Feartan coileanaidh pannal ceapaire foam alùmanum fiber carbon-tasgadh an coimeas ri pannal ceapaire foam àbhaisteach alùmanum

Ceapaire foam alùmanumTha measgachadh de fheartan structarail agus gnìomh aig pannalan (AFS) leithid dùmhlachd ìosal, neart sònraichte àrd, sùghadh lùth fàbharach, comas taise, agus dìon electromagnetic. Tha na togalaichean sàr-mhath sin a’ fàgail gu bheil comas mòr aig AFS ann an raointean aerospace, còmhdhail agus mara. An coimeas ri foams gann de mheatailt, faodaidh na truinnsearan meatailteach a-muigh de AFS an foam a sheulachadh gu h-èifeachdach agus na feartan meacanaigeach coileanta aige a leasachadh, leithid neart tensile agus cromadh. San fharsaingeachd, chaidh an AFS a dhèanamh le dòigh ceangail adhesive, a tha a’ toirt a-steach a bhith a’ ceangal an foam alùmanum ri pannalan meatailt cruaidh le bhith a’ cleachdadh adhesive resin epoxy.

Ged a tha an dòigh ceangail adhesive gu h-èifeachdach ag adhartachadh taiseadh structarail, tha cuingealachaidhean ann, a’ toirt a-steach dùbhlain ann an ath-chuairteachadh agus buailteachd gu fàilligeadh delamination fo chumhachan àrd-teòthachd no creimneach. Gus dèiligeadh ris na cuingeadan sin, chaidh oidhirpean rannsachaidh farsaing a chuir air chois gus ceangal metallurgical a choileanadh eadar am pannal agus an ìre bunaiteach.

An-dràsta, tha na prìomh dhòighean ullachaidh airson AFS a tha ag amas air ceangal metallurgical a choileanadh mar as trice air an seòrsachadh ann an trì roinnean: tàthadh, leaghadh foaming, agus pacadh modh meatailte pùdar rollaidh. Am measg nan dòighean sin, thathas den bheachd gu bheil an dòigh meatailteachd pùdar rolair pacaidh nas fheàrr airson smachd a chumail air structar pore agus a bhith a’ coileanadh foaming aig teòthachd ìosal. Chleachd an obair a rinn sinn roimhe an teicneòlas seo gus AFS de mheud mòr a dhèanamh le feartan leudachaidh nas fheàrr agus structar ceallach airson tagraidhean gnìomhachais.

Ach, mar thoradh air na feartan meacanaigeach teannachaidh coimeasach ìosal aig cridhe foam, tha leasachadh neart meacanaigeach an AFS cuingealaichte, agus mar sin tha tuilleadh leasachaidh air neart a 'chridhe foam deatamach airson an AFS.

Gu ruige seo, chaidh na dòighean cumanta a chaidh aithris gus feartan meacanaigeach teannachaidh a leasachadhfoam aluminiumTha iad mar a leanas: làimhseachadh uachdar, làimhseachadh teas, agus daingneachadh le bhith a’ cur mìrean, snàithleach, eileamaidean alloying, msaa. Nam measg, tha snàithleachan gualain goirid le dùmhlachd ìosal, modulus àrd elastagach, agus co-mheas sealladh mòr air aire fharsaing a tharraing mar stuthan neartachaidh gealltanach. A bharrachd air an sin, tha metallization uachdar de fhibreagan gualain, le bhith a 'dèanamh electroplating no plating ceimigeach leithid plating copair no nicil plating, a' toirt tuilleadh leasachaidh air fliuchd nan snàithleach gualain anns an leaghadh alùmanum agus a 'seachnadh ath-bheachdan cronail eadar na snàithleanan gualain agus an leaghadh alùmanum. Tha snàithleach gualain goirid a-nis air a chleachdadh gu farsaing gus companaidhean matrix alùmanum a dhaingneachadh.

Bhav Singhetal. ullaich snàithleach gualain còmhdaichte le copar a’ daingneachadh composites matrix alùmanum le dòigh tilgeadh stir. Muetal. Stuthan matrix dèanta alùmanum air an daingneachadh le snàithleach gualain còmhdaichte le nicil a’ cleachdadh an dòigh tilgeadh dà-rolla. Sheall na co-dhùnaidhean àrdachadh mòr ann an neart tensile nan stuthan co-dhèanta le bhith a’ cur snàithleach gualain ris. Ach, cha deach mòran rannsachaidh a dhèanamh airfoam alùmanum air a dhaingneachadhle snàithleach gualain còmhdaichte le copar. Caoetal. an toiseach snàithleach gualain còmhdaichte le copar air a dhaingneachadh foam alùmanum tron ​​​​dòigh foam leaghaidh. Tha na toraidhean a’ sealltainn gum faod 0.35 vol% de Cf an foam alùmanum a dhèanamh seasmhach le bhith a’ cur casg air briseadh film leaghaidh, agus mar as motha a bhios an ìre de shnàithleach a thèid a chur ris an foam nas seasmhaiche. Muetal. sheall e gun deach feartan taise foam alùmanum a chaidh ullachadh leis an dòigh foam leaghaidh a leasachadh gu mòr le bhith a’ cur Cf.

Mar sin, faodar a cho-dhùnadh gum faod cur-ris Cf a bhith na ro-innleachd èifeachdach gus seasmhachd foam agus feartan meacanaigeach a leasachadh aig an aon àm.foams alùmanum. A bharrachd air an sin, cha deach aithris sam bith a dhèanamh air snàithleach gualain copar-plated panalan ceapaire foam alùmanum air an ullachadh tron ​​​​dòigh meatailte pùdarrach, a tha a’ brosnachadh luchd-rannsachaidh gus sgrùdaidhean nas doimhne a dhèanamh san raon seo.

