Кадимки алюминий көбүк сэндвич панелине салыштырмалуу жезден жасалган көмүртек була алюминий көбүк сэндвич панелинин иштөө мүнөздөмөлөрү

Алюминий көбүк сэндвич(AFS) панелдер төмөнкү тыгыздык, жогорку өзгөчө күч, жагымдуу энергияны сиңирүү, демпферлік кубаттуулук жана электромагниттик коргоо сыяктуу структуралык жана функционалдык мүнөздөмөлөрдүн айкалышы бар. Бул сонун касиеттери AFS аэрокосмостук, транспорттук жана деңиз талааларында зор мүмкүнчүлүккө ээ кылат. Араң эле металл көбүктөрүнө салыштырмалуу, AFSтин сырткы металл плиталары көбүктү эффективдүү жаап, анын чыңалуу жана ийилүү күчү сыяктуу комплекстүү механикалык касиеттерин жакшыртат. Жалпысынан алганда, AFS эпоксиддик чайыр жабышчаак колдонуу менен катуу металл панелдер үчүн алюминий көбүк тиркөөнү талап кылат чаптама байланыш ыкмасы менен даярдалган.

Жабышкак бириктирүү ыкмасы структуралык демпингди эффективдүү жакшыртса да, ал чектөөлөр менен коштолот, анын ичинде кайра иштетүүдөгү кыйынчылыктар жана жогорку температурада же коррозиялык шарттарда деламинациянын бузулушуна кабылуу. Бул чектөөлөрдү чечүү үчүн, кенен изилдөө аракеттери панелдин жана негизги катмардын ортосундагы металлургиялык байланышты жетишүү үчүн арналган.

Азыркы учурда, металлургиялык байланышка жетүү үчүн багытталган AFS үчүн басымдуу даярдоо ыкмалары жалпысынан үч категорияга классификацияланат: ширетүүчү, эритме көбүктөнгөн жана пакеттөө прокат порошок металлургиялык ыкмасы. Бул ыкмалардын арасында, пакеттөө прокат порошок металлургия ыкмасы тешик түзүмүн көзөмөлдөө жана төмөн температура көбүктөнгөн жетүү үчүн жогору болуп эсептелет. Биздин мурунку иш өнөр жай колдонмолору үчүн жакшы кеңейүү касиеттери жана уюлдук структурасы менен ири өлчөмдөгү AFS даярдоо үчүн бул технологияны колдонгон.

Бирок, көбүк өзөктүн кысуучу механикалык касиеттери салыштырмалуу төмөн болгондуктан, АФСтин механикалык бекемдигинин жакшырышы чектелүү, ошондуктан көбүк өзөктүн бекемдигин андан ары жакшыртуу AFS үчүн чечүүчү мааниге ээ.

Бүгүнкү күнгө чейин, жалпы ыкмалары кысуу механикалык касиеттерин жакшыртуу билдирдиалюминий көбүктөмөнкүдөй: беттик тазалоо, жылуулук менен иштетүү жана бөлүкчөлөрдү, жипчелерди, легирлөөчү элементтерди ж.б. кошуу менен бекемдөө. Алардын арасында тыгыздыгы төмөн, ийкемдүү модулу жана чоң пропорциясы болгон кыска көмүртектүү булалар келечектүү арматуралоочу материалдар катары кеңири көңүл бурду. Мындан тышкары, көмүртек булаларын электрокаптоо же химиялык жалатуу, мисалы, жез менен каптоо же никель менен каптоо аркылуу алюминий эритмесиндеги көмүртек булаларынын нымдуулугун андан ары жакшыртат жана көмүртек булалары менен алюминий эритмесинин ортосундагы зыяндуу интерфациалдык реакцияларды болтурбайт. Кыска көмүртек буласы азыр алюминий матрицалык композиттерди бекемдөө үчүн кеңири колдонулат.

Bhav Singhetal. даярдалган жез менен капталган көмүртек булаларын чыңдоочу алюминий матрицалык композиттерди аралаштырып куюу ыкмасы менен. Muetal. эки рулондуу куюу ыкмасын колдонуу менен никель менен капталган көмүртек булалары менен бекемделген алюминий матрицалык композиттер. Натыйжалар көмүртек булаларын кошуу менен композиттердин чоюлуу бекемдигинин олуттуу жогорулагандыгын көрсөттү. Бирок, бул боюнча жүргүзүлгөн изилдөөлөр чектелгеналюминий көбүк бекемделгенжез менен капталган көмүртек булалары менен. Caoetal. биринчи даярдалган жез менен капталган көмүртек була эритме көбүк ыкмасы аркылуу алюминий көбүгү бекемделген. Натыйжалар көрсөткөндөй, 0,35 vol% Cf суюк пленканын жарылуусуна жол бербөө аркылуу алюминий көбүгүн турукташтыра алат жана көбүккө кошулган жипчелердин саны канчалык туруктуу болот. Muetal. эритме менен көбүктөө ыкмасы менен даярдалган алюминий көбүгүнүн демпфиялык касиеттери Cf кошуу менен бир кыйла жакшырганын көрсөттү.

Демек, бул Cf кошуу бир эле учурда көбүктөнгөн туруктуулукту жана механикалык касиеттерин жакшыртуу үчүн натыйжалуу стратегия боло алат деген тыянак чыгарууга болот.алюминий көбүктөрү. Мындан тышкары, порошок металлургия ыкмасы менен даярдалган жез менен капталган көмүртек булалары менен бекемделген алюминий көбүктүү сэндвич панелдери жөнүндө эч кандай билдирүүлөр болгон эмес, бул изилдөөчүлөрдү бул тармакта тереңирээк изилдөөлөрдү жүргүзүүгө түрткү берет.

