. Sivaram, M.S. Dennison // International Journal of Materials Engineering Innovation. – 2020. – Vol. 11 (1). – P. 34–50. – doi: 10.1504/IJMATEI.2020.104790.
  5. Sharma S.S., Rajpoot Y.S. Development of aluminum metal foam using blowing agent // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2018. – Vol. 377 (1). – P. 012150. – doi: 10.1088/1757-899X/377/1/012150.
  6. Ghaleh M.H., Ehsani N., Baharvandi H.R. High-porosity closed-cell aluminum foams produced by melting method without stabilizer particles // International Journal of Metalcasting. – 2021. – Vol. 15. – P. 899–905. – doi: 10.1007/s40962-020-00528-w.
  7. Farahani M.R., Rezaei Ashtiani H.R., Elahi S.H. Effect of zinc content on the mechanical properties of closed-cell aluminum foams // International Journal of Metalcasting. – 2022. – Vol. 16 (2). – P. 713–722. – doi: 10.1007/s40962-021-00635-2.
  8. Byakova A.V., Gnyloskurenko S.V., Nakamura T. Effect of CaCO3 foaming agent at formation and stabilization of Al-based foams fabricated by powder compact technique // Materials Transactions. – 2017. – Vol. 58 (2). – P. 249–258. – doi: 10.2320/matertrans.M2016314.
  9. Closed cell ZA27–SiC foam made through stir-casting technique / D.P. Mondal, M.D. Goel, N. Bagde, N. Jha, S. Sahu, A.K. Barnwal // Materials & Design. – 2014. – Vol. 57. – P. 315–324. – doi: 10.1016/j.matdes.2013.12.026.
  10. Fabrication, properties, and applications of open-cell aluminum foams: A review / W. Tan, Y. Liu, C. Zhou, X. Chen, Y. Li // Journal of Materials Science & Technology. – 2021. – Vol. 62. – P. 11–24. – doi: 10.1016/j.jmst.2020.05.039.
  11. Improvements in stabilisation and cellular structure of Al based foams with novel carbonate foaming agent / A. Byakova, A. Sirko, K. Mykhalenkov, Yu. Milman, S. Gnyloskurenko, T. Nakamura // High Temperature Materials and Processes. – 2007. – Vol. 26 (4). – P. 239–246. – doi: 10.1515/HTMP.2007.26.4.239.
  12. Singh Sh., Bhatnagar N. A survey of fabrication and application of metallic foams (1925–2017) // Journal of Porous Materials. – 2018. – Vol. 25. – P. 537–554. – doi: 10.1007/s10934-017-0467-1.
  13. Naeem M.A., Gábora A., Mankovits T. Influence of the manufacturing parameters on the compressive properties of closed cell aluminum foams // Periodica Polytechnica Mechanical Engineering. – 2020. – Vol. 64 (2). – P. 172–178. – doi: 10.3311/PPme.16195.
  14. Research on dynamic accumulation effect and constitutive model of aluminum foams under dynamic impact / H. Gao, C. Xiong, J. Yin, H. Deng // International Journal of Metalcasting. – 2019. – Vol. 13 (1). – P. 146–157. – doi: 10.1007/s40962-018-0245-0.
  15. Binesh F., Zamani J., Ghiasvand M. Ordered structure composite metal foams produced by casting // International Journal of Metalcasting. – 2018. – Vol. 12. – P. 89–96. – doi: 10.1007/s40962-017-0143-x.
  16. Bolat Ç., Akgün I.C., Göksenli A. Effect of aging heat treatment on compressive characteristics of bimodal aluminum syntactic foams produced by cold chamber die casting // International Journal of Metalcasting. – 2022. – Vol. 16 (2). – P. 646–662. – doi: 10.1007/s40962-021-00629-0.
  17. Temiz A., Yasar M., Koç E. Fabrication of open-pore biodegradable magnesium alloy scaffold via infiltration technique // International Journal of Metalcasting. – 2022. – Vol. 16. – P. 317–328. – doi: 10.1007/s40962-021-00604-9.
  18. Influences of cell size, cell wall thickness and cell circularity on the compressive responses of closed-cell aluminum foam and its FEA analysis / K.S. Verma, D. Muchhala, S.K. Panthi, D.P. Mondal // International Journal of Metalcasting. – 2022. – Vol. 16 (2). – P. 798–813. – doi: 10.1007/s40962-021-00627-2.
  19. Chen K., Guo L., Wang H. A review on thermal application of metal foam // Science China Technological Sciences. – 2020. – Vol. 63 (12). – P. 2469–2490. – doi: 10.1007/s11431-020-1637-3.
  20. Tan P.J., Reid S.R., Harrigan J.J. On the dynamic mechanical properties of open-cell metal foams A re-assessment of the ‘simple-shock theory’; // International Journal of Solids and Structures. – 2012. – Vol. 49 (19–20). – P. 2744–2753. – doi: 10.1016/j.ijsolstr.2012.03.026.
  21. An experimental investigation into the quasi-static compression behavior of open-cell aluminum foams focusing on controlling the space holder particle size / M. Hajizadeh, M. Yazdani, S. Vesali, H. Khodarahmi, T.M. Mostofi // Journal of Manufacturing Processes. – 2021. – Vol. 70. – P. 193–204. – doi: 10.1016/j.jmapro.2021.08.043.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».