Chaidh grunn sgrùdaidhean a dhèanamh air uidheamachd nucleation agus seasmhachdfoams alùmanumle ìrean neartachaidh a bharrachd. Na h-eadar-dhealachaidhean ann an àireamh pore agus morf-eòlas pore,

leithid meud, cuairteachadh, agus cumadh, mar as trice mar thoradh air uidheamachdan nucleation agus seasmhachd. Chaidh sgrùdadh iomlan a dhèanamh air buaidhean nucleation heterogeneous agus dòighean seasmhachd lìonra ogsaid ann an siostam meatailteachd pùdarrach. Tha pùdar alloy Quaternary anns a bheil Al-Si-Mg-Cu a chaidh a chleachdadh sa phàipear seo air ìrean leudachaidh sònraichte agus teòthachd foam ìosal a nochdadh, le teòthachd solidus de 507 ◦C agus teòthachd liquidus de 596 ◦C. Ach a dh’ aindeoin sin, tha dìth rannsachaidh ann a thaobh uidheamachd nucleation, seasmhachd, agus feartan meacanaigeach teannachaidh de choimeasgaidhean pùdar anns a bheil an co-dhèanamh alloy sònraichte seo, gu sònraichte nuair a thathar a’ toirt a-steach Cf. Ann an obraichean roimhe, chaidh sgrùdaidhean air uidheamachdan niuclachaidh agus stèidheachaidh a dhèanamh sa mhòr-chuid tro dhòighean neo-in situ, a’ toirt a-steach mion-sgrùdadh tomagrafach air sampallan a chaidh a fhuarachadh gu sgiobalta às deidh briseadh foam. Gu mì-fhortanach, bidh nucleation builgean submicron gu sònraichte a’ tachairt aig àm teasachadh ro-làimh agus a ’leudachadh gu luath taobh a-staigh amannan ùine bho 100 ms gu 1 s, gu tric a’ nochdadh dhùbhlain airson amharc fìor-ùine. Tha an dòigh ìomhaigh X-ray rèididheachd synchrotron ùr-nodha a’ sealbhachadh lùth àrd agus fuasgladh spatiotemporal, a’ ceadachadh sealladh fìor-ùine, in situ, air pròiseas nucleation agus fàis foams alùmanum aig teòthachd àrdaichte. An-dràsta, chan eil ach luchd-rannsachaidh cuibhrichte air sgrùdadh a dhèanamh air cineatan foaming pùdar alloy Al-Si-Mg le rèididheachd synchrotron. Mar eisimpleir, García-Morenoetal. thug iad cunntas air uinneanan mòra fiùghantach ann an foam alùmanum leaghaidh, a’ toirt a-steach nucleation agus fàs, ath-rèiteachadh builgean, tarraing air ais leaghan, cruinneachadh, agus briseadh film. Kamm et al. rinn iad sgrùdadh air pròiseas nucleation agus fàis foam alùmanum AlSi8Mg4 le rèididheachd synchrotron. Sheall na co-dhùnaidhean aca gu bheil haidridean a chaidh a chruthachadh tro bhith a’ lobhadh adsorbates air uachdar pùdar meatailt a’ riochdachadh inneal nucleation cudromach eile. Ach, tha an eadar-obrachadh am measg phàirtean ro-làimh toinnte, agus faodaidh an riochdachadh buaidh a thoirt air daineamaigs foaming. Airson an dà chuid an siostam pùdar Al-Si-Cu-Mg agus an siostam pùdar Al-Si-Cu-Mg le Cf a bharrachd, tha tuigse agus sgrùdadh air tòiseachadh agus fàs foam meatailt deatamach airson tuilleadh leasachaidh structarail an foam gus feartan a leasachadh. airson iarrtasan.

Anns an obair seo, chaidh Cf / AFS agus AFS le ceangal eadar-aghaidh meatailteach ullachadh leis an dòigh meatailteachd pùdar rolair pacaidh. Chaidh mean-fhàs builgeanan Cf / AFS agus AFS fhaicinn an àite le rèididheachd synchrotron gus uidheamachd Cf a nochdadh air nucleation builgean, fàs agus aonachadh, agus seasmhachd. A bharrachd air an sin, chaidh Cf / AFS agus AFS a foamadh aig 620 ◦C airson 15 min ann am fùirneis seòmar. Às deidh sin, chaidh cuairteachadh meud pore, microstructure pore, agus feartan meacanaigeach teannachaidh nan sampallan foamed a chomharrachadh agus a dhearbhadh. Stèidhichte air na sgrùdaidhean a chaidh ainmeachadh, chaidh structar agus neart teannachaidh Cf / AFS agus AFS a mheasadh gu riaghailteach.

2. Stuthan agus dòighean-obrach

2.1. Stuthan amh

Chaidh sia stuthan amh a chleachdadh airson an AFS agus Cf / AFS ullachadh: pùdar Al (meud cuibheasach: 45 μm, purity> 99.70%), pùdar Si (meud cuibheasach: 38 μm, purrachd> 99.50%), Cu pùdar (meud cuibheasach: 38 μm, purrachd> 99.90%), pùdar Mg (meud cuibheasach: 75 μm, purrachd > 99.70%), pùdar TiH2 (meud cuibheasach: 45 μm, purrachd> 99.70%), agus snàithleach gualain còmhdaichte le copar (meud cuibheasach: 1 ～2 mm, tighead de chòmhdach copar: 1.4 μm).

