Karakteristik kinerja panel sandwich busa aluminium serat karbon sing disimpen tembaga dibandhingake karo panel sandwich busa aluminium konvensional

Sandwich busa aluminiumPanel (AFS) nduweni kombinasi karakteristik struktural lan fungsional kayata kapadhetan rendah, kekuatan spesifik sing dhuwur, panyerepan energi sing apik, kapasitas redaman, lan pelindung elektromagnetik. Properti sing apik banget iki ndadekake AFS duweni potensi gedhe ing aerospace, transportasi, lan lapangan laut. Dibandhingake karo busa sing meh ora logam, piring metalik njaba AFS bisa kanthi efektif nutup busa lan nambah sifat mekanik sing komprehensif, kayata kekuatan tarik lan mlengkung. Umume, AFS digawe kanthi cara ikatan adesif, sing mbutuhake nempelake busa aluminium menyang panel logam padat kanthi nggunakake adesif resin epoksi.

Senajan cara iketan adhesive èfèktif nambah damping struktural, iku diiringi watesan, kalebu tantangan ing daur ulang lan kerentanan kanggo Gagal delamination ing suhu dhuwur utawa kahanan korosif. Kanggo ngatasi watesan kasebut, upaya riset ekstensif wis darmabakti kanggo nggayuh ikatan metalurgi antarane panel lan lapisan inti.

Saiki, metode persiapan utama kanggo AFS sing dituju kanggo nggayuh ikatan metalurgi umume diklasifikasikake dadi telung kategori: welding, leleh foaming, lan metode metalurgi bubuk rolling kemasan. Ing antarane metode kasebut, metode metalurgi bubuk rolling packing dianggep luwih unggul kanggo ngontrol struktur pori lan entuk busa suhu rendah. Pakaryan sadurunge nggunakake teknologi iki kanggo nggawe AFS ukuran gedhe kanthi sifat ekspansi lan struktur seluler sing luwih apik kanggo aplikasi industri.

Nanging, amarga sifat mechanical compressive relatif kurang saka inti umpluk, dandan saka kekuatan mechanical saka AFS diwatesi, supaya dandan luwih saka kekuatan inti umpluk wigati kanggo AFS.

Nganti saiki, cara umum sing dilapurake kanggo nambah sifat mekanik kompresifumpluk aluminiumyaiku: perawatan permukaan, perawatan panas, lan penguatan kanthi nambahake partikel, serat, unsur paduan, lan sapiturute. Kajaba iku, metallization permukaan serat karbon, kanthi electroplating utawa plating kimia kayata plating tembaga utawa plating nikel, luwih mbenakake wettability saka serat karbon ing aluminium nyawiji lan ngindari reaksi antarmuka mbebayani antarane serat karbon lan nyawiji aluminium. Serat karbon cendhak saiki akeh digunakake kanggo nguatake komposit matriks aluminium.

Bhav Singhetal. disiapake serat karbon dilapisi tembaga sing dikuatake komposit matriks aluminium kanthi metode casting. Muetal. komposit aluminium matriks sing dikuatake kanthi serat karbon sing dilapisi nikel nggunakake metode casting rong rol. Asil kasebut nuduhake paningkatan sing signifikan ing kekuatan tarik komposit kanthi tambahan serat karbon. Nanging, ana riset winates sing ditindakakeumpluk aluminium dikiatakenkanthi serat karbon sing dilapisi tembaga. Caoetal. serat karbon sing dilapisi tembaga pisanan sing dikuatake busa aluminium liwat metode busa leleh. Asil nuduhake yen 0,35 vol% saka Cf bisa stabil umpluk aluminium kanthi nyegah pecah film Cairan, lan liyane jumlah serat ditambahake kanggo umpluk luwih stabil. Muetal. nuduhake yen sifat damping saka umpluk aluminium disiapake dening cara leleh foaming padha Ngartekno apik karo Kajaba saka Cf.

Kanthi mangkono, bisa disimpulake yen tambahan Cf bisa dadi strategi sing efektif kanggo nambah stabilitas foaming lan sifat mekanik kanthi bebarengan.busa aluminium. Salajengipun, durung ana laporan babagan serat karbon sing dilapisi tembaga sing dikuatake panel sandwich umpluk aluminium sing disiapake liwat metode metalurgi bubuk, sing menehi motivasi peneliti kanggo nindakake studi sing luwih jero ing lapangan iki.

