Պղնձի ավանդադրված ածխածնային մանրաթելից ալյումինե փրփուր սենդվիչ վահանակի աշխատանքի բնութագրերը համեմատած սովորական ալյումինե փրփուր սենդվիչ վահանակի հետ

Ալյումինե փրփուր սենդվիչ(AFS) վահանակներն ունեն կառուցվածքային և ֆունկցիոնալ բնութագրերի համադրություն, ինչպիսիք են ցածր խտությունը, բարձր հատուկ ուժը, էներգիայի բարենպաստ կլանումը, խոնավեցման հզորությունը և էլեկտրամագնիսական պաշտպանությունը: Այս հիանալի հատկությունները ստիպում են AFS-ին մեծ ներուժ ունենալ օդատիեզերական, տրանսպորտի և ծովային ոլորտներում: Հազիվ մետաղական փրփուրների համեմատ, AFS-ի արտաքին մետաղական թիթեղները կարող են արդյունավետորեն փակել փրփուրը և բարելավել դրա համապարփակ մեխանիկական հատկությունները, ինչպիսիք են առաձգական և ճկման ուժը: Ընդհանուր առմամբ, AFS-ը պատրաստվել է սոսինձի միացման մեթոդով, որը ենթադրում է ալյումինե փրփուրի ամրացում ամուր մետաղական վահանակների վրա՝ օգտագործելով էպոքսիդային խեժի սոսինձ:

Թեև սոսինձի միացման մեթոդը արդյունավետորեն ուժեղացնում է կառուցվածքային խոնավացումը, այն ուղեկցվում է սահմանափակումներով, ներառյալ վերամշակման դժվարությունները և բարձր ջերմաստիճանի կամ քայքայիչ պայմաններում շերտազատման ձախողման զգայունությունը: Այս սահմանափակումները լուծելու համար լայնածավալ հետազոտական ​​ջանքեր են գործադրվել վահանակի և հիմնական շերտի միջև մետաղագործական կապի հասնելու համար:

Ներկայումս AFS-ի պատրաստման գերակշռող մեթոդները, որոնք ուղղված են մետալուրգիական կապի ձեռքբերմանը, ընդհանուր առմամբ դասակարգվում են երեք կատեգորիաների՝ եռակցման, հալեցման փրփրման և փաթեթավորման գլանափոշու մետալուրգիայի մեթոդ: Այս մեթոդներից փաթեթավորման գլանափոշու մետալուրգիայի մեթոդը համարվում է գերազանց՝ ծակոտիների կառուցվածքը վերահսկելու և ցածր ջերմաստիճանի փրփրացման հասնելու համար: Մեր նախորդ աշխատանքն օգտագործում էր այս տեխնոլոգիան՝ արդյունաբերական կիրառությունների համար ավելի լավ ընդլայնման հատկություններով և բջջային կառուցվածքով մեծ չափի AFS-ներ ստեղծելու համար:

Այնուամենայնիվ, փրփուրի միջուկի համեմատաբար ցածր սեղմող մեխանիկական հատկությունների պատճառով AFS-ի մեխանիկական ամրության բարելավումը սահմանափակ է, ուստի փրփուրի միջուկի ամրության հետագա բարելավումը վճռորոշ է AFS-ի համար:

Մինչ օրս տարածված մեթոդները հաղորդվել են բարելավելու սեղմման մեխանիկական հատկություններըալյումինե փրփուրմակերեսային մշակում, ջերմային մշակում և ամրապնդում մասնիկների, մանրաթելերի, համաձուլվածքի տարրերի և այլնի միջոցով: Դրանցից ցածր խտությամբ, բարձր առաձգական մոդուլով և մեծ հարաբերակցությամբ կարճ ածխածնային մանրաթելերը մեծ ուշադրություն են գրավել որպես խոստումնալից ամրապնդող նյութեր: Ավելին, ածխածնային մանրաթելերի մակերևութային մետաղացումը էլեկտրալցման կամ քիմիական ծածկույթի միջոցով, ինչպիսիք են պղնձապատումը կամ նիկելապատումը, ավելի լավացնում է ածխածնի մանրաթելերի թրջումը ալյումինի հալվածքում և խուսափում է ածխածնի մանրաթելերի և ալյումինի հալվածի միջև վնասակար միջերեսային ռեակցիաներից: Կարճ ածխածնային մանրաթելն այժմ լայնորեն օգտագործվում է ալյումինե մատրիցային կոմպոզիտների ամրապնդման համար:

Բհավ Սինգեթալ. պատրաստված պղնձով պատված ածխածնային մանրաթելերով ամրացված ալյումինե մատրիցային կոմպոզիտներ՝ խառնելով ձուլման մեթոդով: Մուետալ. պատրաստված ալյումինե մատրիցային կոմպոզիտներ, որոնք ամրացված են նիկելապատ ածխածնային մանրաթելերով՝ օգտագործելով երկու գլանաձուլման մեթոդը: Արդյունքները ցույց տվեցին կոմպոզիտների առաձգական ուժի զգալի բարելավում ածխածնային մանրաթելերի ավելացմամբ: Այնուամենայնիվ, սահմանափակ հետազոտություններ են կատարվելամրացված ալյումինե փրփուրպղնձապատ ածխածնային մանրաթելերով։ Կաոետալ. առաջինը պատրաստված պղնձով պատված ածխածնային մանրաթելերն ամրացրեցին ալյումինե փրփուրը հալված փրփրման մեթոդով: Արդյունքները ցույց են տալիս, որ Cf-ի 0,35 վոլ.%-ը կարող է կայունացնել ալյումինե փրփուրը՝ կանխելով հեղուկ թաղանթի պատռումը, և որքան ավելի կայուն է փրփուրին ավելացված մանրաթելերի քանակը: Մուետալ. ցույց տվեց, որ հալված փրփրման մեթոդով պատրաստված ալյումինե փրփուրի խոնավացնող հատկությունները զգալիորեն բարելավվել են Cf.