2.2. Dèanamh Cf/AFS

Tha sgeama an dòigh meatailteachd pùdar rolair pacaidh air a nochdadh ann anFig. 1. Rè an ìre measgachaidh, chaidh am pùdar ceathramhach AlSi6Mg4Cu4 ullachadh, le pùdar de Al, Si, Cu, agus Mg ann an cuibhreannan de 86 wt%, 6 wt%, 4 wt%, agus 4 wt%, fa leth. Chaidh 1 wt% pùdar TiH2 oxidized (làimhseachadh teas ann an èadhar airson 1.5 h aig 470 ◦C) a chur ris mar àidseant sèididh a bhios a’ leigeil a-mach H2 gu sgiobalta aig an teòthachd leaghaidh a’ leudachadh an leaghaidh. A bharrachd air an sin, chaidh 0.5 wt% de shnàithleach gualain a thoirt a-steach mar ìrean neartachaidh. Gu sònraichte, gus taiseachd àrdachadh agus casg a chuir air ath-bhualaidhean cronail mar Al4C3 aig an eadar-aghaidh leaghadh snàithleach-alùmanum aig àm foamadh, bha snàithleanan gualain air an còmhdach le copar tro electroplating. Chaidh am pròiseas electroplating a mhìneachadh ann an Refs.Fig. 2a’ sealltainn na freumhagan gualain còmhdaichte le copar a gheibhear leis a’ phròiseas plating gun dealan. Tha còmhdach èideadh agus leantainneach air an uachdar fiber(Fig. 2(a)–(b)). Às deidh sin, chaidh na diofar choimeasgaidhean alloy a chaidh a chleachdadh san sgrùdadh seo ullachadh le bhith a’ measgachadh pùdar a chaidh ainmeachadh roimhe le agus às aonais Cf ann am measgachadh trì-thaobhach airson 3 h. Tha am pùdar a tha measgaichte gu co-ionnan air a chuairteachadh taobh a-staigh cuas ròin, air a leantainn le modhan ruith fuar is teth.

Bidh an ìre gluasad fuar gu h-èifeachdach a’ falmhachadh èadhar bho thaobh a-staigh na h-uamhan agus na h-àiteachan eadar-roinneil eadar na gràineanan tro shreath de ioma-bhealaich agus ìsleachaidhean beaga. Bidh an ìre rollaidh teth a ’dèanamh cinnteach gu bheil an ro-ruithear a’ coileanadh dùmhlachd coimeasach nas àirde na 98% tro cho-dhealbhadh a ’phannal agus am pùdar, a bhios a’ comasachadh a ’phròiseas foaming às deidh sin. Tha paramadairean pròiseas leantainneach air am mìneachadh ann an Refs. Gheibhear ro-ruitheadairean foam AFS agus Cf / AFS tron ​​​​phròiseas a chaidh ainmeachadh. Aig a ’cheann thall, chaidh an dà ro-ruithear foamable a theasachadh aig 620 ◦C airson 15 min gus sampallan Cf / AFS agus AFS a dhèanamh, a chaidh a chleachdadh airson mion-sgrùdadh meud pore, caractar microstructural, agus deuchainnean feartan meacanaigeach teannachaidh.

2.3. Caractaran agus dòighean deuchainn

2.3.1. Comharrachadh microstructural

Chaidh morf-eòlas Microstructure an Cf / AFS agus AFS a sgrùdadh le microscopy dealanach a’ sganadh sgaoilidhean achaidh (SEM, Zeiss Ultra Plus). Chaidh speactroscopaidh lùth sgaoilte (EDS) a chleachdadh gus co-dhèanamh diofar ìrean ann am ballachan cealla nan sampallan foamed a chomharrachadh. Chaidh earrannan fad-ùine de na sampallan fhaighinn le bhith a’ gearradh nan sampallan foamed a’ cleachdadh an inneal electro-sgaoilidh (EDM, DK7745). Às deidh seo, bha earrannan fada nan sampallan air an còmhdach le peant agus an uairsin air an gainmheachadh agus air an lìomhadh le pàipear-gainmhich 800-grit agus 1500-grit, fa leth. Aig a ’cheann thall, chaidh na trast-thomhas cealla co-ionann (Dmean) den chrois-earrann sampaill snasta a dhearbhadh a’ cleachdadh bathar-bog mion-sgrùdadh ìomhaigh, Image Pro Plus 6.0.

Fig. 1.Sgeamaig den dòigh meatailteachd pùdar rolair pacaidh.

Fig. 2.Tha ìomhaighean SEM de na (a) snàithleach gualain còmhdaichte le copar, agus (b) a’ sealltainn sealladh meudaichte den sgìre air a chomharrachadh le ceàrnag dearg ann an (a). Is e ìomhaighean (c) agus (d) toraidhean EDS a’ phuing A ann am (b).

Fig. 3.Diagram sgeamach de shuidheachadh deuchainn rèididheachd synchrotron.