Akeh panaliten wis ditindakake babagan mekanisme nukleasi lan stabilitasbusa aluminiumkanthi tambahan fase penguat. Bedane nomer pori lan morfologi pori,

kayata ukuran, distribusi, lan wangun, biasane digandhengake karo mekanisme nukleasi lan stabilitas. Efek nukleasi heterogen lan mekanisme stabilisasi jaringan oksida ing sistem metalurgi bubuk wis diselidiki kanthi lengkap. Wêdakakêna paduan kuarter sing dumadi saka Al-Si-Mg-Cu sing digunakake ing makalah iki wis nuduhaké tingkat ekspansi sing luar biasa lan suhu umpluk sing kurang, kanthi suhu solidus 507 ◦C lan suhu likuidus 596 ◦C. Nanging, ana kekurangan riset babagan mekanisme nukleasi, stabilitas, lan sifat mekanik kompresi bubuk kompak sing ngemot komposisi campuran khusus iki, utamane nalika nggabungake Cf. Ing karya sadurunge, investigasi mekanisme nukleasi lan stabilisasi utamane ditindakake liwat metode non-in situ, nglibatake analisis tomografi saka conto sing didinginake kanthi cepet sawise gangguan foaming. Sayange, nukleasi gelembung submikron utamane kedadeyan sajrone pemanasan prekursor lan berkembang kanthi cepet sajrone interval wektu saka 100 ms nganti 1 s, asring menehi tantangan kanggo pengamatan wektu nyata. Teknik pencitraan sinar-X sinar-sinkronisasi modern nduweni resolusi spatiotemporal lan energi sing dhuwur, ngidini kanggo observasi nyata-nyata ing lokasi nukleasi lan proses pertumbuhan busa aluminium ing suhu dhuwur. Saiki, mung peneliti winates sing njelajah kinetika busa bubuk paduan Al-Si-Mg kanthi radiasi synchrotron. Contone, García-Morenoetal. kacarita fénoména dinamis pinunjul ing umpluk aluminium Cairan, kalebu nukleasi lan wutah, rearrangement gelembung, retraction Cairan, aglomerasi, lan pecah film. Kamm et al. nyinaoni proses nukleasi lan pertumbuhan umpluk aluminium AlSi8Mg4 kanthi radiasi sinkrotron. Panemuan kasebut nuduhake yen hidrogen sing diasilake liwat dekomposisi adsorbat ing permukaan bubuk logam nggambarake mekanisme nukleasi liyane. Nanging, interaksi antarane komponen prekursor rumit, lan dinamika foaming bisa dipengaruhi dening komposisi. Kanggo sistem wêdakakêna Al-Si-Cu-Mg lan sistem bubuk Al-Si-Cu-Mg kanthi tambahan Cf, pangerten lan njelajah wiwitan lan wutah saka busa logam iku penting kanggo pangembangan struktural luwih saka umpluk kanggo nambah sifat. kanggo aplikasi.

Ing karya iki, Cf / AFS lan AFS kanthi ikatan antarmuka metalurgi disiapake kanthi metode metalurgi bubuk rolling packing. Évolusi gelembung Cf / AFS lan AFS diamati ing situ kanthi radiasi sinkrotron kanggo mbukak mekanisme Cf ing nukleasi gelembung, pertumbuhan lan penggabungan, lan stabilitas. Kajaba iku, Cf / AFS lan AFS padha foamed ing 620 ◦C kanggo 15 min ing tungku kamar. Salajengipun, distribusi ukuran pori, mikrostruktur pori, lan sifat mekanik tekan saka sampel foamed dicirikan lan diuji. Adhedhasar panaliten kasebut, struktur lan kekuatan tekan Cf / AFS lan AFS dievaluasi kanthi sistematis.

2. Materi lan cara

2.1. Bahan mentahan

Enem bahan mentah digunakake kanggo nyiapake AFS lan Cf / AFS: bubuk Al (ukuran rata-rata: 45 μm, kemurnian> 99,70%), bubuk Si (ukuran rata-rata: 38 μm, kemurnian> 99,50%), bubuk Cu (ukuran rata-rata: 38 μm, kemurnian> 99,90%), bubuk Mg (ukuran rata-rata: 75 μm, kemurnian> 99,70%), Bubuk TiH2 (ukuran rata-rata: 45 μm, kemurnian> 99,70%), lan serat karbon sing dilapisi tembaga (ukuran rata-rata: 1 ~ 2 mm, ketebalan lapisan tembaga: 1,4 μm).