Համապատասխանաբար, կարելի է եզրակացնել, որ Cf-ի ավելացումը կարող է արդյունավետ ռազմավարություն լինել՝ միաժամանակ բարելավելու փրփրման կայունությունը և մեխանիկական հատկությունները։ալյումինե փրփուրներ. Ավելին, պղնձապատ ածխածնային մանրաթելերով ամրացված ալյումինե փրփուր սենդվիչ պանելների մասին զեկույցներ չեն եղել, որոնք պատրաստված են փոշի մետալուրգիայի մեթոդով, ինչը հետազոտողներին մղում է ավելի խորը ուսումնասիրություններ իրականացնել այս ոլորտում:

Բազմաթիվ ուսումնասիրություններ են իրականացվել միջուկավորման մեխանիզմի և կայունության վերաբերյալալյումինե փրփուրներամրապնդող փուլերի ավելացումով: Ծակոտիների քանակի և ծակոտիների մորֆոլոգիայի տարբերությունները,

ինչպիսիք են չափը, բաշխումը և ձևը, սովորաբար վերագրվում են միջուկացման մեխանիզմներին և կայունությանը: Փոշի մետալուրգիայի համակարգում տարասեռ միջուկային ազդեցությունները և օքսիդային ցանցի կայունացման մեխանիզմները սպառիչ կերպով ուսումնասիրվել են: Չորրորդական համաձուլվածքի փոշիները, որոնք բաղկացած են Al-Si-Mg-Cu-ից, որոնք օգտագործվում են այս հոդվածում, ցուցադրել են բացառիկ ընդլայնման արագություն և ցածր փրփրման ջերմաստիճան՝ 507 ◦C պինդ ջերմաստիճանով և 596 ◦C հեղուկի ջերմաստիճանով: Այնուամենայնիվ, կա հետազոտությունների պակաս՝ կապված այս կոնկրետ համաձուլվածքի բաղադրությունը պարունակող փոշու կոմպակտների միջուկավորման մեխանիզմի, կայունության և սեղմող մեխանիկական հատկությունների վերաբերյալ, հատկապես, երբ ներառում է Cf. Նախորդ աշխատություններում միջուկացման և կայունացման մեխանիզմների ուսումնասիրությունները հիմնականում իրականացվել են ոչ in situ մեթոդներով, որոնք ներառում են նմուշների տոմոգրաֆիկ անալիզ, որոնք արագորեն սառչվել են փրփրման ընդհատումից հետո: Ցավոք սրտի, ենթամիկրոնային պղպջակների միջուկացումը հիմնականում տեղի է ունենում պրեկուրսորային տաքացման ժամանակ և արագորեն ընդլայնվում է 100 մվ-ից մինչև 1 վրկ ժամանակային ընդմիջումներով, ինչը հաճախ դժվարություններ է ներկայացնում իրական ժամանակում դիտարկման համար: Ժամանակակից սինքրոտրոնային ռենտգենյան ճառագայթման տեխնիկան օժտված է բարձր էներգիայով և տարածական լուծաչափով, ինչը թույլ է տալիս իրական ժամանակում, տեղում դիտել ալյումինե փրփուրների միջուկացման և աճի գործընթացը բարձր ջերմաստիճաններում: Ներկայումս միայն սահմանափակ հետազոտողներ են ուսումնասիրել Al-Si-Mg համաձուլվածքի փոշու փրփրման կինետիկան սինքրոտրոնային ճառագայթման միջոցով: Օրինակ, García-Morenoetal. հաղորդել է հեղուկ ալյումինի փրփուրի զգալի դինամիկ երևույթներ, ներառյալ միջուկացումը և աճը, պղպջակների վերադասավորումը, հեղուկի հետադարձումը, ագլոմերացումը և թաղանթի պատռումը: Քամմ և այլք: ուսումնասիրել է AlSi8Mg4 ալյումինե փրփուրի միջուկացման և աճի գործընթացը սինքրոտրոնային ճառագայթման միջոցով: Նրանց բացահայտումները ցույց են տվել, որ մետաղի փոշու մակերեսի վրա ադսորբատների տարրալուծման արդյունքում առաջացած ջրածինը ներկայացնում է մեկ այլ կարևոր միջուկային մեխանիզմ: Այնուամենայնիվ, պրեկուրսորային բաղադրիչների միջև փոխազդեցությունը բարդ է, և փրփրման դինամիկայի վրա կարող է ազդել դրանց բաղադրությունը: Ինչպես Al-Si-Cu-Mg փոշի համակարգի, այնպես էլ Al-Si-Cu-Mg փոշի համակարգի համար Cf-ի ավելացումով, մետաղական փրփուրի սկզբնավորման և աճի ըմբռնումը և ուսումնասիրությունը կարևոր է փրփուրի հետագա կառուցվածքային զարգացման համար՝ հատկությունները բարելավելու համար: դիմումների համար։

Այս աշխատանքում Cf/AFS-ը և AFS-ը մետալուրգիական միջերեսային կապով պատրաստվել են փաթեթավորման գլանափոշու մետալուրգիայի մեթոդով: Cf/AFS-ի և AFS-ի փուչիկների էվոլյուցիան դիտվել է in situ՝ սինքրոտրոնային ճառագայթման միջոցով՝ բացահայտելու Cf-ի մեխանիզմը պղպջակների միջուկացման, աճի և միաձուլման և կայունության վրա: Բացի այդ, Cf/AFS-ը և AFS-ը փրփրվել են 620 ◦C ջերմաստիճանում 15 րոպե խցիկի վառարանում: Այնուհետև բնութագրվել և փորձարկվել են փրփրված նմուշների ծակոտիների չափի բաշխումը, ծակոտիների միկրոկառուցվածքը և սեղմող մեխանիկական հատկությունները: Վերոհիշյալ ուսումնասիրությունների հիման վրա Cf/AFS-ի և AFS-ի կառուցվածքը և սեղմման ուժը համակարգված գնահատվել են:

2. Նյութեր և մեթոդներ

2.1. Հումք

AFS-ի և Cf/AFS-ի պատրաստման համար օգտագործվել է վեց հումք՝ Al փոշի (միջին չափը՝ 45 մկմ, մաքրությունը >99.70%), Si փոշի (միջին չափը՝ 38 մկմ, մաքրությունը >99.50%), Cu փոշի (միջին չափը՝ 38 մկմ, մաքրություն >99,90%), Mg փոշի (միջին չափը՝ 75 մկմ, մաքրություն >99,70%), TiH2 փոշի (միջին չափը` 45 մկմ, մաքրությունը >99,70%) և պղնձով պատված ածխածնային մանրաթել (միջին չափը` 1~2 մմ, պղնձապատման հաստությունը` 1,4 մկմ):