2.3.2. Seallaidhean foaming in-situ le rèididheachd synchrotron

Tha an diagram sgeamach de shuidheachadh deuchainn rèididheachd synchrotron air a sgeidseadh a-steachFig. 3. Chaidh na deuchainnean a dhèanamh aig beamline 4W1A de Goireas Rèididheachd Synchrotron Beijing (BSRF, Institiud Fiosaig Àrd-lùth Beijing, Acadamaidh Saidheansan Shìona, Sìona). Eu-coltach ri ìomhaighean àbhaisteach eadar-ghabhail-coimeas, tha am pàipear seo a’ cleachdadh ìomhaighean coimeas-ìre leis an Synchrotron Radiation Light Source. Tha an dòigh-obrach seo a’ dèiligeadh ri cuingealachaidhean ìomhaighean sùghaidh traidiseanta, a tha neo-èifeachdach airson a bhith a’ faicinn stuthan a tha lag a’ gabhail a-steach. Chaidh pròiseas foamadh nan sampallan a dhèanamh taobh a-staigh fùirneis foam a chaidh a dhealbhadh a dh’aona-ghnothach, le uinneag ceàrnagach 15 mm le 15 mm air a shuidheachadh ceart-cheàrnach ri stiùir giùlan X-ray. Tha meud an sampall, mar a chithear ann am Fig. 3, a’ tomhas 15 mm × 15 mm × 2 mm. Tha an sampall air a chuir ann am molltair foaming anns a bheil àireamh sònraichte de dhuilleagan ceirmeag. Tron phròiseas foaming, faodaidh X-ghathan a dhol tron ​​​​sampall agus thèid an glacadh le camara inneal ceangailte ri cosgais (CCD). Bha an stòr X-ray a chaidh a thaghadh ag obrachadh aig dian 20 Kev, agus chaidh meud seallaidh as àirde de 7.4 mm × 7.4 mm a chleachdadh gus sealladh farsaing a dhèanamh den phròiseas foaming gu lèir.

Is fhiach a bhith mothachail gun deach na sampallan a chaidh fhaicinn a shuidheachadh ann an dòigh a bha ceart-cheàrnach ris an dà chuid an t-slighe rollaidh agus an stiùireadh teann. Chaidh na pannalan taobh aca a thoirt air falbh bho gach taobh de na sampallan a’ cleachdadh EDM an dà chuid ro-ruithear anns an robh 0.5 wt% Cf agus an fheadhainn às aonais 0.5 wt% Cf. Chaidh sgrùdadh a dhèanamh air buaidh Cf air feartan foam foam alùmanum. A bharrachd air an sin, chaidh na ro-ruitheadairean le diofar cho-dhèanamh a chuir a-steach don aon fhùirneis teasachaidh aig teòthachd ro-shuidhichte de 620 ◦C.

2.3.3. Deuchainn feartan meacanaigeach teannachaidh

Chaidh na sampallan teannachaidh a ghearradh ann an sampallan siolandair le àirde 23 mm agus trast-thomhas de 20 mm le EDM, agus chaidh dèanamh cinnteach gum biodh co-dhiù 10 pores coileanta a ’toirt a-steach gach taobh gus buaidh meud a sheachnadh. Chaidh deuchainnean teannachaidh leth-statach a dhèanamh a rèir inbhean ISO13314–2011 agus GB/T31930–2015, a’ cleachdadh inneal deuchainn stuthan uile-choitcheann dealanach AG-XPLUS le comas luchdan as àirde de 100 KN. Chaidh trì sampaill a dhearbhadh airson gach buidheann, agus tha na lùban cuideam teannachaidh sa phàipear seo a’ riochdachadh nan toraidhean cuibheasach a gheibhear bho na trì sampallan a chaidh a dhearbhadh. Chaidh a h-uile deuchainn a dhèanamh fo smachd gluasaid, a’ cumail suas astar tar-cheann seasmhach de 2 mm / min (a rèir ìre cuideam tùsail de 10 - 3 s - 1) aig teòthachd an t-seòmair.

Fig. 4.Ìomhaighean rèididheachd synchrotron ùine-leasaichte de phròiseas foam Cf / AFS: (a) ro-ruithear neo-foamed aig t0 mionaid de 380 ◦C; (b)–(c) sgaoileadh copar eileamaideach agus nucleation seòrsa II aig àm leaghadh ro-làimh; (d)–(g) pròiseasan nucleation agus fàs builgeanan ioma-ghnèitheach; agus (h)–(i) builgeanan a’ tighinn còmhla agus a’ briseadh.

3. Toraidhean agus deasbaireachd

3.1. Giùlan foaming in situ fo rèididheachd synchrotron

3.1.1. Meudachadh foam de Cf / AFS

Fig. 4a’ taisbeanadh sreath de dhealbhan rèididheachd synchrotron a’ sealltainn pròiseas foamachaidh an Cf/AFS. Na dealbhan tùsail den Cf/AFS(Fig. 4 (a))air an glacadh nuair a bha am matrix ann an staid chruaidh aig 380 ◦C, agus chaidh an turas seo a shuidheachadh mar t0. An coimeas ris na co-phàirtean eile san ro-ruithear, tha Cf a’ nochdadh dubh taobh a-staigh a’ mhaitrix a tha gu ìre mhòr liath làn alùmanum. Faodar seo a thoirt air sgàth an t-susbaint àrd copair air an uachdar fiber, mar a chithear annFig. 2(c)–(d), aig a bheil an tomad atamach coimeasach as motha an taca ri co-phàirtean eile den ro-ruithear. A bharrachd air an sin, thathas a’ cumail a-mach gu bheil a’ mhòr-chuid de Cf sgapte agus air leth, seach a bhith cruinn còmhla, mar a chithear annFig. 4(a). Tha seo a’ ciallachadh, le cur-ris 0.5 wt% de Cf, gun urrainn do phròiseas gluasad 3 h an staid sgapadh a tha thu ag iarraidh a choileanadh gu h-èifeachdach.

