Kobrez metatutako karbono-zuntzezko aluminiozko aparrezko sandwich panelaren errendimenduaren ezaugarriak ohiko aluminiozko aparrezko sandwich panelarekin alderatuta

Aluminiozko aparra ogitartekoa(AFS) panelek egitura- eta funtzio-ezaugarrien konbinazioa dute, hala nola dentsitate baxua, indar espezifiko handia, energia-xurgapen egokia, moteltze ahalmena eta blindaje elektromagnetikoa. Propietate bikain hauek AFSek potentzial handia dute aeroespazialean, garraioan eta itsas eremuetan. Ozta-ozta metalezko aparekin alderatuta, AFSren kanpoko metalezko plakek aparra modu eraginkorrean zigilatu eta propietate mekaniko integralak hobetu ditzakete, hala nola trakzio- eta tolestura-indarra. Orokorrean, AFS itsasgarri-lotura metodoaren bidez fabrikatu zen, eta horrek aluminiozko aparra metal solidoko panelei epoxi erretxina itsasgarriaren bidez lotzea dakar.

Lotura itsasgarriaren metodoak moteltze estrukturala modu eraginkorrean hobetzen badu ere, mugak ditu, besteak beste, birziklapenaren erronkak eta tenperatura altuko edo korrosiboko baldintzetan delaminazioaren hutsegitearen suszeptibilitatea. Muga horiei aurre egiteko, ikerketa ahalegin handiak egin dira panelaren eta nukleo geruzaren arteko lotura metalurgikoa lortzera.

Gaur egun, lotura metalurgikoa lortzera zuzendutako AFSrako prestatzeko metodo nagusiak hiru kategoriatan sailkatzen dira orokorrean: soldadura, urtze-aparra eta paketatze-ijezketa-hauts metalurgia-metodoa. Metodo horien artean, ontziratzeko ijezketa hauts metalurgia metodoa hobetzat jotzen da poroen egitura kontrolatzeko eta tenperatura baxuko aparra lortzeko. Gure aurreko lanek teknologia hau erabili zuten tamaina handiko AFS fabrikatzeko, hedapen-propietate eta egitura zelular hobeekin industria-aplikazioetarako.

Hala ere, apar-nukleoaren konpresio-propietate mekaniko nahiko baxuak direla eta, AFS-ren erresistentzia mekanikoaren hobekuntza mugatua da, beraz, apar-nukleoaren indarra hobetzea funtsezkoa da AFSrako.

Orain arte, ohiko metodoek konpresio-propietate mekanikoak hobetzeko jakinarazi dutealuminiozko aparrahonako hauek dira: gainazaleko tratamendua, tratamendu termikoa eta errefortzua, partikulak, zuntzak, aleazio-elementuak eta abar gehituz. Horien artean, dentsitate baxuko karbono-zuntz laburrek, modulu elastiko handiko eta aspektu-erlazio handikoak arreta handia erakarri dute indartzeko material itxaropentsu gisa. Gainera, karbono-zuntzen gainazaleko metalizazioak, electroplating edo plaka kimikoen bidez, hala nola kobrea edo nikela, karbono-zuntzen hezegarritasuna are gehiago hobetzen du aluminio-fusioan eta karbono-zuntzen eta aluminio-urtuaren arteko interfazial erreakzio kaltegarriak saihesten ditu. Karbono zuntz laburra gaur egun oso erabilia da aluminiozko matrize konposatuak sendotzeko.

Bhav Singhetal. kobrez estalitako karbono-zuntzek prestatutako aluminio-matrize-konposite sendotuak, stir casting metodoaren bidez. Muetal. nikelez estalitako karbono zuntzekin indartutako aluminiozko matrize konposatuak fabrikatutako bi rolling casting metodoa erabiliz. Emaitzek karbono zuntzak gehituta konpositeen trakzio-erresistentzian hobekuntza nabarmena erakutsi dute. Hala ere, ikerketa mugatua izan daaluminiozko aparra indartuakobrez estalitako karbono-zuntzekin. Caoetal. lehen prestatutako kobrez estalitako karbono-zuntzek aluminiozko aparra indartu zuten urtutako aparra metodoaren bidez. Emaitzek frogatzen dute Cf-ren %0,35 bolumenak aluminiozko aparra egonkor dezakeela film likidoaren haustura saihestuz, eta aparrari gehitutako zuntz kopurua egonkorragoa da. Muetal. Urtutako aparra metodoaren bidez prestatutako aluminio-aparren moteltze-propietateak nabarmen hobetu zirela Cf.

Horren arabera, ondoriozta daiteke Cf gehitzea estrategia eraginkorra izan daitekeela apararen egonkortasuna eta propietate mekanikoak aldi berean hobetzeko.aluminiozko aparrak. Gainera, ez da txostenik egin hauts metalurgiaren metodoaren bidez prestatutako kobrez estalitako karbono-zuntzekin indartutako aluminio-apar-apar-sandwich-panelei buruz, eta horrek ikertzaileak arlo honetan azterketa sakonagoak egitera bultzatzen ditu.