2.2. Fabrikasi Cf/AFS

Skema metode metalurgi bubuk rolling packing digambarake ingGambar 1. Sajrone tahap pencampuran, bubuk AlSi6Mg4Cu4 kuarterner disiapake, kanthi bubuk Al, Si, Cu, lan Mg kanthi proporsi masing-masing 86 wt%, 6 wt%, 4 wt%, lan 4 wt%. 1 wt% wêdakakêna TiH2 teroksidasi (perawatan panas ing udhara kanggo 1,5 jam ing 470 ◦C) ditambahake minangka agen ndamu sing ngeculake H2 kanthi cepet ing suhu leleh ngembangake leleh. Kajaba iku, 0,5 wt% serat karbon digabungake minangka fase penguat. Utamane, kanggo nambah wettability lan nyegah reaksi mbebayani kaya Al4C3 ing antarmuka leleh serat-aluminium nalika foaming, serat karbon padha tembaga-dilapisi liwat electroplating. Proses electroplating diterangake ing Refs.Gambar 2nuduhake serat karbon sing dilapisi tembaga sing diduweni dening proses plating electroless. Lapisan kasebut nduweni jangkoan seragam lan terus-terusan saka permukaan serat(Gambar 2(a)–(b)). Sabanjure, komposisi campuran campuran sing digunakake ing panliten iki disiapake kanthi nyampur bubuk sing kasebut ing ndhuwur kanthi lan tanpa Cf ing mixer telung dimensi suwene 3 jam. Wêdakakêna campuran sing seragam dibungkus ing rongga sing disegel, banjur prosedur rolling kadhemen lan panas.

Tahap rolling kadhemen kanthi efektif ngevakuasi hawa saka jero rongga lan ruang interstisial ing antarane partikel liwat pirang-pirang pass lan depresi cilik. Tahap rolling panas mesthekake yen prekursor entuk Kapadhetan relatif ngluwihi 98% liwat co-deformasi panel lan wêdakakêna, kang nggampangake proses foaming sakteruse. Paramèter proses rolling rinci diterangake ing Refs. AFS lan Cf / AFS foamable prekursor dipikolehi liwat proses kasebut. Wekasanipun, loro prekursor foamable padha digawe panas ing 620 ◦C kanggo 15 min kanggo fabricate Cf / AFS lan spesimen AFS, kang digunakake kanggo analisis ukuran pori, karakterisasi microstructural, lan tes sifat mekanik compressive.

2.3. Karakterisasi lan cara tes

2.3.1. Karakterisasi mikrostruktur

Morfologi Mikrostruktur Cf/AFS lan AFS diselidiki kanthi mikroskop elektron scanning emisi lapangan (SEM, Zeiss Ultra Plus). Spektroskopi dispersif energi (EDS) digunakake kanggo ngenali komposisi macem-macem fase ing tembok sel saka sampel foamed. Bagean longitudinal saka conto dijupuk kanthi nglereni spesimen foamed nggunakake mesin electro-discharging (EDM, DK7745). Sawisé iku, bagean longitudinal spesimen dilapisi cat lan banjur diampes lan dipoles nganggo amplas 800-grit lan 1500-grit. Pungkasane, diameter sel sing padha (Dmean) saka potongan salib spesimen sing dipoles ditemtokake nggunakake piranti lunak analisis gambar, Image Pro Plus 6.0.

Gambar 1.Skema metode metalurgi bubuk rolling packing.

Gambar 2.Gambar SEM saka (a) serat karbon sing dilapisi tembaga, lan (b) nuduhake tampilan sing luwih gedhe saka wilayah sing ditandhani karo kothak abang ing (a). Gambar (c) lan (d) minangka asil EDS saka titik A ing (b).

Gambar 3.Diagram skematis persiyapan eksperimen radiasi sinkrotron.