Aig t0+194s (mar a chithear ann anFig. 4(b)). Lean an àireamh de builgeanan ag èirigh taobh a-staigh 46 diog, mar a chithear ann anFig. 4(c). A bharrachd air an sin, is e atharrachadh sònraichte eile a tha a’ tachairt anns a ’mhaitris gu bheil cuid de builgeanan beaga buailteach a bhith a’ cruthachadh air uachdar Cf le tòiseachadh Cu dissolutions (comharraichte leis a ’bhogsa dotagach dearg). Tha e coltach gu bheil an t-iongantas seo mar thoradh air nucleation seòrsa II a tha a’ tachairt taobh a-staigh a’ cho-chruinneachadh pùdar anns a bheil copar. Thathas ag aithneachadh gu farsaing gu bheil cur-ris Cu gu mòr a’ lughdachadh teòthachd leaghaidh alloys. Bidh seo a’ leantainn gu leaghadh ionadail timcheall air mìrean pùdar fa leth anns an ro-ruithear pùdar anns a bheil pùdar copair rè a ’phròiseas teasachaidh, a’ gineadh mòran de leaghadh eutectic quaternary Al-Si-Mg-Cu aig teòthachd nas ìsle. Tha an amar leaghaidh eutectic ceàrnach buailteach a bhith na roinn lag anns an alloy agus tha e nas buailtiche a bhith air a chnocadh. Mar thoradh air an sin, tha builgeanan nas buailtiche nucleate agus fàs faisg air an còmhdach copair air uachdar an fiber. A bharrachd air an sin, tha an bloigh leaghaidh ìosal anns a’ mhaitrix aig an àm seo ag adhbhrachadh gu bheil gasaichean bho lobhadh TiH2 a’ cruinneachadh gu furasta anns a’ mhaitrix alùmanum. Faodaidh nucleation Type II an gas cruinnichte a sheachnadh gu h-èifeachdach a’ toirt air a’ mhaitris bloigh leaghaidh ìosal bho chèile agus a’ sgaoileadh sgàinidhean tron ​​​​leaghan, a’ leantainn gu call mòr anns an ìre de hydrogen.

Fig. 4(d)a’ sealltainn gu bheil na builgeanan a’ nucleate an toiseach agus a’ fàs air sgìre an Cf mar a bhios am matrix a’ leaghadh gu tur, agus na h-ionadan builgean a’ freagairt ris an t-sreath còmhdaichte le copar a tha a’ dol à bith (comharraichte leis a’ bhogsa dotagach dearg). Tha e air a dheagh stèidheachadh gu bheil cur-ris ìrean àrd-sgoile a’ meudachadh an àireamh de làraich niuclachaidh heterogeneous, agus mar sin a’ lughdachadh a’ chnap-starra lùth airson builgeanan ùra a chruthachadh taobh a-staigh an leaghadh alloy. Aig an aon àm, tha ìre nucleation co-cheangailte ris an raon nucleation heterogeneous iomlan gach aonad meud. Mar thoradh air an sin, faodar a thoirt fa-near gu bheil na builgeanan an toiseach a’ tionndadh aig na làraich far a bheil snàithleach gualain suidhichte agus a’ leudachadh fad an t-snàithleach gualain. Le àrdachadh eile anns a’ bhloigh leaghaidh, tha grunn builgeanan ùra fhathast a’ tighinn am bàrrFig. 4(e)–4(g). Ach, tha an ìre de aonachadh ionadail agus briseadh nam builgeanan slaodach, a’ nochdadh gu bheil seasmhachd àrd aig na builgeanan. Aig t0+426s, tha an àireamh de builgeanan ag èirigh gu mòr, agus

tha an tomhas ro-làimh a’ nochdadh leudachadh mòr(Fig. 4(h)). A bharrachd air an sin, tha coltas ann gum bi builgeanan a’ tighinn còmhla (air a chomharrachadh leis an t-saighead dhearg), far a bheil builgeanan beaga air an gabhail a-steach le feadhainn nas motha mar thoradh air aibidh Ostwald, na phròiseas do-sheachanta nuair a bhios foams meatailteach a’ fàs [40]. Tha an iongantas aibidh seo cuideachd a’ leantainn gu coltas àireamh bheag de builgeanan mòra agus neo-riaghailteach (comharra leis an t-saighead dhearg ann anFig. 4(i)).

Fig. 5.Ìomhaighean ùine-leasaichte de phròiseas foaming AFS aig diofar ìrean: (a) ro-ruithear gun leaghadh aig t0 mionaid de 380 ◦C; (b) sgaoileadh copar eileamaideach agus nucleation seòrsa II aig àm leaghadh ro-làimh; (c) pròiseasan nucleation agus fàs builgeanan; agus (d)–(f) builgeanan a' tighinn còmhla agus a' briseadh.

3.1.2. Foam mean-fhàs de AFS

Tha Fig. 5 a’ sealltainn sreath de dhealbhan rèididheachd synchrotron a’ sealltainn pròiseas foaming AFS. Coltach ri Cf / AFS, chaidh a ’chiad ìomhaigh airson an t-sreath rèididheachd synchrotron a ghlacadh nuair a bha AFS anns an ìre chruaidh aig 380 ◦C (faicFig. 5(a)). Nuair a thèid am matrix a theasachadh os cionn teòthachd solidus, bidh builgeanan beaga geal rim faicinn a-staighFig. 5(b) agus (c), mar thoradh air lobhadh TiH2 agus tachartas nucleation seòrsa II ann an sgìre Cu-beairteach. Ach, tha an àireamh de builgeanan a chaidh a chruthachadh agus an dùmhlachd cuairteachaidh annFig. 5(c)gu math nas ìsle an taca riFig. 4(c). Tha seo a’ moladh gu bheil Cf / AFS a’ toirt seachad barrachd shianalan airson leigeil a-mach gas tràth aig àm niuclachaidh, a’ cur casg air cus sgàinidhean ann am matrix alùmanum le bloigh liùlach ìosal.