Ikerketa ugari egin dira nukleazio-mekanismoari eta egonkortasunari buruzaluminiozko aparraksendotze faseak gehituta. Poro kopuruaren eta poroen morfologiaren desberdintasunak,

hala nola, tamaina, banaketa eta forma, nukleazio mekanismoei eta egonkortasunari egotzi ohi zaizkie. Nukleazio-efektu heterogeneoak eta oxido-sareak egonkortzeko mekanismoak hauts metalurgiako sisteman sakon ikertu dira. Artikulu honetan erabilitako Al–Si–Mg–Cu-z osatutako aleazio-hauts kuaternarioek dilatazio-tasa apartak eta aparra-tenperatura baxuak izan dituzte, solidus tenperatura 507 ◦C eta liquidus tenperatura 596 ◦C-rekin. Hala ere, aleazio-konposizio jakin hori duten hauts trinkoen nukleazio-mekanismoari, egonkortasunari eta konpresio-propietate mekanikoei buruzko ikerketa falta dago, batez ere Cf. Aurreko lanetan, nukleazio- eta egonkortze-mekanismoen ikerketak in situ ez diren metodoen bidez egin ziren batez ere, aparra eten ostean azkar hoztu ziren laginen analisi tomografikoa eginez. Zoritxarrez, azpimikronetako burbuilen nukleazioa aurrekarien berotzean gertatzen da batez ere eta azkar hedatzen da 100 ms-tik 1 s-ra bitarteko denbora-tarteetan, sarritan denbora errealean behatzeko erronkak aurkeztuz. Sinkrotroi erradiazioen X izpien irudien teknika modernoak energia eta bereizmen espazio-denbora handikoak ditu, tenperatura altuetan aluminiozko aparren nukleazio eta hazkuntza prozesua denbora errealean eta in situ behatzeko aukera ematen duena. Gaur egun, ikertzaile mugatuek soilik aztertu dute Al–Si–Mg aleazio hautsaren apar-zinetika sinkrotroi erradiazio bidez. Adibidez, García-Morenoetal. Aluminio-apar likidoan fenomeno dinamiko esanguratsuak jakinarazi zituzten, besteak beste, nukleazioa eta hazkundea, burbuilen berrantolaketa, likidoaren erretrakzioa, aglomerazioa eta film haustura. Kamm et al. AlSi8Mg4 aluminio-aparren nukleazio- eta hazkuntza-prozesua aztertu zuen, sinkrotroi erradiazio bidez. Haien aurkikuntzek adierazi zuten metal hautsaren gainazalean adsorbatoen deskonposizioaren bidez sortutako hidrogenoa beste nukleazio mekanismo esanguratsu bat dela. Hala ere, osagai aitzindarien arteko elkarrekintza korapilatsua da, eta aparra-dinamikaren konposizioaren eraginpean egon daiteke. Bai Al–Si–Cu–Mg hauts sistemarako, bai Al–Si–Cu–Mg hauts sistemarako Cf gehigarriarekin, apar metalikoen hastapena eta hazkuntza ulertzea eta arakatzea funtsezkoa da apararen estruktura gehiago garatzeko propietateak hobetzeko. aplikazioetarako.

Lan honetan, Cf/AFS eta AFS metalurgia-interfazial lotura duten packing rolling hauts metalurgia metodoaren bidez prestatu ziren. Cf/AFS eta AFS-en burbuilen bilakaera in situ ikusi zen sinkrotroi erradiazio bidez, Cf-ren mekanismoa burbuilen nukleazioan, hazkuntzan eta fusioan eta egonkortasunean agerian jartzeko. Gainera, Cf/AFS eta AFS 620 ◦C-tan aparra egin zuten 15 minutuz ganberako labe batean. Ondoren, apardun laginen poroen tamainaren banaketa, poroen mikroegitura eta konpresio-propietate mekanikoak ezaugarritu eta probatu ziren. Aipatutako azterlanetan oinarrituta, Cf/AFS eta AFSen egitura eta konpresio-erresistentzia ebaluatu dira sistematikoki.

2. Materialak eta metodoak

2.1. Lehengaiak

AFS eta Cf/AFS prestatzeko sei lehengai erabili ziren: Al hautsa (batez besteko tamaina: 45 μm, purutasuna > % 99,70), Si hautsa (batez besteko tamaina: 38 μm, purutasuna > % 99,50), Cu hautsa (batez besteko tamaina: 38 μm, purutasuna>% 99,90, Mg hautsa (batez besteko tamaina: 75 μm, purutasuna >% 99,70, TiH2 hautsa (batez besteko tamaina: 45 μm, purutasuna > 99,70%) eta kobrez estalitako karbono-zuntza (batez besteko tamaina: 1~2 mm, kobre-estalduraren lodiera: 1,4 μm).

