Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
NOTE DE L'ÉDITEUR
La norme NF EN ISO 6892 de novembre 2016. citée dans cet article a été remplacée par la norme NF EN ISO 6892-1 (A03-001-1) Matériaux métalliques - Essai de traction - Partie 1 : méthode d'essai à température ambiante (Révision 2020)
Pour en savoir plus, consultez le bulletin de veille normative VN2002 (Mars 2020).
La norme ISO 6892-1 de juillet 2016 citée dans cet article a été remplacée par la norme ISO 6892-1 : Matériaux métalliques - Essai de traction - Partie 1: Méthode d'essai à température
ambiante (Révision 2019)
Pour en savoir plus, consultez le bulletin de veille normative VN1911 (Décembre 2019).
RÉSUMÉ
Cet article décrit les propriétés des principales mousses métalliques existantes au regard des applications potentielles. Il illustre leurs possibilités et leurs spécificités, notamment par rapport à leurs structures, leurs densités relatives et leurs matériaux constitutifs. Les propriétés des mousses sont également comparées, autant que possible, à celles des matériaux concurrents, y compris quand il s'agit d'autres structures alvéolaires comme le nid d'abeille.
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This article describes the properties of the main existing metallic foams with a view to their potential applications. It illustrates their potential and specific features, taking into account their structures, their relative densities and their constituent materials. The properties of the foams are compared, as far as possible, with competing materials, including other cellular structures such as honeycomb.
Auteur(s)
-
Yves GAILLARD : Ingénieur École Supérieure de Fonderie (ESFF) - Ingénieur projet, Centre Technique des Industries de la Fonderie (CTIF), Sèvres, France
INTRODUCTION
Les mousses métalliques s’inscrivent dans le groupe plus général des matériaux cellulaires dont elles partagent les caractéristiques et certaines propriétés. Elles présentent néanmoins des propriétés spécifiques intéressantes comme, par exemple, une certaine isotropie, ou la possibilité d’échanges thermiques et électriques avec des surfaces spécifiques élevées.
Outre le matériau qui les compose, les caractéristiques de ces matériaux sont essentiellement tributaires de leur taux de porosité, ainsi que des morphologies de leurs cellules. Souvent, pour répondre aux besoins fonctionnels des concepteurs, les propriétés établies sur ces produits correspondent à une approche macroscopique concernant un volume représentatif de mousse. Les études à l’échelle de la cellule, très utiles pour la compréhension des phénomènes physiques, restent encore complexes à exploiter et à synthétiser dans des outils utilisables à l’échelle des prototypes. Ces pseudo propriétés sont alors bien souvent exprimées en fonction d’une part des propriétés du matériau de base, et d’autre part de la densité relative de la mousse métallique.
Enfin, l’orientation des études sur les propriétés des mousses métalliques a été naturellement imposée par les utilisations potentielles de ces nouveaux matériaux.
Cet article propose donc une approche structurée par application, pour les principaux domaines d’utilisation actuels des mousses métalliques (crash, balistique, échange thermique, médical).
Les relations entre la composition, la morphologie des mousses métalliques et les propriétés résultantes sont présentées pour chacun des domaines, ainsi que les caractéristiques clés correspondantes.
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MOTS-CLÉS
propriétés mousses métalliques protection thermique électrique médical test de crash tomographie RX
KEYWORDS
properties | metallicfoams | protection | heat exchange | electrical | medical | crash test | X-ray tomography
DOI (Digital Object Identifier)
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Isolation phonique et vibratoire
En anglais
4. Propriétés thermiques
4.1 Échange thermique (avec liquide ou gaz)
Pour ce type de propriété, bien évidemment, seules les mousses métalliques à structures ouvertes (pores communicants) sont concernées.
L’emploi de la mousse métallique dans les échangeurs doit répondre à deux exigences qui sont antinomiques au niveau de la taille des cellules à mettre en œuvre :
-
la recherche d'un maximum d’échanges thermiques, donc une surface spécifique importante, ce qui conduit à retenir les plus petites cellules possibles ;
-
la limitation des pertes de charge, ce qui conduit à opter pour des cellules plus importantes avec de grosses fenêtres de passage.
Les matériaux constitutifs de ces mousses sont donc de bons conducteurs de chaleur, classiquement le cuivre et l’aluminium. Néanmoins, certaines applications spécifiques, comme les échanges de chaleur en milieux très corrosifs, imposent des matériaux différents, de type acier inoxydable par exemple.
Très logiquement, les propriétés les plus étudiées sur les mousses métalliques concernent le transfert thermique d’une part et les pertes de charge d’autre part, comme le présente la figure 14.
Ce sont les propriétés micro-structurales de la mousse, taille de pore, densité des pores, densité relative, porosité qui, du côté mousse, pilotent ces propriétés. Le transfert thermique et les pertes de charges augmentent simultanément lorsque la densité relative et la taille des pores diminuent.
La figure 14 illustre cet effet, les mousses à faible taille de cellules (Castfoam® 5 mm) présentent des pertes de charges plus importantes que celles à plus forte taille de cellule (Castfoam® 10 mm). Par contre, les petites tailles de cellules (Castfoam® 5 mm, ERG 40 ppi) sont plus favorables à l’échange thermique que les cellules de plus grandes tailles (Castfoam® 10 mm, ERG 10 ppi).
La taille des pores est exprimée en nombre de porosités linéaires, c'est-à-dire en pores per inch (ppi), 10, 20 et 40 ppi correspondant respectivement à 2,5, 1,3 et 0,6 mm.
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Propriétés thermiques
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - DAIRON (J.) - Développement d’une nouvelle technique d’élaboration de mousses d’acier par fonderie et caractérisation mécanique - Thèse école Centrale de Lille (2008).
-
(2) - MONTANINI (R.) - Measurement of strain rate sensitivity of aluminium foams for energy dissipation - International Journal of Mechanical Sciences 47, 26-42 (2005).
-
(3) - ASHBY (M.F.), EVANS (A.G.), FLECK (N.A.), GIBSON (L.J.), HUTCHINSON (J.W.), WADLEY (H.N.G.) - Metal foams : a design guide - Boston : Butterworth-Heinemann (2000).
-
(4) - BLAZY (J.-S.) - Comportement mécanique des mousses d’aluminium : caractérisations expérimentales sous sollicitations complexes et simulations numériques dans le cadre de l'élasto-plasticité compressible - Thèse Centre de Mise en Forme des Matériaux de l’École des Mines de Paris (2003).
-
(5) - GIBSON (L.J.), ASHBY (M.F.) - Cellular Solids Structure and Properties (2nd edition) - Cambridge University...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
[B1] Procédé de fabrication d'un dispositif médical interne, WO 2007017612 A2.
[B2] Structures denses/poreuses utilisées comme substituts osseux, WO 2002083188 A2.
[B3] Implant poreux, WO 2007016796 A1.
[B4] Mise en place d'un filetage dans un dispositif médical poreux, WO 2011002781 A2.
[B5] Method for preparing a catalytic metal foam and use thereof, US 2895819 A.
[B6] Method for making a cobalt metal foam, EP 2537581 A1.
[B7] High-durability metal foam-supported catalyst for steam carbon dioxide reforming and method for preparing the same, US 20140138585 A1.
[B8] Porous metal catalysts for oxygen reduction, WO 2010138138 A1.
[B9] Matériaux de mousse métallique pour contact des connexions électriques, EP 1602153 B1.
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