Chithear àireamh nas lugha de làraich nucleation AFS agus coltachd nas àirde de fhàs builgean neo-àbhaisteach an coimeas ri Cf / AFS bhoFig. 5(d)–(f). Tha mean-fhàs builgeanan AFS neo-riaghailteach, agus tha na meudan aca a’ nochdadh atharrachaidhean mòra mar thoradh air an dà chuid builgeanan meud micrometer agus builgeanan mòra annasach millimeter (air an comharrachadh leis an t-saighead dhearg). A bharrachd air an sin, faodaidh an neo-sheasmhachd agus an neo-sheòrsachd seo tron ​​​​phròiseas nucleation tràth eadar-dhealachaidhean mòra adhbhrachadh anns an structar pore deireannach agus feartan meacanaigeach eadar AFS agus Cf / AFS.

3.2. Mion-sgrùdadh macrostructure

Gus sgrùdadh a dhèanamh air na h-eadar-dhealachaidhean ann am morf-eòlas pore macroscopic agus trast-thomhas pore eadar AFS agus Cf / AFS, chaidh dà structar ceapaire ullachadh fo chumhachan obair-lann aig teòthachd foam de 620 ◦C airson 15 min. Tha na macrostructures agus cuairteachadh meud cealla AFS agus Cf / AFS air an sealltainn ann anFig. 6. Tha coimeas eadar earrannan dìreach den dà shampall de structar ceapaire a’ nochdadh gu bheil ceallan nas fèarr aig na foams Cf/AFS agus nas lugha de lochdan leithid briseadh no aonachadh cheallan (faicFig. 6 (b)). Air an làimh eile, mar a chithear ann anFig. 6(a), tha an AFS a’ nochdadh droch aon-ghnèitheachd pore le làthaireachd cuid de phòlaichean anabarrach mòr. Aig an aon àm, b ’e an trast-thomhas pore co-ionann airson AFS agus Cf / AFS 2.9 ± 0.2 mm agus 1.9 ± 0.1 mm, fa leth, a’ moladh gun deach an trast-thomhas pore ùrachadh tuilleadh le bhith a ’cur Cf ris (faicFig. 6(c) agus (d)).

Tha dà uidheamachd farpaiseach a’ toirt buaidh air mean-fhàs an structair pore: lobhadh TiH2 agus aonachadh agus briseadh an foam. Tha lobhadh TiH2 a’ cur ris an àrdachadh anns an àireamh de nucleation, porosity, agus leudachaidh ìre, fhad ‘s a tha an aonachadh agus an reubadh builgeanan a’ lùghdachadh an àireamh de pores agus a ‘meudachadh trast-thomhas na pores. Tha lùghdachadh ann an tachartasan aonadh builgean agus aimhreit a’ cur ri bhith a’ faighinn structar cealla nas fheàrr. Mar sin, tha feum air seasmhachd àrd an foam gus co-sheòrsachd an structair pore a chumail suas tron ​​​​phròiseas foaming. Airson Cf / AFS, tha cur-ris Cf gu mòr a’ leasachadh fliuchd nan snàithleach leis an leaghadh alùmanum. Coltach ris an foam alùmanum ath-neartaichte Cf [44] a chaidh ullachadh leis an dòigh foam leaghaidh, bidh cuir a-steach Cf a’ bunailteachadh an foam alùmanum le bhith a ’cur casg air briseadh balla cealla agus a’ lughdachadh cruinneachadh. Aig an aon àm, faodaidh Cf structar coltach ri lìon a chruthachadh anns a’ bhalla cealla, a ghineadh feachd dealachaidh agus a chuireas casg air briseadh builgeanan, mar sin, ag adhartachadh structar cealla, seasmhachd foam, agus èideadh cuairteachadh pore.

3.3. Comharrachadh microstructural

Fig. 7(a)a’ sealltainn microstructure a’ bhalla cealla às deidh dha foaming le AFS. Mar a chaidh aithris airson foams alloy AlSi6Cu4Mg4, tha eutectic Al-Si, Mg2Si, Al2Cu, agus Al5Cu2Mg8Si6, an làthair anns an alloy, a tha ag aontachadh ris na co-dhùnaidhean a fhuaireadh bho sgrùdadh EDS ann anFig. 7(b). Bidh na h-ìrean brisg sin a’ lughdachadh feartan meacanaigeach an foam alùmanum le bhith a’ lagachadh a’ bhalla pore no ag obair mar stòr sgàinidhean rè deformachadh. Mar sin, is e ro-innleachd obrachail is èifeachdach a th’ ann a bhith ag àrdachadh feartan meacanaigeach a’ bhalla pore tro bhith a’ cur ìrean neartachaidh ris.

Airson Cf/AFS, faodar fhaicinn bhoFig. 7(c) agus (d)gu bheil an Cf air a chuairteachadh taobh a-staigh a’ bhalla cealla no aig oir a’ bhalla cealla, a’ nochdadh gu bheil comas fliuch aig Cf leis an leaghadh alùmanum. A bharrachd air an sin, tha e follaiseach (faicFig. 7(d)) gum bi beagan den ìre sèididh Al2Cu a’ cruthachadh aig an eadar-aghaidh eadar na snàithleanan agus an leaghadh alùmanum. Tha an t-iongantas seo a’ cur ri bhith a’ coileanadh ceangal làidir eadar na freumhagan agus am matrix. Faodar adhartas an ath-bhualadh sgaoilidh seo fhaicinn gu intuitive ann anFig. 4(a)–(c). Thoir an aire, nach eil an ìre sèididh gu tur a’ cuairteachadh na freumhagan gualain, agus tha staid agus meud an t-sgaoilidh seo buannachdail dha Cf / AFS. Stèidhichte air an sgrùdadh air Lv et al, air stuthan co-dhèanta matrix alùmanum ath-neartaichte Cf, chaidh a dhearbhadh gum faod an ìre iomchaidh de ìre ro-innse buaidh a thoirt air neart ceangail eadar-aghaidh agus a riaghladh.