2.2. Cf/AFS fabrikazioa

Enbalatzeko ijezketa hauts metalurgiaren metodoaren eskema azaltzen da1. irudia. Nahaste-etapan, AlSi6Mg4Cu4 aleazio kuaternarioko hautsa prestatu zen, Al, Si, Cu eta Mg-ko hautsekin % 86, % 6, % 4 eta % 4 pisuko proportzioetan, hurrenez hurren. % 1 pisuko TiH2 hauts oxidatu (bero tratamendua airean 1,5 orduz 470 ◦C-tan) gehitu zen, urtutako tenperaturan H2 azkar askatzen zuen hedatzaile gisa, urtua zabalduz. Gainera, karbono-zuntzen %0,5 pisua indartzeko fase gisa sartu zen. Nabarmentzekoa, hezegarritasuna hobetzeko eta Al4C3 bezalako erreakzio kaltegarriak saihesteko aparra egitean zuntz-aluminioaren urtze-interfazean, karbono-zuntzak kobrez estali ziren galvanoplastia bidez. Galvanizazio prozesua Erref.etan deskribatu zen.2. irudiaElektrorik gabeko plakatze-prozesuaren bidez lortutako kobrez estalitako karbono-zuntzak erakusten ditu. Estaldurak zuntzaren gainazalean estaldura uniformea ​​eta jarraitua du(2. irudia (a)-(b)). Ondoren, ikerketa honetan erabilitako aleazio-konposizio desberdinak lehen aipatutako hautsak Cf-rekin eta gabe nahasketa hiru dimentsioko nahasgailu batean ondo nahasiz prestatu ziren 3 orduz. Uniformeki nahasten den hautsa barrunbe zigilatu batean kapsulatzen da, hotz eta beroa ijezketa prozedurak jarraituz.

Hotzeko ijezketa faseak barrunbeen eta partikulen arteko espazio interstizialen barruko airea modu eraginkorrean ebakuatzen du hainbat pasabide eta sakonune txiki batzuen bidez. Beroko ijezketa-etapak aitzindariak %98tik gorako dentsitate erlatiboa lortzen duela ziurtatzen du panelaren eta hautsaren kodeformazioaren bidez, eta horrek geroko aparra prozesua errazten du. Ijezketa-prozesuaren parametro zehatzak Erref. AFS eta Cf/AFS apar-aitzindariak aipatutako prozesuaren bidez lortzen dira. Azken batean, bi aitzindari espumagarriak 620 ◦C-tan berotu ziren 15 minutuz Cf/AFS eta AFS laginak fabrikatzeko, poroen tamainaren analisirako, mikroegituraren karakterizaziorako eta konpresiozko propietate mekanikoen probak egiteko.

2.3. Karakterizazio- eta proba-metodoak

2.3.1. Mikroegituraren karakterizazioa

Cf/AFS eta AFS-ren Mikroegituraren morfologia eremu-igorpenaren ekorketa-mikroskopia elektronikoaren bidez ikertu zen (SEM, Zeiss Ultra Plus). Energia-dispertsio-espektroskopia (EDS) erabili zen apardun laginen zelula-hormetan hainbat faseren konposizioa identifikatzeko. Laginen luzetarako sekzioak apardun aleak moztuz lortu dira elektrodeskargako makina erabiliz (EDM, DK7745). Horren ondoren, aleen luzetarako sekzioak pinturaz estali eta gero lixatu eta leundu egin ziren, hurrenez hurren, 800- eta 1500-ko ​​lixa-paperarekin. Azken finean, leundutako alearen zeharkako zelula-diametro baliokideak (Dmean) irudiak aztertzeko softwarea erabiliz zehaztu ziren, Image Pro Plus 6.0.

1. irudia.Enbalatzeko ijezketa hauts metalurgiaren metodoaren eskema.

2. irudia.(a) kobrez estalitako karbono-zuntzen SEM irudiak eta (b) (a) karratu gorri batek markatutako eskualdearen ikuspegi handitua erakusten du. (c) eta (d) irudiak (b) A puntuko EDS emaitzak dira.

3. irudia.Sinkrotroi erradiazio-esperimentuaren konfigurazio eskematikoa.