2.3.2. Pengamatan busa in-situ kanthi radiasi sinkrotron

Diagram skematis persiyapan eksperimen radiasi sinkrotron digambarakeGambar 3. Eksperimen kasebut ditindakake ing beamline 4W1A saka Fasilitas Radiasi Sinkronon Beijing (BSRF, Institut Fisika Energi Tinggi Beijing, Akademi Ilmu Pengetahuan Cina, China). Ora kaya pencitraan kontras panyerepan konvensional, makalah iki nggunakake pencitraan kontras fase karo Sumber Cahaya Radiasi Synchrotron. Pendekatan iki ngatasi watesan pencitraan penyerapan tradisional, sing ora efektif kanggo nggambarake zat sing nyerep lemah. Proses foaming saka spesimen wis dileksanakake ing tungku foaming customdesigned, nampilaken 15 mm dening 15 mm jendhela kothak ing posisi jejeg arah sinar X. Ukuran sampel, kaya sing digambarake ing Gambar 3, ukurane 15 mm × 15 mm × 2 mm. Sampel diselehake ing cetakan foaming sing kasusun saka sawetara lembaran keramik. Sajrone proses foaming, sinar-X bisa ngliwati sampel lan dijupuk dening kamera piranti sing dipasangake muatan (CCD). Sumber sinar-X sing dipilih dioperasikake kanthi intensitas 20 Kev, lan ukuran tampilan maksimal 7,4 mm × 7,4 mm digunakake kanggo ngaktifake pengamatan lengkap kabeh proses foaming.

Wigati dicathet yen sampel sing diamati dipanggonke kanthi cara tegak lurus karo arah gulung lan arah tangensial. Loro-lorone prekursor sing ngemot 0,5 wt% Cf lan sing tanpa 0,5 wt% Cf wis dibusak panel sisih saka loro-lorone saka conto nggunakake EDM. Efek saka Cf ing karakteristik foaming saka umpluk aluminium diselidiki. Salajengipun, prekursor kanthi komposisi sing beda-beda dibuwang ing tungku pemanasan sing padha ing suhu prasetel 620 ◦C.

2.3.3. Tes sifat mekanik kompresi

Spesimen kompresi dipotong dadi spesimen silinder kanthi dhuwur 23 mm lan diameter 20 mm dening EDM, lan saben arah dipastiake kalebu paling ora 10 pori lengkap kanggo ngindhari efek ukuran. Tes kompresi kuasi-statis ditindakake miturut standar ISO13314-2011 lan GB/T31930-2015, nggunakake mesin uji materi universal elektron AG-XPLUS kanthi kapasitas beban maksimal 100 KN. Telung conto dites kanggo saben klompok, lan kurva tegangan-regangan kompresif ing kertas iki nuduhake asil rata-rata sing dipikolehi saka telung conto sing dites. Kabeh tes dileksanakake ing kontrol pamindahan, njaga kacepetan cross-head konstan 2 mm / min (cocog karo tingkat regangan awal 10-3 s-1) ing suhu kamar.

Gambar 4.Gambar radiasi synchrotron sing berkembang wektu saka proses foaming Cf/AFS: (a) prekursor unfoamed ing wayahe t0 380 ◦C; (b)–(c) pembubaran unsur tembaga lan nukleasi tipe II sajrone leleh prekursor; (d)–(g) nukleasi heterogen lan proses pertumbuhan gelembung; lan (h)–(i) gelembung nggabung lan pecah.

3. Asil lan diskusi

3.1. Ing situ prilaku foaming ing radiation synchrotron

3.1.1. Evolusi busa Cf/AFS

Gambar 4nampilake seri gambar radiasi synchrotron sing nggambarake proses foaming saka Cf / AFS. Gambar asli saka Cf/AFS(Gambar 4 (a))dijupuk nalika matriks ing negara ngalangi ing 380 ◦C, lan wektu iki disetel minangka t0. Dibandhingake karo komponen liyane ing prekursor, Cf katon ireng ing matriks sugih aluminium sing akeh abu-abu. Iki bisa lantaran kanggo isi tembaga dhuwur ing lumahing serat, minangka ditampilake ingGambar 2(c)–(d), sing nduweni massa atom relatif paling gedhe dibandhingake karo komponen liyane saka prekursor. Kajaba iku, mayoritas Cf diamati nyebar lan kapisah, tinimbang dikelompokake bebarengan, kaya sing ditampilake ingGambar 4(a). Iki nuduhake yen kanthi tambahan 0,5 wt% Cf, proses pengadukan 3 jam kanthi efektif bisa nggayuh kahanan sawur sing dikarepake.