Fig. 6.Earrannan dìreach de shampall riochdachail (a) AFS agus (b) Cf/AFS. Tha na plotaichean bloigh trast-thomhas co-ionann an coimeas ri (a) agus (b) air an sealltainn ann an (c) agus (d), fa leth. Tha an loidhne chruaidh leantainneach ann an (c) agus (d) a’ riochdachadh an loga àbhaisteach iomchaidh. Tha ais-tharraing (R2) a’ riochdachadh mathas iomchaidheachd.

Fig. 7.Tha ìomhaighean SEM (a) agus (b) a’ sealltainn na microstructures a’ freagairt airFig. 6(a) AFS agusFig. 6(b) Cf/AFS, fa leth, a bharrachd,Fig. 7(b) agus (d) a’ sealltainn meudachaidhean ionadail deFig. 7(a) agus (c), fa leth.

3.4. Uidheam Cf a’ bunailteachadh foam Al–Si–Mg–Cu

Stèidhichte air an anailis gu h-àrd, tha geàrr-chunntas air riochdachadh sgeamach den uidheamachd foam airson Cf / AFS agus AFS ann anFig. 8. Na h-eadar-dhealachaidhean mòra eadar Cf / AFS agus AFS anns an ìre nucleation, fàs builgean, agus ìre aonaidh, agus an ìre solidification mean air mhean, mar a chithear ann anFig. 8(a) agus (b).

Fig. 8.Diagram sgeamach de ghiùlan foam Cf/AFS agus AFS: (a) Cf/AFS; agus (b) AFS.

Anns an ìre nucleation de copan alloy AlSi6Cu4Mg4, bidh builgeanan buailteach a dhol a-steach don eutectic ceàrnach leaghaidh timcheall air na gràinean copair, seach a bhith a’ nucleate aig suidheachadh nam mìrean TiH2. Tha an seòrsa seo de nucleation anns an roinn as laige den ro-ruithear (seòrsa II nucleation) a’ toirt seachad barrachd shianalan teiche dha na gasaichean a chaidh an leigeil ma sgaoil le lobhadh TiH2, a’ seachnadh cruinneachadh ghasaichean agus ag adhbhrachadh sgàinidhean a bhith a’ sgaoileadh anns an leaghadh alùmanum. Tha e coltach gu bheil cuir a-steach snàithleach gualain còmhdaichte le copar a’ cruthachadh barrachd shianalan airson H2 a leigeil ma sgaoil. Ach, leis nach eil bloigh liùlach gu leòr aig an leaghadh alùmanum aig an ìre seo, tha e duilich dha builgeanan beaga leithid stòr gu leòr de H2 a bhith aca gus cumail a’ fàs. Mar thoradh air an sin, bidh na builgeanan beaga sin a’ briseadh taobh a-staigh an leaghadh mar a bhios an teòthachd ag èirigh. Nuair a thèid an ro-ruithear a leaghadh gu tur, bidh an H2 a chaidh a leigeil ma sgaoil bho ath-bhualadh fòirneartach dehydrogenation TiH2 a ’nuadhachadh agus a’ fàs gu luath stèidhichte air a ’phuing nucleation. Tha an Cf a’ toirt seachad grunn làraich nucleation heterogeneous airson builgeanan a ghineadh, a tha ag àrdachadh ìrean nucleation gu mòr. Aig an aon àm, tha làthaireachd Cf gu h-èifeachdach a’ cur bacadh air conaltradh agus aonachadh nam builgeanan bun-sgoile agus a’ seachnadh cruthachadh builgeanan mòra neo-riaghailteach.

Rè ìre fàis is aonaidh nam builgeanan, tha cur-ris Cf gu mòr a’ leasachadh seasmhachd foam. Is e an adhbhar gu bheil comas fliuch math aig Cf agus leaghadh alùmanum, agus faodar na snàithleanan a ghlacadh gu furasta eadar an dà eadar-aghaidh gas-liquid gus structar lìonra a chruthachadh (mar a chithear ann anFig. 7(c)). Mar a tha am film leaghan air a theannachadh, faodaidh na freumhagan cuideam dealachaidh a ghineadh gus seasamh an aghaidh suidse bho chrìoch an àrdchlàr, agus mar sin a’ cur casg air an fhilm leaghaidh bho bhith a’ briseadh. Mar sin feumaidh Cf / AFS ùine foam nas fhaide an taca ri AFS, le seasmhachd nas àirde a chumas èideadh an structair pore rè mean-fhàs an foam.

Rè an ìre solidification slaodach, cha bhith builgeanan ann an Cf / AFS a’ fàs tuilleadh agus tha na snàithleanan freumhaichte taobh a-staigh a’ bhalla cealla (comharra leis a’ bhogsa dotagach dearg). Tha an gleidheadh ​​​​snàithleach seo a’ cur casg air a bhith a’ gabhail a-steach builgeanan beaga le feadhainn nas motha, mar a chithear ann an aibidh Ostwald, agus a’ cur bacadh air briseadh balla cealla mar thoradh air leudachadh solidification. Mar thoradh air an sin, tha Cf / AFS a’ taisbeanadh structar pore nas aon-ghnèitheach agus nas lugha de lochdan pore an taca ri AFS.