2.3.2. Sinkrotroi erradiazioen bidez aparra-behaketak in situ

Sinkrotroi erradiazioen esperimentuaren konfigurazioaren eskema eskema zirriborratuta dago3. irudia. Esperimentuak Beijingeko Sinkrotroi Erradiazio Instalazioko 4W1A beamlinean egin ziren (BSRF, Beijing Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences, Txina). Xurgapen-kontrastearen ohiko irudiak ez bezala, paper honek fase-kontrastearen irudiak erabiltzen ditu Sinkrotroi Erradiazioko Argi Iturriarekin. Ikuspegi honek xurgapen-irudi tradizionalaren mugei erantzuten die, ahul xurgatzen duten substantziak bistaratzeko eraginkorra ez dena. Aleen aparra-prozesua neurrira diseinatutako apar-labe batean egin zen, X izpien izpiaren norabidearekiko perpendikular kokatutako 15 mm x 15 mm-ko leiho karratu batekin. Laginaren tamainak, 3. irudian azaltzen den bezala, 15 mm × 15 mm × 2 mm neurtzen du. Lagina zeramikazko xafla kopuru jakin batez osatutako apar-molde batean jartzen da. Apar-prozesuan zehar, X izpiak lagina zeharkatu eta karga-akoplatutako gailu (CCD) kamera batek harrapatzen ditu. Aukeratutako X izpien iturriak 20 Kev-ko intentsitatean funtzionatzen zuen, eta 7,4 mm × 7,4 mm-ko gehienezko ikusmen-tamaina erabili zen apar-prozesu osoa behatzeko.

Azpimarratzekoa da behatutako laginak ijezketa-noranzkoarekiko zein tangentzial-noranzkoarekiko perpendikularki kokatu zirela. Cf% 0,5 pisua zuten aitzindariek eta Cf% 0,5 pisurik gabekoei laginen alboetako panelak kendu zituzten EDM erabiliz. Cf-k aluminiozko apararen aparra-ezaugarrietan duen eragina ikertu da. Gainera, konposizio ezberdineko aitzindariak berogailu-labe berean aparra jarri ziren 620 ◦C-ko aurrez ezarritako tenperaturan.

2.3.3. Konpresioaren propietate mekanikoen proba

Konpresio-proiektuak 23 mm-ko altuera eta 20 mm-ko diametroa duten ale zilindrikoetan moztu ziren EDM bidez, eta norabide guztietan gutxienez 10 poro osoak barne hartzea ziurtatu zen, tamaina efektua ekiditeko. Konpresio ia-estatikoko probak ISO13314-2011 eta GB/T31930-2015 arauei jarraituz egin ziren, 100 KN-ko gehienezko karga-ahalmena duen AG-XPLUS elektroi-material unibertsalak probatzeko makina bat erabiliz. Talde bakoitzerako hiru lagin probatu ziren, eta lan honetako tentsio-tentsio-kurbek probatutako hiru laginetatik lortutako batez besteko emaitzak adierazten dituzte. Proba guztiak desplazamenduaren kontrolpean egin ziren, 2 mm/min-ko gurutze-buruaren abiadura konstantea mantenduz (hasierako tentsio-tasa 10− 3 s− 1-ko abiadurari dagokiona) giro-tenperaturan.

4. irudia.Cf/AFS apar-prozesuaren denboran eboluzionatutako sinkrotroi erradiazio-irudiak: (a) apar gabeko aitzindaria 380 ◦C-ko t0 momentuan; (b)–(c) kobre elementalaren eta II motako nukleazioaren disoluzioa aitzindariak urtzean; (d)–(g) burbuilen nukleazio- eta hazkuntza-prozesu heterogeneoak; eta (h)–(i) burbuilak bat egitea eta haustura.

3. Emaitzak eta eztabaida

3.1. Sinkrotroi erradiaziopean aparra-jokaera in situ

3.1.1. Cf/AFS-en apar-eboluzioa

4. irudiaCf/AFS-ren aparra-prozesua irudikatzen duten sinkrotroi erradiazio-irudi sorta bat erakusten du. Cf/AFS-ren jatorrizko irudiak(4. irudia (a))matrizea egoera solidoan zegoenean harrapatu ziren 380 ◦C-tan, eta denbora hau t0 gisa ezarri zen. Aitzindariaren beste osagaiekin alderatuta, Cf beltza agertzen da nagusiki grisa den aluminioan aberatsa den matrizearen barruan. Hau zuntzaren gainazalean kobre-eduki handiari egotzi daiteke, atalean erakusten den moduan2.c)-(d) irudia, masa atomiko erlatibo handiena duena aitzindariaren beste osagaiekin alderatuta. Gainera, Cf-ren gehiengoa sakabanatuta eta bereizita dagoela ikusten da, elkarrekin bildu beharrean,4. irudia (a). Horrek esan nahi du % 0,5 pisuko Cf gehitzearekin, 3 orduko nahaste-prozesu batek nahi duzun dispertsio-egoera eraginkortasunez lor dezakeela.