Ing t0+194s (kaya sing katon ingGambar 4(b)), akeh umpluk putih, meh bunder kanthi diameter saka 90 μm nganti 180 μm bisa diamati ing matriks aluminium abu-abu (ditandhani panah abang). Jumlah umpluk terus kanggo nambah ing 46 s, minangka ditampilake ingGambar 4(c). Kajaba iku, owah-owahan penting liyane sing kedadeyan ing matriks yaiku sawetara gelembung cilik cenderung dibentuk ing permukaan Cf kanthi wiwitan pembubaran Cu (ditandhani karo kothak abang). Fenomena iki kemungkinan amarga nukleasi tipe II sing kedadeyan ing kompak bubuk sing ngemot tembaga. Diakoni sacara wiyar yen tambahan Cu kanthi signifikan nyuda suhu leleh paduan. Iki nyebabake leleh lokal ing sekitar partikel wêdakakêna individu ing prekursor bubuk sing ngemot wêdakakêna tembaga sajrone proses pemanasan, ngasilake jumlah lebur eutektik kuarterner Al-Si-Mg-Cu ing suhu sing luwih murah. Kolam lelehan eutektik kuarterner cenderung dadi wilayah lemah ing paduan lan luwih rawan nukleasi. Akibaté, umpluk luwih cenderung nukleasi lan tuwuh cedhak karo lapisan tembaga ing permukaan serat. Salajengipun, fraksi Cairan sing kurang ing matriks ing wektu iki nyebabake gas saka dekomposisi TiH2 gampang nglumpukake ing matriks aluminium. Nukleasi Tipe II bisa kanthi efektif ngindhari gas akumulasi sing meksa matriks fraksi cair sing sithik lan nyebarake retakan liwat cairan, sing nyebabake jumlah hidrogen sing ilang.

Gambar 4(d)nuduhake umpluk pisanan nukleasi lan tuwuh ing wilayah Cf minangka matriks kabeh nyawiji, lan lokasi gelembung cocog karo lapisan tembaga-dilapisi ilang (ditandhani karo kothak abang burik). Wis mapan manawa tambahan fase sekunder nambah jumlah situs nukleasi heterogen, saéngga nyuda alangan energi kanggo pambentukan gelembung anyar ing campuran campuran. Kangge, laju nukleasi ana hubungane karo total area nukleasi heterogen saben volume unit. Akibate, bisa diamati yen umpluk wiwitane nukleasi ing situs ing ngendi serat karbon dumunung lan nggedhekake ing sadawane serat karbon. Kanthi nambah fraksi leleh, akeh gelembung anyar terus munculGambar 4(e)–4(g). Nanging, tingkat panggabungan lokal lan pecah gelembung alon, nuduhake yen gelembung nduweni stabilitas sing dhuwur. Ing t0 + 426s, nomer umpluk mundhak Ngartekno, lan

volume prekursor nuduhake expansion gedhe(Gambar 4(h)). Salajengipun, kedadeyan sawetara gelembung gabung (ditandhani panah abang), ing ngendi gelembung cilik diserap dening sing luwih gedhe amarga mateng Ostwald, minangka proses sing ora bisa dihindari sajrone evolusi busa metalik [40]. Fenomena kematangan iki uga nyebabake munculé gelembung cilik sing gedhe lan ora teratur (ditandhani panah abang ingGambar 4(i)).

Gambar 5.Gambar-gambar evolusi wektu saka proses foaming AFS ing tahapan sing beda: (a) prekursor sing ora dilebur ing wayahe t0 380 ◦C; (b) pembubaran unsur tembaga lan nukleasi tipe II sajrone leleh prekursor; (c) proses nukleasi lan pertumbuhan gelembung; lan (d)–(f) gelembung gabung lan pecah.

3.1.2. Evolusi busa AFS

Fig.. 5 nduduhake seri saka gambar radiation synchrotron nggambarake proses foaming saka AFS. Kaya karo Cf/AFS, gambar awal kanggo urutan radiasi sinkrotron dijupuk nalika AFS ana ing fase padat ing 380 ◦C (pirsaniGambar 5(a)). Nalika matriks digawe panas ing ndhuwur suhu solidus, gelembung putih cilik katon ingGambar 5(b) lan (c), asil saka dekomposisi TiH2 lan kedadeyan nukleasi tipe II ing wilayah sing sugih Cu. Nanging, jumlah gelembung sing diasilake lan kapadhetan distribusi ingGambar 5(c)iku notabene luwih murah dibandhingake karoGambar 4(c). Iki nuduhake yen Cf / AFS nyedhiyakake saluran luwih akeh kanggo release gas awal sajrone nukleasi, nyegah retakan ing matriks aluminium kanthi fraksi cair sing sithik.