2.2. Cf/AFS-ի արտադրություն

Փաթեթավորման գլանափոշու մետալուրգիայի մեթոդի սխեման պատկերված էՆկար 1. Խառնման փուլում պատրաստվել է չորրորդական խառնուրդ AlSi6Mg4Cu4 փոշի՝ Al, Si, Cu և Mg փոշիներով՝ համապատասխանաբար 86 wt%, 6 wt%, 4 wt% և 4 wt% համամասնություններով: 1 wt% օքսիդացված TiH2 փոշի (ջերմային մշակում օդում 1,5 ժամ 470 ◦C ջերմաստիճանում) ավելացվել է որպես փչող նյութ, որն արագորեն բաց է թողնում H2-ը հալման ջերմաստիճանում՝ ընդարձակելով հալոցքը: Բացի այդ, ածխածնային մանրաթելերի 0.5 wt% ներառվել են որպես ամրապնդող փուլեր: Հատկանշական է, որ փրփրման ժամանակ թրջողությունը ուժեղացնելու և Al4C3-ի նման վնասակար ռեակցիաները կանխելու համար մանրաթել-ալյումինի հալման միջերեսում փրփրման ժամանակ ածխածնային մանրաթելերը պղնձապատվել են էլեկտրածածկման միջոցով: Էլեկտրապատման գործընթացը նկարագրված է Refs-ում:Նկար 2ցույց է տալիս պղնձով պատված ածխածնային մանրաթելերը, որոնք ստացվել են էլեկտրոլազերծման գործընթացով: Ծածկույթն ունի մանրաթելային մակերեսի միասնական և շարունակական ծածկույթ(Նկար 2(ա)–(բ)). Այնուհետև, այս հետազոտության մեջ օգտագործված խառնուրդի տարբեր բաղադրությունները պատրաստվել են վերոհիշյալ փոշիները Cf-ով և առանց Cf-ի մանրակրկիտ խառնելով 3 ժամ եռաչափ խառնիչում: Միատեսակ խառնված փոշին պարփակվում է կնքված խոռոչի մեջ, որին հաջորդում են սառը և տաք գլանման ընթացակարգերը:

Սառը գլորման փուլը արդյունավետորեն էվակուացնում է օդը խոռոչների ներսից և մասնիկների միջև միջքաղաքային տարածություններից՝ մի շարք անցումների և փոքր իջվածքների միջոցով: Տաք գլորման փուլը ապահովում է, որ պրեկուրսորը ձեռք է բերում հարաբերական խտություն, որը գերազանցում է 98%-ը վահանակի և փոշու համատեղ դեֆորմացիայի միջոցով, ինչը հեշտացնում է հետագա փրփրման գործընթացը: Գլորման գործընթացի մանրամասն պարամետրերը նկարագրված են Refs-ում: AFS և Cf/AFS փրփրացող պրեկուրսորները ձեռք են բերվում վերը նշված գործընթացի միջոցով: Ի վերջո, երկու փրփրացող պրեկուրսորներն էլ ջեռուցվեցին 620 ◦C ջերմաստիճանում 15 րոպե՝ Cf/AFS և AFS նմուշներ պատրաստելու համար, որոնք օգտագործվում էին ծակոտիների չափի վերլուծության, միկրոկառուցվածքային բնութագրման և սեղմման մեխանիկական հատկությունների թեստերի համար:

2.3. Բնութագրում և փորձարկման մեթոդներ

2.3.1. Միկրոկառուցվածքային բնութագրում

Cf/AFS-ի և AFS-ի միկրոկառուցվածքի մորֆոլոգիան ուսումնասիրվել է դաշտային արտանետումների սկանավորման էլեկտրոնային մանրադիտակի միջոցով (SEM, Zeiss Ultra Plus): Էներգիայի ցրման սպեկտրոսկոպիան (EDS) օգտագործվել է փրփրված նմուշների բջիջների պատերի տարբեր փուլերի բաղադրությունը պարզելու համար: Նմուշների երկայնական հատվածները ստացվել են փրփրված նմուշները կտրելով էլեկտրալիցքաթափող մեքենայի միջոցով (EDM, DK7745): Դրանից հետո նմուշների երկայնական հատվածները պատվեցին ներկով, այնուհետև հղկվեցին և փայլեցվեցին համապատասխանաբար 800 և 1500 գրիտային հղկաթուղթով: Ի վերջո, փայլեցված նմուշի խաչմերուկի բջիջների համարժեք տրամագծերը (Dmean) որոշվել են պատկերի վերլուծության ծրագրաշարի միջոցով՝ Image Pro Plus 6.0:

Նկար 1.Փաթեթավորման գլանափոշու մետալուրգիայի մեթոդի սխեման:

Նկար 2.(ա) պղնձով պատված ածխածնային մանրաթելերի SEM պատկերները, և (բ) ցույց են տալիս տարածքի խոշորացված տեսքը, որը նշված է կարմիր քառակուսիով (ա): (գ) և (դ) պատկերները (բ) կետի Ա կետի EDS արդյունքներն են:

Նկար 3.Սինքրոտրոնային ճառագայթման փորձարկման սխեմատիկ դիագրամ:

2.3.2. In situ փրփրացող դիտարկումներ սինքրոտրոնային ճառագայթման միջոցով

Սինքրոտրոնային ճառագայթման փորձի տեղադրման սխեմատիկ դիագրամը ուրվագծված էՆկար 3. Փորձերն անցկացվել են Պեկինի սինքրոտրոնային ճառագայթման կայանքի (BSRF, Պեկինի բարձր էներգիայի ֆիզիկայի ինստիտուտ, Չինաստանի գիտությունների ակադեմիա, Չինաստան) ճառագայթային գծում 4W1A: Ի տարբերություն սովորական կլանման-կոնտրաստային պատկերների, այս հոդվածը օգտագործում է փուլային կոնտրաստային պատկերներ սինքրոտրոնային ճառագայթման լույսի աղբյուրով: Այս մոտեցումը անդրադառնում է ավանդական ներծծող պատկերման սահմանափակումներին, որն անարդյունավետ է թույլ կլանող նյութերը պատկերացնելու համար: Նմուշների փրփրման գործընթացը իրականացվել է հատուկ նախագծված փրփրացող վառարանում, որն ունի 15 մմ x 15 մմ քառակուսի պատուհան, որը տեղադրված է ռենտգենյան ճառագայթների ուղղությանը ուղղահայաց: Նմուշի չափը, ինչպես պատկերված է Նկար 3-ում, ունի 15 մմ × 15 մմ × 2 մմ: Նմուշը տեղադրվում է փրփրացող կաղապարի մեջ, որը բաղկացած է որոշակի քանակությամբ կերամիկական թիթեղներից։ Փրփրման գործընթացի ողջ ընթացքում ռենտգենյան ճառագայթները կարող են անցնել նմուշի միջով և ֆիքսվել լիցքավորվող սարքի (CCD) տեսախցիկով: Ռենտգենյան ճառագայթների ընտրված աղբյուրը գործում էր 20 Կեվ ինտենսիվությամբ, իսկ դիտման առավելագույն չափը՝ 7,4 մմ × 7,4 մմ, օգտագործվել է փրփրման ողջ գործընթացի համապարփակ դիտարկումը հնարավորություն տալու համար:

Հարկ է նշել, որ դիտարկված նմուշները տեղադրվել են ինչպես շարժման ուղղությանը, այնպես էլ շոշափող ուղղությանը ուղղահայաց: Ե՛վ 0,5 wt% Cf պարունակող պրեկուրսորների, և՛ 0,5 wt% Cf չունեցող պրեկուրսորների կողային վահանակները հեռացվել են նմուշների երկու կողմերից՝ օգտագործելով EDM: Հետազոտվել է Cf-ի ազդեցությունը ալյումինի փրփուրի փրփրման բնութագրերի վրա: Ավելին, տարբեր բաղադրությամբ պրեկուրսորները փրփրվել են նույն ջեռուցման վառարանում 620 ◦C նախապես սահմանված ջերմաստիճանում:

2.3.3. Սեղմման մեխանիկական հատկությունների փորձարկում

Կոմպրեսիոն նմուշները EDM-ով կտրվել են 23 մմ բարձրությամբ և 20 մմ տրամագծով գլանաձև նմուշների, և յուրաքանչյուր ուղղություն ապահովելու համար ներառել է առնվազն 10 ամբողջական ծակոտիներ՝ չափի ազդեցությունից խուսափելու համար: Կազմստատիկ սեղմման փորձարկումներն իրականացվել են ISO13314–2011 և GB/T31930–2015 ստանդարտներին համապատասխան՝ օգտագործելով AG-XPLUS էլեկտրոնային նյութերի ունիվերսալ փորձարկման մեքենա՝ 100 KN առավելագույն բեռնվածքի հզորությամբ: Յուրաքանչյուր խմբի համար փորձարկվել է երեք նմուշ, և այս փաստաթղթի սեղմման լարվածություն-լարված կորերը ներկայացնում են փորձարկված երեք նմուշներից ստացված միջին արդյունքները: Բոլոր փորձարկումներն իրականացվել են տեղաշարժի հսկողության ներքո՝ պահպանելով 2 մմ/րոպե կայուն խաչաձև արագություն (համապատասխանում է 10−3 վրկ-1 սկզբնական լարման արագությանը) սենյակային ջերմաստիճանում։

Նկար 4.Cf/AFS փրփրման գործընթացի ժամանակի ընթացքում զարգացած սինքրոտրոնային ճառագայթման պատկերներ. բ)– (գ) տարրական պղնձի և II տիպի միջուկի տարրալուծում պրեկուրսորի հալման ժամանակ. դ)– է) փուչիկների տարասեռ միջուկացման և աճի գործընթացները. և (ը)–(i) փուչիկների միաձուլումը և պատռումը:

3. Արդյունքներ և քննարկում

3.1. In situ փրփրման վարքագիծը սինքրոտրոնային ճառագայթման տակ

3.1.1. Cf/AFS-ի փրփուրի էվոլյուցիան

Նկար 4ցուցադրում է մի շարք սինքրոտրոնային ճառագայթման պատկերներ, որոնք պատկերում են Cf/AFS-ի փրփրման գործընթացը: Cf/AFS-ի բնօրինակ պատկերները(Նկար 4 (ա))ֆիքսվել են, երբ մատրիցը գտնվում էր պինդ վիճակում 380 ◦C ջերմաստիճանում, և այս ժամանակը սահմանվեց որպես t0: Համեմատած պրեկուրսորի մյուս բաղադրիչների հետ, Cf-ը սև է հայտնվում հիմնականում մոխրագույն ալյումինով հարուստ մատրիցայում: Սա կարելի է վերագրել մանրաթելերի մակերեսի վրա պղնձի բարձր պարունակությանը, ինչպես ցույց է տրվածՆկար 2(գ)–(դ), որն ունի ամենամեծ հարաբերական ատոմային զանգվածը՝ համեմատած պրեկուրսորի մյուս բաղադրիչների հետ։ Ավելին, Cf-ի մեծ մասը դիտվում է որպես ցրված և առանձին, այլ ոչ թե խմբավորված, ինչպես ցույց է տրվածՆկար 4(ա). Սա ենթադրում է, որ Cf-ի 0,5 wt% հավելումով, 3 ժ խառնման գործընթացը կարող է արդյունավետորեն հասնել ցրման ցանկալի վիճակին:

t0+194s-ում (ինչպես երևում էՆկար 4(բ)90 մկմ-ից մինչև 180 մկմ տրամագծով սպիտակ, գրեթե գնդաձև փուչիկների զգալի քանակ կարելի է դիտարկել մոխրագույն ալյումինե մատրիցայում (նշված կարմիր սլաքով): Պղպջակների թիվը շարունակեց աճել 46 վայրկյանի ընթացքում, ինչպես ցույց է տրվածՆկար 4(գ). Բացի այդ, մատրիցայում տեղի ունեցող ևս մեկ ուշագրավ փոփոխությունն այն է, որ որոշ փոքր պղպջակներ հակված են ձևավորվել Cf-ի մակերեսի վրա Cu-ի տարալուծումների մեկնարկով (նշված կարմիր կետավոր տուփով): Այս երևույթը, հավանաբար, վերագրվում է II տիպի միջուկացմանը, որը տեղի է ունենում պղնձի պարունակող փոշի կոմպակտում: Լայնորեն ընդունված է, որ Cu-ի ավելացումը զգալիորեն նվազեցնում է համաձուլվածքների հալման ջերմաստիճանը։ Սա հանգեցնում է տաքացման գործընթացում պղնձի փոշի պարունակող փոշու պրեկուրսորի առանձին մասնիկների շուրջ տեղայնացված հալման՝ ավելի ցածր ջերմաստիճաններում առաջացնելով Al–Si–Mg–Cu չորրորդական էվեկտիկական հալվածքի զգալի քանակություն։ Չորրորդական էվեկտիկական հալոցքային ավազանը հակված է լինել թույլ տարածք համաձուլվածքում և ավելի հակված է միջուկացման: Արդյունքում, փուչիկները ավելի հավանական է, որ միջուկներ առաջանան և աճեն մանրաթելերի մակերեսի վրա պղնձապատված շերտի մոտ: Ավելին, այս պահին մատրիցում ցածր հեղուկ մասնաբաժինը հանգեցնում է նրան, որ TiH2-ի քայքայման արդյունքում գազերը հեշտությամբ կուտակվում են ալյումինի մատրիցում: II տիպի միջուկավորումը կարող է արդյունավետորեն խուսափել կուտակված գազից, որը ստիպում է անջատել ցածր հեղուկ ֆրակցիայի մատրիցը և հեղուկի միջով ճաքեր տարածել, ինչը հանգեցնում է ջրածնի քանակի լուրջ կորստի:

Նկար 4(դ)ցույց է տալիս, որ փուչիկները սկզբնապես միջուկ են կազմում և աճում են Cf-ի տարածքում, քանի որ մատրիցն ամբողջությամբ հալվում է, և պղպջակների տեղակայումը համապատասխանում է անհետացող պղնձով պատված շերտին (նշված կարմիր կետավոր տուփով): Հաստատված է, որ երկրորդային փուլերի ավելացումը մեծացնում է տարասեռ միջուկային տեղամասերի քանակը՝ դրանով իսկ նվազեցնելով համաձուլվածքի հալվածում նոր փուչիկների առաջացման էներգետիկ արգելքը: Մինչդեռ, միջուկացման արագությունը կապված է միավոր ծավալով միջուկացման ընդհանուր տարասեռ տարածքի հետ: Հետևաբար, կարելի է նկատել, որ փուչիկները սկզբում միջուկներ են ձևավորում այն ​​վայրերում, որտեղ տեղակայված են ածխածնային մանրաթելերը և ընդլայնվում են ածխածնային մանրաթելի երկարությամբ: Հալված մասի հետագա աճի հետ մեկտեղ բազմաթիվ նոր փուչիկներ շարունակում են առաջանալՆկար 4(e)–4(g). Այնուամենայնիվ, փուչիկների տեղայնացված միաձուլման և խզման արագությունը դանդաղ է, ինչը ցույց է տալիս, որ փուչիկները ունեն բարձր կայունություն: t0+426s-ում պղպջակների թիվը զգալիորեն մեծանում է, և

պրեկուրսորի ծավալը ցույց է տալիս մեծ ընդլայնում(Նկար 4(ը)). Ավելին, որոշ պղպջակների միաձուլման (նշված կարմիր սլաքով) առաջացումը, որտեղ փոքր փուչիկները կլանվում են ավելի մեծերի կողմից Օստվալդի հասունացման պատճառով, անխուսափելի գործընթաց է մետաղական փրփուրների էվոլյուցիայի ընթացքում [40]: Այս հասունացման երևույթը նաև հանգեցնում է փոքր քանակությամբ մեծ և անկանոն փուչիկների առաջացմանը (նշված կարմիր սլաքով.Նկար 4(i))

Նկար 5.AFS-ի փրփրման գործընթացի ժամանակի ընթացքում ձևավորված պատկերներ տարբեր փուլերում. բ) տարրական պղնձի տարրալուծումը և II տիպի միջուկը պրեկուրսորի հալման ժամանակ. գ) փուչիկների միջուկացման և աճի գործընթացները. և (դ)–(զ) փուչիկների միաձուլումը և պատռումը:

3.1.2. AFS-ի փրփուրի էվոլյուցիան

Նկար 5-ը ցույց է տալիս սինքրոտրոնային ճառագայթման մի շարք պատկերներ, որոնք ցույց են տալիս AFS-ի փրփրման գործընթացը: Cf/AFS-ի նման, սինքրոտրոնային ճառագայթման հաջորդականության սկզբնական պատկերը նկարահանվել է, երբ AFS-ը գտնվում էր պինդ փուլում 380 ◦C (տես.Նկար 5(ա)) Երբ մատրիցը տաքացվում է պինդուսի ջերմաստիճանից բարձր, փոքր սպիտակ փուչիկները տեսանելի են դառնումՆկար 5(բ) և (գ), TiH2-ի տարրալուծման և Cu-ով հարուստ տարածաշրջանում II տիպի միջուկի առաջացման արդյունքում։ Այնուամենայնիվ, առաջացած փուչիկների քանակը և դրանց բաշխման խտությունըՆկար 5(գ)համեմատ զգալիորեն ցածր էՆկար 4(գ). Սա ենթադրում է, որ Cf/AFS-ն ավելի շատ ալիքներ է տրամադրում միջուկավորման ժամանակ գազի վաղ արձակման համար՝ կանխելով ցածր հեղուկ մասնաբաժնի հետ ալյումինե մատրիցայում ճաքերի ավելցուկ ձևավորումը:

AFS-ի միջուկավորման ավելի քիչ թվով տեղամասեր և Cf/AFS-ի համեմատ պղպջակների աննորմալ աճի ավելի մեծ հավանականություն կարելի է դիտարկելՆկար 5(դ)–(զ). AFS փուչիկների էվոլյուցիան անկանոն է, և դրանց չափերը ցույց են տալիս լայն տատանումներ՝ պայմանավորված ինչպես միկրոմետրի չափի, այնպես էլ աննորմալ միլիմետրի մեծ փուչիկների (կարմիր սլաքով նշված) գոյակցության պատճառով: Ավելին, այս անկայունությունը և անհամասեռությունը վաղ միջուկային գործընթացի ընթացքում կարող են հանգեցնել AFS-ի և Cf/AFS-ի միջև վերջնական ծակոտիների կառուցվածքի և մեխանիկական հատկությունների զգալի տարբերությունների:

3.2. Մակրոկառուցվածքի վերլուծություն

Մակրոսկոպիկ ծակոտիների մորֆոլոգիայի և ծակոտիների տրամագծի տարբերությունները AFS-ի և Cf/AFS-ի միջև ուսումնասիրելու համար լաբորատոր պայմաններում պատրաստվել են երկու սենդվիչ կառուցվածքներ 620 ◦C փրփրման ջերմաստիճանում 15 րոպեի ընթացքում: AFS-ի և Cf/AFS-ի մակրոկառուցվածքները և բջջի չափերի բաշխումը ներկայացված ենՆկար 6. Երկու սենդվիչ կառույցների նմուշների ուղղահայաց հատվածների համեմատությունը ցույց է տալիս, որ Cf/AFS փրփուրներն ունեն ավելի նուրբ բջիջներ և ավելի քիչ թերություններ, ինչպիսիք են խցերի խզումը կամ միաձուլումը (տես.Նկար 6 (բ)) Ընդհակառակը, ինչպես ցույց է տրվածՆկար 6(ա)AFS-ն ցուցադրում է ծակոտիների վատ միատարրություն՝ որոշ աննորմալ մեծ ծակոտիների առկայությամբ: Միևնույն ժամանակ, AFS-ի և Cf/AFS-ի համար ծակոտիների համարժեք տրամագիծը համապատասխանաբար եղել է 2,9 ± 0,2 մմ և 1,9 ± 0,1 մմ, ինչը թույլ է տալիս ենթադրել, որ ծակոտիների տրամագիծը հետագայում զտվել է Cf-ի ավելացմամբ (տես.Նկար 6(գ) և (դ))

Ծակոտիների կառուցվածքի էվոլյուցիայի վրա ազդում են երկու մրցակցային մեխանիզմներ՝ TiH2-ի տարրալուծումը և փրփուրի միաձուլումն ու պատռումը: TiH2-ի տարրալուծումը նպաստում է միջուկների քանակի, ծակոտկենության և ընդլայնման արագության ավելացմանը, մինչդեռ փուչիկների միաձուլումը և պատռումը նվազեցնում է ծակոտիների քանակը և մեծացնում ծակոտիների տրամագիծը: Պղպջակների միաձուլման և խզման դեպքերի կրճատումը նպաստում է ավելի լավ բջջային կառուցվածքի ձեռքբերմանը: Հետևաբար, փրփուրի բարձր կայունությունը անհրաժեշտ է փրփրման գործընթացում ծակոտիների կառուցվածքի միատարրությունը պահպանելու համար: Cf/AFS-ի համար Cf-ի ավելացումը մեծապես բարելավում է մանրաթելերի թրջելիությունը ալյումինի հալվածքով: Հալված փրփրման մեթոդով պատրաստված Cf-ով ամրացված ալյումինի [44] փրփուրի նման, Cf-ի ավելացումը կայունացնում է ալյումինի փրփուրը՝ կանխելով բջջային պատի պատռումը և նվազեցնելով ագլոմերացիան: Միևնույն ժամանակ, Cf-ը կարող է բջջային պատում ստեղծել ցանցանման կառույց, որը առաջացնում է տարանջատման ուժ և կանխում է փուչիկների պատռումը, այդպիսով բարելավելով բջջային կառուցվածքը, փրփուրի կայունությունը և ծակոտիների բաշխման միատեսակությունը:

3.3. Միկրոկառուցվածքային բնութագրում

Նկար 7(ա)ցույց է տալիս բջջային պատի միկրոկառուցվածքը AFS-ով փրփրելուց հետո: Ինչպես նշված է AlSi6Cu4Mg4 համաձուլվածքի փրփուրների համար, համաձուլվածքում առկա են էվեկտիկական Al–Si, Mg2Si, Al2Cu և Al5Cu2Mg8Si6, ինչը համընկնում է EDS վերլուծությունից ստացված արդյունքների հետ։Նկար 7(բ). Այս փխրուն փուլերը նվազեցնում են ալյումինե փրփուրի մեխանիկական հատկությունները՝ թուլացնելով ծակոտիների պատը կամ դեֆորմացման ժամանակ հանդես գալով որպես ճաքերի աղբյուր: Հետևաբար, ծակոտիների պատի մեխանիկական հատկությունների ուժեղացումը ամրապնդող փուլերի ավելացման միջոցով կենսունակ և արդյունավետ ռազմավարություն է:

Cf/AFS-ի համար այն կարելի է դիտարկելՆկար 7(գ) և (դ)որ Cf-ը բաշխված է բջջային պատի ներսում կամ բջջային պատի եզրին, ինչը ցույց է տալիս, որ Cf-ն ունի գերազանց թրջողություն ալյումինի հալվածքի հետ: Ավելին, նկատելի է (տե՛սՆկար 7(դ)) որ մանրաթելերի և ալյումինի հալման միջերեսում ձևավորվում է նստեցված Al2Cu փուլի մի փոքր քանակություն: Այս երեւույթը նպաստում է մանրաթելերի և մատրիցայի միջև ամուր կապի հասնելուն: Այս դիֆուզիոն ռեակցիայի առաջընթացը կարելի է ինտուիտիվ կերպով դիտարկելՆկար 4(ա)–(գ). Նկատի ունեցեք, որ նստվածքային փուլը ամբողջությամբ չի շրջապատում ածխածնային մանրաթելերը, և այս բաշխման վիճակն ու քանակությունը շահավետ են Cf/AFS-ի համար: Lv et al-ի ուսումնասիրության հիման վրա Cf-ով ամրացված ալյումինե մատրիցային կոմպոզիտային նյութերի վրա ցույց է տրվել, որ նստվածքային փուլի համապատասխան քանակությունը կարող է ազդել և կարգավորել միջերեսային կապի ամրությունը:

Նկար 6.Ներկայացուցիչ նմուշի ուղղահայաց հատվածներ (ա) AFS և (b) Cf/AFS: (ա) և (բ)-ին համապատասխանող տրամագծի համեմատ մակերեսի կոտորակային գծագրերը համապատասխանաբար պատկերված են (գ) և (դ) կետերում: (գ) և (դ)-ի պինդ շարունակական գիծը ներկայացնում է լոգ-նորմալ համապատասխանությունը: Ռեգրեսիան (R2) ներկայացնում է համապատասխանության լավությունը:

Նկար 7.SEM պատկերները (ա) և (բ) ցույց են տալիս համապատասխան միկրոկառուցվածքներըՆկար 6ա) AFS ևՆկար 6բ) Cf/AFS, համապատասխանաբար, ավելին,Նկար 7(բ) և (դ) ցույց են տալիս տեղայնացված խոշորացումներըՆկար 7(ա) և (գ) համապատասխանաբար:

3.4. Cf կայունացնող Al–Si–Mg–Cu փրփուրի մեխանիզմը

Վերոհիշյալ վերլուծության հիման վրա Cf/AFS-ի և AFS-ի փրփրման մեխանիզմի սխեմատիկ ներկայացումն ամփոփված է.Նկար 8. Cf/AFS-ի և AFS-ի միջև զգալի տարբերությունները միջուկացման, պղպջակների աճի և միաձուլման փուլում և աստիճանական ամրացման փուլում, ինչպես ցույց է տրված նկարում.Նկար 8(ա) և (բ).

Նկար 8.Cf/AFS և AFS փրփրման վարքի սխեմատիկ դիագրամ. ա) Cf/AFS; և (բ) AFS.

AlSi6Cu4Mg4 համաձուլվածքի փրփուրների միջուկացման փուլում փուչիկները հակված են միջուկային պղնձի մասնիկները շրջապատող հեղուկ չորրորդական էվեկտիկայի ներսում, այլ ոչ թե միջուկային TiH2 մասնիկների գտնվելու վայրում: Այս տեսակի միջուկը պրեկուրսորի ամենաթույլ շրջանում (II տիպի միջուկացում) ապահովում է ավելի շատ փախուստի ուղիներ TiH2-ի տարրալուծման արդյունքում արձակված գազերի համար՝ խուսափելով գազերի կուտակումից և առաջացնելով ճաքերի տարածում ալյումինի հալոցքում: Պղնձով պատված ածխածնային մանրաթելերի ավելացումը, ըստ երևույթին, ավելի շատ ալիքներ է ստեղծում H2-ի ազատման համար: Այնուամենայնիվ, քանի որ ալյումինի հալվածքն այս փուլում չունի բավարար հեղուկ ֆրակցիա, դժվար է նման փոքր փուչիկների համար ունենալ H2-ի բավարար աղբյուր՝ շարունակելու համար աճել: Արդյունքում, այս փոքրիկ փուչիկները պատռվում են հալոցքի ներսում, երբ ջերմաստիճանը բարձրանում է: Երբ պրեկուրսորն ամբողջությամբ հալվի, H2-ը, որն ազատվում է TiH2-ի կատաղի ջրազրկման ռեակցիայից, միջուկներ կստեղծվի և արագ կաճի՝ ելնելով միջուկացման կետից: Cf-ն ապահովում է բազմաթիվ տարասեռ միջուկային տեղամասեր՝ փուչիկների առաջացման համար, որոնք մեծապես մեծացնում են միջուկավորման արագությունը: Միաժամանակ, Cf-ի առկայությունը արդյունավետ կերպով արգելակում է առաջնային փուչիկների շփումն ու միաձուլումը և խուսափում անոմալ մեծ փուչիկների ձևավորումից:

Փուչիկների աճի և միաձուլման փուլում Cf-ի ավելացումը զգալիորեն բարելավում է փրփուրի կայունությունը: Պատճառն այն է, որ Cf-ն և ալյումինի հալոցքը լավ թրջվում են, և մանրաթելերը հեշտությամբ կարող են թակարդվել գազ-հեղուկ միջերեսների միջև՝ ցանցային կառուցվածք ձևավորելու համար (ինչպես ցույց է տրված.Նկար 7(գ)) Քանի որ հեղուկ թաղանթը նոսրանում է, մանրաթելերը կարող են առաջացնել բաժանման ճնշում՝ սարահարթի սահմանից ներծծմանը դիմակայելու համար, այդպիսով կանխելով հեղուկ թաղանթի պատռումը: Այսպիսով, Cf/AFS-ին անհրաժեշտ է ավելի երկար փրփրելու ժամանակ՝ համեմատած AFS-ի հետ՝ ավելի բարձր կայունությամբ, որը կարող է պահպանել ծակոտիների կառուցվածքի միատեսակությունը փրփուրի էվոլյուցիայի ընթացքում:

Դանդաղ պնդացման փուլում Cf/AFS-ի փուչիկները այլևս չեն աճում, և մանրաթելերը ներկառուցված են բջջային պատի մեջ (նշված կարմիր կետավոր տուփով): Մանրաթելերի այս պահպանումը կանխում է փոքր փուչիկների կլանումը ավելի մեծերի կողմից, ինչպես երևում է Օստվալդի հասունացման ժամանակ, և արգելակում է բջջային պատի պատռումը` ամրացման ընդլայնման պատճառով: Արդյունքում, Cf/AFS-ն ցուցադրում է ծակոտիների ավելի միատարր կառուցվածք և ավելի քիչ ծակոտկեն թերություններ՝ համեմատած AFS-ի հետ:

3.5. Մեխանիկական հատկություններ

Գրեթե նույն ծակոտկենությամբ (համապատասխանաբար 83.2% և 81.4%) Cf/AFS-ի և AFS-ի համար սեղմող լարվածություն-դեֆորմացված կորերը ներկայացված են.Նկար 9(ա). Սեղմման լարվածություն-լարված կորը ցուցադրում է հստակ եռաստիճան բնութագիր, որը ներառում է գծային առաձգական շրջանը, բարձրավանդակի շրջանը և խտացման շրջանը: AFS-ի և Cf/AFS-ի սեղմման ուժգնությունը համապատասխանաբար կազմել է 8,44 ՄՊա և 11,87 ՄՊա: Cf/AFS-ի սեղմման դիմացկունությունը AFS-ի համեմատ ավելացել է 40,6%-ով: Միևնույն ժամանակ, Cf/AFS-ի էներգիայի կլանման կարողությունը ավելի լավն է, քան AFS-ի նույն լարվածության դեպքում, ինչպես ցույց է տրված.Նկար 9(բ). AFS-ի և Cf/AFS-ի էներգիայի կլանման կարողությունները համապատասխանաբար կազմում են մոտ 3,3 ՄՋ/մ3 և 6,1 ՄՋ/մ3: Cf/AFS-ի էներգիայի կլանման հզորությունը բարելավվել է 84,8%-ով AFS-ի համեմատ:

Նկար 9.Սեղմող լարվածություն-գնացքի կորեր և Cf/AFS և AFS էներգիայի կլանման կարողությունների կորեր. բ) էներգիայի կլանման կարողությունների կորերը.

Cf-ի ընդգրկումը զգալիորեն մեծացրել է փրփուրի միջուկի մեխանիկական հատկությունները: Հայտնի է, որ մեխանիկական հատկություններըալյումինե փրփուրսերտորեն կապված են ծակոտիների կառուցվածքի և հենարանի մեխանիկական հատկությունների հետ: Մակրոկառուցվածքային վերլուծությունը ցույց տվեց, որ Cf-ի ավելացումը բարելավեց ծակոտիների չափը, բարելավեց ծակոտիների բաշխումը և նվազեցրեց ծակոտիների թերությունները: Սասիկումարի և այլոց բացահայտումների նման: և Յանգեթալը։ փոքր ծակոտի տրամագիծը և նեղ ծակոտիների բաշխումն ավելի օգտակար են սեղմման ուժը և էներգիայի կլանման արդյունավետությունը բարձրացնելու համար: Ավելին, միկրոկառուցվածքի ազդեցությունը փրփուրի մեխանիկական հատկությունների վրա հիմնականում պայմանավորված է փրփուրի ծակոտկեն պատերում ներկառուցված Cf-ով: Ալյումինե մատրիցայում ածխածնային մանրաթելերի պղնձե ծածկույթի տարածումը և տարրալուծումը կարող է հասնել ավելի ամուր միջերեսային կապի մանրաթելերի և ալյումինե մատրիցայի միջև, ինչը նպաստում է բեռի փոխանցմանը: Ծակոտի պատի մեջ ամրացված ածխածնի բարձր մոդուլի մանրաթելը կարող է սահմանափակել ծակոտի պատի դեֆորմացիան սեղմման բեռի տակ և բարելավել կրող կարողությունը: Այս բոլոր գործոնները նպաստում են Cf/AFS-ին՝ AFS-ի համեմատ ավելի բարձր զիջողականության և էներգիայի կլանման հզորության հասնելու համար:

4. Եզրակացություններ

Cf/AFS-ը և AFS-ը պատրաստվել են փաթեթավորման գլանափոշու մետալուրգիական մեթոդով այս աշխատանքում: Cf/AFS-ի և AFS-ի փրփրացող վարքագիծը դինամիկ կերպով դիտվել է սինքրոտրոնային ճառագայթման միջոցով

ուսումնասիրել Cf-ի ազդեցությունը պղպջակների միջուկացման և աճի վրա: Բացի այդ, Cf-ն մանրակրկիտ վերլուծվել է ալյումինե փրփուրների ծակոտիների ձևաբանության, ծակոտիների բաշխման և սեղմման հատկությունների վերաբերյալ: Հիմնական եզրակացությունները հետևյալն են.

(1) Սինքրոտրոնային ճառագայթումը տեղում դիտարկումները ցույց են տալիս, որ և՛ Cf/AFS, և՛ AFS փրփրման գործընթացները ցուցադրում են երեք հստակ փուլ՝ պղպջակների միջուկացում, պղպջակների աճ և միաձուլում և կարծրացում:

AFS-ի համեմատ, Cf/AFS-ի փրփրման գործընթացը ցույց է տալիս ավելի բարձր կայունություն և պղպջակների միատեսակություն: AFS-ն ավելի հակված է ծակոտիների էվոլյուցիայի գործընթացում աննորմալ մեծ և կոպիտ ծակոտիներ ձևավորելուն: Բացի այդ, անհավասարությունը վերագրվում է Cf-ի տարասեռ միջուկային ազդեցությանը, որը կանխում է պղպջակների պատի պատռումը և նվազեցնում միաձուլումը` միաժամանակ մեծացնելով միջուկացման արագությունը:

(2) 0,5 wt.% Cf-ի ավելացումը մաքրում է ծակոտիների համարժեք տրամագիծը 2,9 ± 0,2 մմ-ից մինչև 1,9 ± 0,1 մմ՝ զգալիորեն նվազեցնելով ծակոտիների կոպիտ թերությունները: Միաժամանակ, միկրոկառուցվածքը բացահայտում է Cf-ի լավ թրջելիությունը, որը բաշխված է ծակոտի պատի և գազ-պինդ միջերեսի երկայնքով՝ դրանով իսկ բարձրացնելով փրփուրի կայունությունը:

(3) AFS-ի հետ համեմատած, Cf/AFS-ի սեղմման ելքի ուժը և էներգիայի կլանման հզորությունը համապատասխանաբար աճել են մոտավորապես 40.6% և 84.8%: Այս ուսումնասիրության արդյունքները կարող են գաղափարներ տալ ալյումինե փրփուր սենդվիչ վահանակների ամրացման համար մետալուրգիական կապող միջերեսներով, որոնք ունեն ինժեներական կիրառման ներուժ ավտոմոբիլային և օդատիեզերական արդյունաբերության ոլորտում:

Հոդված՝ Journal of Materials Research and Technology