t0+194s-an (an ikusten den bezala4. irudia (b)), 90 μm-tik 180 μm-ko diametroa duten burbuila zuri eta ia esferiko kopuru handia ikus daiteke aluminio grisaren matrizean (gezi gorriz markatuta). Burbuila kopuruak hazten jarraitu zuen 46 s-tan, atalean erakusten den moduan4. irudia (c). Gainera, matrizean gertatzen ari den beste aldaketa aipagarri bat da Cf-ren gainazalean burbuila txiki batzuk sortu ohi direla Cu disoluzioak hastearekin batera (puntudun koadro gorriarekin markatuta). Fenomeno hau ziurrenik kobrea duen hauts trinkoaren barruan gertatzen den II motako nukleazioari egozten zaio. Oso ezaguna da Cu gehitzeak aleazioen urtze-tenperatura nabarmen gutxitzen duela. Honen ondorioz, hauts partikulen inguruan kobre-hautsa duen hauts-aurrekarian hauts partikulen inguruan lokalizatuta urtzea lortzen da berotze-prozesuan zehar, tenperatura baxuagoetan Al-Si-Mg-Cu kuaternario urtze eutektiko kopuru handia sortuz. Urtze eutektiko kuaternarioa aleazioko eskualde ahula izan ohi da eta nukleaziorako joera handiagoa du. Ondorioz, burbuilak litekeena da zuntzaren gainazalean kobrez estalitakoaren ondoan nukleatzea eta haztea. Gainera, une honetan matrizean dagoen frakzio likido baxuak TiH2-aren deskonposiziotik datozen gasak aluminiozko matrizean erraz metatzea eragiten du. II motako nukleazioak modu eraginkorrean saihestu dezake metatutako gasak frakzio likido baxuko matrizea aldenduz eta likidoan zehar pitzadurak hedatzea, hidrogeno kantitatearen galera larria eraginez.

4(d) irudiaburbuilak hasieran nukleatzen eta hazten dira Cf-ren eskualdean matrizea guztiz urtzen den heinean, eta burbuilen kokapenak desagertzen den kobrez estalitako geruzari dagozkio (puntudun koadro gorriz markatuta). Ondo finkatuta dago fase sekundarioak gehitzeak nukleazio gune heterogeneoen kopurua handitzen duela, eta, ondorioz, aleazio urtuaren barruan burbuila berriak sortzeko energia-hesia murrizten da. Bien bitartean, nukleazio-tasa bolumen-unitateko nukleazio-eremu heterogeneo osoarekin erlazionatuta dago. Ondorioz, ikus daiteke burbuilak hasieran karbono-zuntzak dauden tokietan nukleatzen direla eta karbono-zuntzaren luzeran hedatzen direla. Urtutako frakzioa gehiago handituz gero, burbuila berri ugari sortzen jarraitzen dute4(e)–4(g) irudia. Hala ere, burbuilen bat-egite eta haustura lokalizatuen abiadura motela da, burbuilek egonkortasun handia dutela adierazten du. t0+426s-an, burbuila kopurua nabarmen handitzen da, eta

aitzindari bolumenak hedapen handia erakusten du(4. irudia (h)). Gainera, burbuilen bat-egitea (gezi gorriz markatua), non burbuila txikiak handienek xurgatzen dituzten Ostwald-en heltzearen ondorioz, ezinbesteko prozesu bat da apar metalikoen bilakaeran [40]. Heltze-fenomeno honek burbuila handi eta irregular kopuru txiki bat ere agertzea eragiten du (gezi gorriz markatuta).4. irudia (i)).

5. irudia.AFSren aparra-prozesuaren denbora-eboluzionatutako irudiak etapa desberdinetan: (a) urtu gabeko aitzindaria 380 ◦C-ko t0 momentuan; (b) kobre elementala eta II motako nukleazioa aitzindariak urtzean; (c) burbuilen nukleazio- eta hazkuntza-prozesuak; eta (d)–(f) burbuilak bat egitea eta haustura.

3.1.2. AFSren apararen bilakaera

5. irudiak AFSren aparra-prozesua erakusten duten sinkrotroi erradiazio-irudi sorta bat erakusten du. Cf/AFS-ren antzera, sinkrotroi erradiazio-sekuentziaren hasierako irudia AFS fase solidoan zegoenean atera zen 380 ◦C-tan (ikus5. irudia (a)). Matrizea solidus tenperaturatik gora berotzen denean, burbuila zuri txikiak ikusten dira barruan5. b) eta (c) irudia, TiH2-aren deskonposizioaren ondorioz eta Cu-ko eskualdean II motako nukleazioa gertatzearen ondorioz. Hala ere, sortutako burbuila kopurua eta haien banaketa-dentsitateac) irudianabarmen txikiagoa da4. irudia (c). Horrek iradokitzen du Cf/AFS-k nukleazio garaian gasa askatzeko kanal gehiago eskaintzen dituela, frakzio likido baxuko aluminiozko matrizean pitzadurak gehiegi sortzea saihestuz.