Jumlah situs nukleasi AFS sing luwih sithik lan kemungkinan pertumbuhan gelembung abnormal sing luwih dhuwur dibandhingake karo Cf/AFS bisa diamati sakaGambar 5(d)–(f). Évolusi gelembung AFS ora duwe aturan baku, lan ukurane nuduhake fluktuasi sing amba amarga urip bebarengan gelembung ukuran mikrometer lan gelembung gedhe ukuran milimeter sing ora normal (ditandhani panah abang). Kajaba iku, ketidakstabilan lan inhomogenitas iki sajrone proses nukleasi awal bisa nyebabake beda sing signifikan ing struktur pori pungkasan lan sifat mekanik antarane AFS lan Cf / AFS.

3.2. Analisis struktur makro

Kanggo neliti bedane morfologi pori makroskopik lan diameter pori antarane AFS lan Cf / AFS, rong struktur sandwich disiapake ing kondisi laboratorium ing suhu foaming 620 ◦C kanggo 15 menit. Struktur makro lan distribusi ukuran sel AFS lan Cf/AFS ditampilake ingGambar 6. Perbandhingan bagean vertikal saka rong conto struktur sandwich nuduhake manawa busa Cf / AFS duwe sel sing luwih alus lan kurang cacat kayata pecah utawa gabung sel (pirsaniGambar 6 (b)). Kosok baline, kaya sing dituduhake ingGambar 6(a), AFS nuduhake homogeneitas pori sing kurang apik kanthi anané pori-pori sing ora normal. Sauntara kuwi, diameter pori sing padha kanggo AFS lan Cf / AFS yaiku 2,9 ± 0,2 mm lan 1,9 ± 0,1 mm, masing-masing, nuduhake yen diameter pori luwih disempurnakake kanthi tambahan Cf (pirsaniGambar 6(c) lan (d)).

Evolusi struktur pori dipengaruhi dening rong mekanisme kompetitif: dekomposisi TiH2 lan gabung lan pecah saka umpluk. Dekomposisi TiH2 nyumbang kanggo nambah jumlah nukleasi, porositas, lan tingkat ekspansi, nalika gabung lan pecah gelembung ngurangi jumlah pori lan nambah diameter pori. Pengurangan acara panggabungan gelembung lan pecah nyumbang kanggo entuk struktur seluler sing luwih apik. Mula, stabilitas umpluk sing dhuwur perlu kanggo njaga homogeneitas struktur pori sajrone proses foaming. Kanggo Cf/AFS, tambahan saka Cf nemen nambah wettability saka serat karo aluminium nyawiji. Kaya sing dilapurake Cf dikiataken umpluk aluminium [44] disiapake dening cara nyawiji foaming, Kajaba saka Cf stabilizes umpluk aluminium kanthi nyegah tembok sel pecah lan ngurangi aglomerasi. Kangge, Cf bisa nggawe struktur net-kaya ing tembok sel, kang njedulake pasukan misahake lan ngalangi pecah saka umpluk, mangkono, Ngapikake struktur sel, stabilitas umpluk, lan uniformity saka distribusi pori.

3.3. Karakterisasi mikrostruktur

Gambar 7(a)nuduhake microstructure saka tembok sel sawise foaming karo AFS. Kaya sing dilaporake kanggo busa paduan AlSi6Cu4Mg4, eutektik Al-Si, Mg2Si, Al2Cu, lan Al5Cu2Mg8Si6, ana ing paduan kasebut, sing cocog karo temuan sing dipikolehi saka analisis EDS ingGambar 7(b). Fase rapuh iki nyuda sifat mekanik saka busa aluminium kanthi ngrusak tembok pori utawa dadi sumber retak nalika deformasi. Mulane, ningkatake sifat mekanik tembok pori liwat tambahan fase penguatan minangka strategi sing bisa ditindakake lan efektif.

Kanggo Cf/AFS, bisa diamati sakaGambar 7(c) lan (d)yen Cf disebarake ing tembok sel utawa ing pinggir tembok sel, nuduhake Cf nduweni wettability banget karo leleh aluminium. Salajengipun, iku katon (wacaGambar 7(d)) sing jumlah cilik saka fase precipitated Al2Cu mbentuk ing antarmuka antarane serat lan aluminium nyawiji. Fenomena iki nyumbang kanggo nggayuh ikatan sing kuat antarane serat lan matriks. Perkembangan reaksi difusi iki bisa diamati kanthi intuisi ingGambar 4(a)–(c). Elinga, fase precipitated ora sakabehe ngubengi serat karbon, lan negara lan jumlah distribusi iki migunani kanggo Cf/AFS. Adhedhasar panaliten Lv et al, ing bahan komposit matriks aluminium sing dikuatake Cf, dituduhake manawa jumlah fase precipitated sing cocog bisa mengaruhi lan ngatur kekuatan ikatan antar muka.