3.5. Feartan meacanaigeach

Tha na lùban cuideam teannachaidh airson Cf / AFS agus AFS le cha mhòr an aon porosity (83.2% agus 81.4%, fa leth) air an taisbeanadh ann anFig. 9(a). Tha an lùb teannachadh cuideam teannachaidh a’ nochdadh feart trì-ìrean sònraichte, a ’toirt a-steach an roinn elastagach sreathach, sgìre àrdchlàr, agus roinn dùmhlachd. B’ e neart toraidh teannachaidh AFS agus Cf/AFS 8.44 MPa agus 11.87 MPa, fa leth. Chaidh neart toraidh teannachaidh Cf / AFS àrdachadh 40.6% an taca ri AFS. Aig an aon àm, tha comas sùghaidh lùth Cf / AFS nas fheàrr na comas AFS aig an aon strain, mar a chithear ann anFig. 9(b). Tha na comasan sùghaidh lùth aig AFS agus Cf / AFS timcheall air 3.3 MJ / m3 agus 6.1 MJ / m3, fa leth. Tha comas sùghaidh lùth Cf / AFS air a leasachadh le 84.8% an taca ri AFS.

Fig. 9.Cromagan trèana cuideam dùmhail agus lùban comas sùghaidh lùth de Cf/AFS agus AFS: (a) lùban trèana cuideam teann; (b) lùban comas sùghaidh lùth.

Chuir toirt a-steach Cf gu mòr ri feartan meacanaigeach a’ chridhe foam. Tha fios gu bheil feartan meacanaigeach aigfoam aluminiumtha dlùth cheangal aca ri structar pore agus feartan meacanaigeach strut. Chomharraich mion-sgrùdadh macrostructural gun do rinn cur-ris Cf ùrachadh air meud pore, cuairteachadh pore nas fheàrr, agus lughdaich lochdan pore. Coltach ri toraidhean Sasikumar et al. agus Yangetal. tha trast-thomhas pore beag agus cuairteachadh pore cumhang nas buannachdail gus neart teannachaidh agus èifeachdas sùghaidh lùth a neartachadh. A bharrachd air an sin, tha buaidh microstructure air feartan meacanaigeach an foam gu ìre mhòr mar thoradh air an Cf freumhaichte ann am ballachan pore an foam. Faodaidh sgaoileadh agus sgaoileadh an còmhdach copair de na snàithleach gualain anns a’ mhaitris alùmanum ceangal eadar-aghaidh nas daingeann a choileanadh eadar na snàithleach agus am matrix alùmanum, a chuireas ri gluasad luchdan. Faodaidh an snàithleach gualain modulus àrd a tha air a stapleadh sa bhalla pore casg a chuir air deformachadh a’ bhalla pore fo luchd teannachaidh agus an comas giùlan luchdan adhartachadh. Tha na factaran sin uile airson Cf / AFS gus neart toraidh nas àirde agus comas sùghaidh lùth a choileanadh an coimeas ri AFS.

4. Co-dhùnaidhean

Chaidh an Cf/AFS agus AFS ullachadh leis an dòigh pacaidh meatailteachd pùdarrach anns an obair seo. Chaidh giùlan foaming Cf / AFS agus AFS fhaicinn gu dinamach tro rèididheachd synchrotron gu

sgrùdadh a dhèanamh air buaidh Cf air nucleation agus fàs builgean. A bharrachd air an sin, chaidh sgrùdadh mionaideach a dhèanamh air Cf air morf-eòlas pore, cuairteachadh pore, agus feartan teannachaidh foams alùmanum. Tha na prìomh cho-dhùnaidhean mar a leanas:

(1) Tha sgrùdaidhean rèididheachd synchrotron in situ a’ nochdadh gu bheil an dà chuid pròiseasan foam Cf / AFS agus AFS a’ nochdadh trì ìrean sònraichte: nucleation builgean, fàs builgean agus aonachadh, agus daingneachadh.

An coimeas ri AFS, tha pròiseas foam Cf / AFS a’ nochdadh seasmhachd nas àirde agus èideadh builgean. Tha AFS nas buailtiche a bhith a’ cruthachadh phòlaichean anabarrach mòr agus garbh tron ​​​​phròiseas mean-fhàs pore. A bharrachd air an sin, tha an eadar-dhealachadh mar thoradh air buaidh nucleation heterogeneous Cf, a chuireas casg air briseadh balla builgean agus a lughdaicheas co-luachadh fhad ‘s a tha e ag àrdachadh an ìre nucleation.

(2) Le bhith a’ cur 0.5 wt.% Cf a-steach tha an trast-thomhas pore co-ionann bho 2.9 ± 0.2 mm gu 1.9 ± 0.1 mm, a’ lughdachadh gu mòr lochdan pore garbh. Aig an aon àm, tha am microstructure a’ nochdadh deagh fhliuchas Cf, a tha air a chuairteachadh air feadh a’ bhalla pore agus eadar-aghaidh gas-solid, agus mar sin ag àrdachadh seasmhachd foam.

(3) An coimeas ri AFS, mheudaich neart toraidh teannachaidh agus comas sùghaidh lùth an Cf / AFS timcheall air 40.6% agus 84.8%, fa leth. Faodaidh co-dhùnaidhean an sgrùdaidh seo beachdan a thoirt seachad airson panalan ceapaire foam alùmanum a dhaingneachadh le eadar-aghaidh ceangail meatailteach aig a bheil comas airson tagraidhean innleadaireachd ann an raon ghnìomhachasan chàraichean agus itealain.

Artaigil bho Journal of Materials Research and Technology