AFS nukleazio gune kopuru gutxiago eta Cf/AFSrekin alderatuta burbuilen hazkuntza anormala izateko probabilitate handiagoa ikus daiteke.5(d)-(f) irudia. AFS burbuilen bilakaera irregularra da, eta haien tamainak gorabehera handiak izaten ditu mikrometro-tamainako burbuilen eta anormalki milimetro-tamainako burbuila handien (gezi gorriz markatuta) elkarbizitzagatik. Gainera, lehen nukleazio-prozesuan zehar ezegonkortasun eta deshomogeneotasun horrek alde nabarmenak sor ditzake AFS eta Cf/AFS arteko azken poroen egituran eta propietate mekanikoetan.

3.2. Makroegituraren azterketa

AFS eta Cf/AFS arteko poroen morfologia makroskopikoaren eta poro-diametroaren desberdintasunak ikertzeko, bi sandwich-egitura prestatu ziren laborategiko baldintzetan 620 ◦C-ko apar-tenperaturan 15 minutuz. AFS eta Cf/AFS-en makroegiturak eta zelula-tamainaren banaketa agertzen dira6. irudia. Bi sandwich-egituren laginen sekzio bertikalen konparaketak agerian uzten du Cf/AFS aparrek zelula finagoak eta akats gutxiago dituztela, hala nola zelulen haustura edo bat egitea (ikus6. irudia (b)). Aitzitik, atalean erakusten den bezala6. irudia (a), AFS-k poroen homogeneotasun eskasa erakusten du poro handi anormal batzuen presentziarekin. Bien bitartean, AFS eta Cf/AFS-ren poro-diametro baliokidea 2,9 ± 0,2 mm eta 1,9 ± 0,1 mm-koa izan zen, hurrenez hurren, eta poro-diametroa Cf gehituz hobetu zela iradokitzen du (ikusc) eta d) 6. irudia).

Poro-egituraren bilakaeran bi lehia-mekanismok eragiten dute: TiH2-aren deskonposizioa eta apararen bat-egitea eta haustura. TiH2-ren deskonposizioak nukleazio-, porositate- eta hedapen-abiadura-kopurua handitzen laguntzen du, eta burbuilen bat egiteak eta hausturak poro kopurua murrizten du eta poroen diametroa handitzen du. Burbuilen bat-egite eta haustura-gertaerak murrizteak egitura zelular hobea lortzen laguntzen du. Horregatik, apararen egonkortasun handia beharrezkoa da poro-egituraren homogeneotasuna mantentzeko aparra prozesuan. Cf/AFS-rako, Cf gehitzeak asko hobetzen du aluminiozko urarekin zuntzen hezegarritasuna. Urtutako aparra metodoaren bidez prestatutako Cf-ren indartutako aluminio-aparraren antzera [44], Cf gehitzeak aluminio-aparra egonkortzen du, zelula horma haustura saihestuz eta aglomerazioa murriztuz. Bien bitartean, Cf-k sare-itxurako egitura bat sor dezake zelula horman, eta horrek bereizketa-indar bat sortzen du eta burbuilen haustura saihesten du, horrela zelula-egitura, apar-egonkortasuna eta poroen banaketaren uniformetasuna hobetuz.

3.3. Mikroegituraren karakterizazioa

7. irudia (a)AFSrekin aparra egin ondoren hormaren mikroegitura erakusten du. AlSi6Cu4Mg4 aleazio-aparretarako jakinarazi den bezala, Al–Si, Mg2Si, Al2Cu eta Al5Cu2Mg8Si6 eutektikoak daude aleazioan, eta hori bat dator EDS azterketatik lortutako aurkikuntzekin.7. irudia (b). Fase hauskor hauek aluminio-apurraren propietate mekanikoak murrizten dituzte poro-horma ahulduz edo deformazioan pitzadura-iturri gisa jokatuz. Hori dela eta, poro hormaren propietate mekanikoak indartzeko faseak gehituz hobetzea estrategia bideragarria eta eraginkorra da.

Cf/AFS-rako, bertatik beha daitekec) irudia eta (d)Cf-a zelula-hormaren barruan edo zelula-hormaren ertzean banatzen dela, Cf-k hezegarritasun bikaina duela adierazten du aluminio urarekin. Gainera, nabarmena da (ikus7. irudia (d)) hauspeatutako fasearen Al2Cu kopuru txiki bat sortzen dela zuntzen eta aluminio urtuaren arteko interfazean. Fenomeno honek zuntzen eta matrizearen arteko lotura sendoa lortzen laguntzen du. Difusio-erreakzio honen progresioa intuitiboki ikus daiteke4. irudia (a)-(c). Kontuan izan, prezipitatutako faseak ez dituela karbono-zuntzak guztiz inguratzen, eta banaketa horren egoera eta kopurua onuragarriak direla Cf/AFSrentzat. Lv et al-en azterketan oinarrituta, Cf indartutako aluminiozko matrizeko material konposatuetan, frogatu zen fase hauspeatuaren kantitate egokiak lotura interfazialaren indarra eragin eta erregula dezakeela.