Gambar 6.Bagean vertikal sampel perwakilan (a) AFS lan (b) Cf/AFS. Dhiameter sing padha karo plot pecahan area sing cocog karo (a) lan (b) digambarake ing (c) lan (d). Garis kontinyu padhet ing (c) lan (d) nggambarake pas log-normal. Regresi (R2) mujudake kabecikan pas.

Gambar 7.Gambar SEM (a) lan (b) nuduhake mikrostruktur sing cocog karoGambar 6(a) AFS lanGambar 6(b) Cf/AFS,Gambar 7(b) lan (d) nuduhake magnifications lokal sakaGambar 7(a) lan (c), mungguh.

3.4. Mekanisme Cf stabilisasi busa Al-Si-Mg-Cu

Adhedhasar analisis kasebut ing ndhuwur, representasi skematik mekanisme foaming kanggo Cf/AFS lan AFS dirangkum ingGambar 8. Bedane sing signifikan antarane Cf/AFS lan AFS ing tahap nukleasi, pertumbuhan gelembung, lan tahap penggabungan, lan tahap solidifikasi bertahap, kaya sing digambarake ingGambar 8(a) lan (b).

Gambar 8.Diagram skematis saka Cf / AFS lan AFS prilaku foaming: (a) Cf / AFS; lan (b) AFS.

Ing tahap nukleasi umpluk AlSi6Cu4Mg4, umpluk cenderung nukleasi ing eutektik kuarter cair sing ngubengi partikel tembaga, tinimbang nukleat ing lokasi partikel TiH2. Jinis nukleasi ing wilayah paling lemah saka prekursor (nukleasi tipe II) nyedhiyakake saluran uwal luwih akeh kanggo gas sing dibebasake dening dekomposisi TiH2, ngindhari akumulasi gas lan nyebabake retakan nyebar ing leleh aluminium. Penambahan serat karbon sing dilapisi tembaga katon luwih akeh nggawe saluran kanggo ngeculake H2. Nanging, amarga leleh aluminium ora duwe fraksi cair sing cukup ing tahap iki, angel kanggo gelembung cilik kasebut duwe sumber H2 sing cukup kanggo terus berkembang. Akibaté, gelembung cilik iki pecah ing leleh nalika suhu mundhak. Nalika prekursor rampung leleh, H2 sing dibebasake saka reaksi dehidrogenasi kekerasan TiH2 bakal nukleasi lan tuwuh kanthi cepet adhedhasar titik nukleasi. Cf nyedhiyakake akeh situs nukleasi heterogen kanggo ngasilake gelembung, sing ningkatake tingkat nukleasi. Bebarengan, ing ngarsane Cf èfèktif nyandhet kontak lan panggabungan saka umpluk utama lan ngindari tatanan saka umpluk anomali gedhe.

Sajrone tataran wutah lan panggabungan saka umpluk, Kajaba saka Cf Ngartekno nambah stabilitas umpluk. Alasane yaiku Cf lan leleh aluminium nduweni sifat wettability sing apik, lan serat bisa gampang kepepet ing antarane rong antarmuka gas-cair kanggo mbentuk struktur jaringan (kaya sing ditampilake ingGambar 7(c)). Minangka film Cairan wis thinned, serat bisa generate meksa pamisahan kanggo nolak nyedhot saka wates plateau, saéngga nyegah film Cairan saka pecah. Dadi Cf / AFS mbutuhake wektu foaming luwih suwe dibandhingake karo AFS, kanthi stabilitas sing luwih dhuwur sing bisa njaga keseragaman struktur pori sajrone evolusi busa.

Sajrone tahap solidifikasi alon, gelembung ing Cf / AFS ora tuwuh maneh lan serat ditempelake ing tembok sel (ditandhani kothak abang). Penylametan serat iki nyegah panyerepan gelembung cilik dening sing luwih gedhe, kaya sing katon ing Ostwald mateng, lan nyegah pecah tembok sel amarga ekspansi solidifikasi. Akibaté, Cf / AFS nampilake struktur pori sing luwih homogen lan cacat pori sing luwih sithik dibandhingake karo AFS.