6. irudia.Lagin adierazgarriaren atal bertikalak (a) AFS eta (b) Cf/AFS. (a) eta (b)-i dagozkien diametro baliokidearen eta azaleraren zatikiaren grafikoak (c) eta (d)-n irudikatzen dira, hurrenez hurren. (c) eta (d) lerro jarraitu sendoak log-normal egokitzapena adierazten du. Erregresioak (R2) egokitzearen ontasuna adierazten du.

7. irudia.SEM irudiek (a) eta (b) dagozkion mikroegiturak erakusten dituzte6. irudia(a) AFS eta6. irudia(b) Cf/AFS, hurrenez hurren, gainera,7. irudia(b) eta (d) ren handitze lokalizatuak erakusten dituzte7. irudia(a) eta (c), hurrenez hurren.

3.4. Al–Si–Mg–Cu aparra Cf egonkortzeko mekanismoa

Aipatutako analisian oinarrituta, Cf/AFS eta AFSrako apar-mekanismoaren irudikapen eskematiko bat laburbiltzen da.8. irudia. Cf/AFS eta AFS-ren arteko desberdintasun esanguratsuak nukleazio-etapan, burbuilen hazkuntzan eta bateratze-etapan eta pixkanakako solidotze-etapan, irudikatzen den moduan.8. irudia (a) eta (b).

8. irudia.Cf/AFS eta AFS apar-portaeraren diagrama eskematikoa: (a) Cf/AFS; eta (b) AFS.

AlSi6Cu4Mg4 aleazio-aparren nukleazio-etapan, burbuilek kobre-partikulen inguruko eutektiko likido kuaternarioaren barruan nukleatzen dute, TiH2 partikulen kokalekuan nukleatu beharrean. Aitzindariaren eskualderik ahuleneko nukleazio mota honek (II motako nukleazioa) TiH2-ren deskonposizioak askatzen dituen gasei ihes-bide gehiago ematen die, gasak metatzea saihestuz eta aluminio-urtuan pitzadurak hedatzea eraginez. Kobrez estalitako karbono zuntzak gehitzeak H2 askatzeko kanal gehiago sortzen ditu. Dena den, aluminioaren urtuak fase honetan nahikoa frakzio likidorik ez duenez, zaila da halako burbuila txikiek H2 iturri nahikoa edukitzea hazten jarraitzeko. Ondorioz, burbuila txiki hauek urtuaren barruan hausten dira tenperatura igotzean. Aitzindaria guztiz urtzen denean, TiH2-ren deshidrogenazio-erreakzio bortitzetik askatzen den H2-a nukleatu eta azkar haziko da nukleazio puntuan oinarrituta. Cf-ek nukleazio gune heterogeneo ugari eskaintzen ditu burbuilak sortzeko, eta horrek asko handitzen ditu nukleazio-tasa. Aldi berean, Cf-ren presentziak burbuila primarioen kontaktua eta bat-egitea modu eraginkorrean inhibitzen du eta burbuila anormalki handiak sortzea saihesten du.

Burbuilen hazkuntza eta fusio-etapan, Cf gehitzeak apar-egonkortasuna nabarmen hobetzen du. Arrazoia da Cf eta aluminio urtuak hezegarritasun ona dutela, eta zuntzak gas-likido bi interfazeen artean erraz harrapatzen direla sare-egitura bat osatzeko (ageri den bezala).c) irudia). Film likidoa mehetzen den heinean, zuntzek bereizketa-presioa sor dezakete lautadaren mugatik xurgapenari aurre egiteko, eta horrela film likidoa apurtzea saihesten da. Beraz, Cf/AFS-k apar-denbora luzeagoa behar du AFSrekin alderatuta, apararen bilakaeran poro-egituraren uniformetasuna mantendu dezakeen egonkortasun handiagoarekin.

Solidotze motelean, Cf/AFS-ko burbuilak ez dira hazten eta zuntzak zelula-hormaren barruan sartzen dira (puntudun koadro gorriarekin markatuta). Zuntzen atxikipen horrek burbuila txikiak handienek xurgatzea eragozten du, Ostwald-en heltzean ikusten den bezala, eta solidotzearen hedapenaren ondorioz zelula horma haustura eragozten du. Ondorioz, Cf/AFS-k poro-egitura homogeneoagoa eta poro-akats gutxiago erakusten ditu AFSrekin alderatuta.