3.5. Sifat mekanik

Kurva tegangan-regangan kompresif kanggo Cf / AFS lan AFS kanthi porositas sing meh padha (83,2% lan 81,4%, masing-masing) ditampilake ingGambar 9(a). Kurva tegangan-regangan kompresif nampilake karakteristik telung tahap sing béda, kalebu wilayah elastis linier, wilayah dataran tinggi, lan wilayah densifikasi. Kekuwatan tekan AFS lan Cf/AFS yaiku 8,44 MPa lan 11,87 MPa. Kekuwatan ngasilake kompresif Cf / AFS tambah 40,6% dibandhingake karo AFS. Kangge, kapasitas panyerepan energi Cf/AFS luwih apik tinimbang AFS ing galur sing padha, kaya sing dituduhake ingGambar 9(b). Kapasitas panyerepan energi AFS lan Cf/AFS kira-kira 3,3 MJ/m3 lan 6,1 MJ/m3. Kapasitas panyerepan energi Cf/AFS mundhak 84,8% dibandhingake karo AFS.

Gambar 9.Kurva tegangan-sepur kompresif lan kurva kapasitas penyerapan energi saka Cf/AFS lan AFS: (a) kurva tegangan-sepur tekan; (b) kurva kapasitas panyerepan energi.

Penggabungan Cf sacara signifikan ningkatake sifat mekanik inti busa. Iku uga dikenal sing sifat mechanical sakaumpluk aluminiumhubungane raket karo struktur pori lan sifat mekanik strut. Analisis makrostruktur nuduhake yen tambahan Cf nyaring ukuran pori, distribusi pori sing luwih apik, lan nyuda cacat pori. Padha karo panemune Sasikumar et al. lan Yangetal. diameteripun pori cilik lan distribusi pori panah luwih ono gunane kanggo nambah kekuatan compressive lan efficiency panyerepan energi. Kajaba iku, efek mikrostruktur ing sifat mekanik busa utamane amarga Cf sing dipasang ing tembok pori busa. Difusi lan pembubaran serat karbon sing dilapisi tembaga ing matriks aluminium bisa entuk ikatan antarmuka sing luwih kuat ing antarane serat lan matriks aluminium, sing nyumbang kanggo transfer beban. Serat karbon modulus dhuwur sing dipasang ing tembok pori bisa mbatesi deformasi tembok pori ing beban kompresi lan nambah kapasitas bantalan beban. Kabeh faktor kasebut nyengkuyung Cf / AFS kanggo entuk kekuwatan ngasilake lan kapasitas panyerepan energi sing luwih dhuwur tinimbang AFS.

4. Kesimpulan

Cf/AFS lan AFS disiapake kanthi metode metalurgi bubuk rolling packing ing karya iki. Prilaku foaming saka Cf / AFS lan AFS mbosenke diamati liwat radiation synchrotron kanggo

neliti pengaruh Cf ing nukleasi gelembung lan wutah. Kajaba iku, Cf babagan morfologi pori, distribusi pori, lan sifat kompresi busa aluminium dianalisis kanthi teliti. Kesimpulan utama yaiku:

(1) Pengamatan radiasi sinkrotron ing situ nuduhake manawa proses busa Cf/AFS lan AFS nuduhake telung tahapan sing beda: nukleasi gelembung, pertumbuhan lan penggabungan gelembung, lan solidifikasi.

Dibandhingake karo AFS, proses foaming Cf / AFS nuduhake stabilitas lan keseragaman gelembung sing luwih dhuwur. AFS luwih rentan kanggo mbentuk pori-pori gedhe lan kasar nalika proses evolusi pori. Kajaba iku, disparitas kasebut disebabake efek nukleasi heterogen saka Cf, sing nyegah pecah tembok gelembung lan nyuda coalescence nalika nambah tingkat nukleasi.

(2) Penambahan 0,5 wt.% Cf nyaring diameter pori sing padha saka 2,9 ± 0,2 mm dadi 1,9 ± 0,1 mm, kanthi signifikan nyuda cacat pori kasar. Bebarengan, microstructure marang wettability apik saka Cf, kang disebarake bebarengan tembok pori lan antarmuka gas-padhet, mangkono nambah stabilitas umpluk.

(3) Dibandhingake karo AFS, kekuwatan ngasilake kompresif lan kapasitas panyerepan energi saka Cf / AFS mundhak kira-kira 40,6% lan 84,8%. Temuan saka panliten iki bisa menehi ide kanggo penguatan panel sandwich busa aluminium kanthi antarmuka ikatan metalurgi sing duweni potensi kanggo aplikasi teknik ing bidang industri otomotif lan aerospace.

Artikel saka Jurnal Riset lan Teknologi Material