3.5. Propietate mekanikoak

Ia porositate berdina duten Cf/AFS eta AFS konpresio-tentsio-tentsio kurbak (% 83,2 eta % 81,4, hurrenez hurren) aurkezten dira.9. irudia (a). Tentsio-tentsio-kurbak konpresio-tentsio-kurbak hiru etapako ezaugarri bereizgarriak erakusten ditu, eskualde elastiko lineala, goi-lautada-eskualdea eta dentsifikazio-eskualdea barne hartuta. AFS eta Cf/AFS-en konpresio erresistentzia 8,44 MPa eta 11,87 MPa izan zen, hurrenez hurren. Cf/AFS-ren konpresio erresistentzia % 40,6 handitu zen AFSrekin alderatuta. Bien bitartean, Cf/AFS-en energia xurgatzeko ahalmena AFSrena baino hobea da tentsio berean, atalean erakusten den moduan.9. irudia (b). AFS eta Cf/AFS energia xurgatzeko ahalmenak 3,3 MJ/m3 eta 6,1 MJ/m3 ingurukoak dira, hurrenez hurren. Cf/AFS-ren energia xurgatzeko ahalmena % 84,8 hobetzen da AFSrekin alderatuta.

9. irudia.Esfortzu-tren-kurba konpresiboak eta Cf/AFS eta AFS-ren energia xurgatzeko ahalmen-kurbak: (a) tentsio-tren-kurbak; (b) energia xurgatzeko gaitasunaren kurbak.

Cf barneratzeak apar-nukleoaren propietate mekanikoak nabarmen hobetu zituen. Ezaguna da-ren propietate mekanikoakaluminiozko aparraestuki lotuta daude poroen egiturarekin eta strut propietate mekanikoekin. Azterketa makroegituralak adierazi zuen Cf gehitzeak poroen tamaina findu zuela, poroen banaketa hobetu zuela eta poroen akatsak murriztu zituela. Sasikumar et al-en aurkikuntzen antzera. eta Yangetal. Poroen diametro txikia eta poro estuaren banaketa onuragarriagoak dira konpresioaren indarra eta energia xurgatzeko eraginkortasuna hobetzeko. Gainera, mikroegiturak apararen propietate mekanikoetan duen eragina batez ere apararen poro-hormetan txertatutako Cf-ari zor zaio. Aluminio-matrizean karbono-zuntzen kobre-estalduraren hedapena eta disoluzioa zuntzen eta aluminio-matrizearen arteko lotura sendoagoa lor daiteke, eta horrek karga-transferentzia egiten laguntzen du. Poro-horman grapatutako modulu handiko karbono-zuntzak konpresio-kargapean poro-hormaren deformazioa mugatu dezake eta karga-ahalmena hobetu dezake. Faktore horiek guztiek Cf/AFS-ren alde egiten dute etekin-indarra eta energia xurgatzeko ahalmen handiagoa lortzeko AFSrekin alderatuta.

4. Ondorioak

Cf/AFS eta AFS paketatze-ijezketa hauts metalurgiaren metodoaren bidez prestatu ziren lan honetan. Cf/AFS eta AFS-en apar-portaera dinamikoki ikusi zen sinkrotroi erradiazioen bidez.

ikertu Cf-ren eragina burbuilen nukleazioan eta hazkuntzan. Horrez gain, Cf poroen morfologiari, poroen banaketari eta aluminio-aparren konpresio-propietateei buruz sakon aztertu zen. Ondorio nagusiak hauek dira:

(1) Sinkrotroi erradiazioa in situ behaketak agerian uzten du bai Cf/ AFS bai AFS apar-prozesuek hiru fase bereizten dituztela: burbuilen nukleazioa, burbuilen hazkuntza eta fusioa eta solidotzea.

AFS-rekin alderatuta, Cf/AFS-ren aparra-prozesuak egonkortasun handiagoa eta burbuilen uniformetasun handiagoa erakusten du. AFS joera handiagoa du poroen eboluzio prozesuan zehar ohiz kanpoko poro handiak eta lodiak sortzeko. Gainera, desberdintasuna Cf-ren nukleazio-efektu heterogeneoari egozten zaio, burbuilen hormaren haustura saihesten duena eta koaleszentzia murrizten duen nukleazio-tasa handitzen den bitartean.

(2) %0,5 pisuko Cf gehitzeak poroen diametro baliokidea 2,9 ± 0,2 mm-tik 1,9 ± 0,1 mm-ra hobetzen du, poro-akats lodiak nabarmen murriztuz. Aldi berean, mikroegiturak Cf-ren hezegarritasun ona erakusten du, poroen horman eta gas-solidoen interfazean zehar banatzen dena, eta horrela apar-egonkortasuna hobetzen du.

(3) AFS-rekin alderatuta, Cf/AFS-en konpresio errendimendu-indarra eta energia xurgatzeko ahalmena % 40,6 eta % 84,8 gutxi gorabehera handitu dira, hurrenez hurren. Ikerketa honen aurkikuntzak aluminio-apar-sandwich-panelak indartzeko ideiak eman ditzake lotura metalurgikoko interfazeekin, automozio eta aeroespazialeko industrien ingeniaritza aplikazioetarako potentziala dutenak.

Journal of Materials Research and Technology-ko artikulua