ядролук механизми жана туруктуулугу боюнча көптөгөн изилдөөлөр жүргүзүлгөналюминий көбүктөрүбекемдөөчү фазаларды кошуу менен. Тешикчелердин саны жана морфологиядагы айырмачылыктар,

өлчөмү, таралышы жана формасы сыяктуу, адатта, ядролук механизмдер жана туруктуулук менен түшүндүрүлөт. Порошок металлургия системасында гетерогендүү ядролук эффекттер жана оксиддик тармакты турукташтыруу механизмдери толук изилденген. Бул макалада колдонулган Al–Si–Mg–Cu курамындагы төртүнчүлүк эритме порошоктору өзгөчө кеңейүү ылдамдыгын жана аз көбүктөнүү температураларын көрсөтүштү, алардын катуу температурасы 507 ◦С жана суюктуктун температурасы 596 ◦C. Ошого карабастан, бул өзгөчө эритме курамын камтыган порошок компакттардын ядролук механизми, туруктуулугу жана кысуу механикалык касиеттери боюнча изилдөөлөр жетишсиз, айрыкча Cf. Мурунку иштерде ядролук жана стабилдештирүү механизмдерин изилдөө, негизинен, көбүктөнгөн үзгүлтүктөн кийин тез муздатылган үлгүлөрдүн томографиялык анализин камтыган жеринде эмес методдор аркылуу жүргүзүлгөн. Тилекке каршы, субмикрон көбүкчөлөрүнүн нуклеациясы биринчи кезекте прекурсорду ысытуу учурунда пайда болот жана 100 мсден 1 секундага чейинки убакыт аралыгында тез кеңейип, көп учурда реалдуу убакыт режиминде байкоо жүргүзүү үчүн кыйынчылыктарды жаратат. Заманбап синхротрондук радиациялык рентгендик сүрөттөө техникасы жогорку энергияга жана мейкиндик-убакыт резолюциясына ээ, ал жогорку температурада алюминий көбүктөрүнүн ядролук түзүлүшү жана өсүү процессине реалдуу убакытта жеринде байкоо жүргүзүүгө мүмкүндүк берет. Учурда чектелген изилдөөчүлөр гана Al-Si-Mg эритмеси порошоктун көбүктөнгөн кинетикасын синхротрондук нурлануу аркылуу изилдеп чыгышты. Мисалы, Гарсиа-Мореноетал. суюк алюминий көбүгүндөгү олуттуу динамикалык кубулуштарды, анын ичинде нуклеацияны жана өсүүнү, көбүктүн кайра түзүлүшүн, суюктуктун тартылышын, агломерацияны жана пленканын жарылышын билдирди. Камм жана башкалар. синхротрондук нурлануу аркылуу AlSi8Mg4 алюминий көбүгүнүн ядролук түзүлүшү жана өсүү процессин изилдеген. Алардын табылгалары металл порошоктун бетинде адсорбаттардын ажыроосу аркылуу пайда болгон суутек дагы бир маанилүү нуклеация механизми экенин көрсөттү. Бирок, прекурсордук компоненттердин ортосундагы өз ара аракеттенүү татаал жана көбүктүн динамикасына алардын курамы таасир этиши мүмкүн. Al-Si-Cu-Mg порошок системасы жана Cf кошулган Al-Si-Cu-Mg порошок системасы үчүн, металл көбүгүнүн башталышын жана өсүшүн түшүнүү жана изилдөө касиеттерин жакшыртуу үчүн көбүктүн андан ары структуралык өнүгүшү үчүн абдан маанилүү. колдонмолор үчүн.

Бул жумушта Cf/AFS жана AFS металлургиялык фазалар аралык байланышы бар пакеттөөчү прокат порошок металлургия ыкмасы менен даярдалган. Cf/AFS жана AFS көбүкчөлөрүнүн эволюциясы синхротрондук нурлануунун жардамы менен жеринде байкалган, Cf көбүкчөлөрүнүн түзүлүшү, өсүшү жана кошулуусу жана туруктуулугу боюнча механизмин ачып берет. Мындан тышкары, Cf/AFS жана AFS камералык меште 620 ◦C 15 мүнөткө көбүктөнгөн. Кийинчерээк, көбүктүү үлгүлөрдүн тешикчелердин өлчөмүнүн бөлүштүрүлүшү, тешикчелердин микроструктурасы жана кысуу механикалык касиеттери мүнөздөлгөн жана сыналган. Жогоруда айтылган изилдөөлөрдүн негизинде Cf/AFS жана AFS структурасы жана кысуу күчү системалуу түрдө бааланган.

2. Материалдар жана методдор

2.1. чийки зат

AFS жана Cf/AFS даярдоо үчүн алты чийки зат колдонулган: Al порошок (орточо өлчөмү: 45 мкм, тазалыгы > 99,70%), Si порошок (орточо өлчөмү: 38 мкм, тазалыгы > 99,50%), Cu порошок (орточо өлчөмү: 38 мкм, тазалыгы >99,90%), Mg порошок (орточо өлчөмү: 75 мкм, тазалыгы >99,70%), TiH2 порошок (орточо өлчөмү: 45 мкм, тазалыгы >99,70%) жана жез менен капталган көмүртек буласы (орточо өлчөмү: 1～2 мм, жез менен капталган калыңдыгы: 1,4 мкм).

2.2. Cf/AFS өндүрүшү

Таңгактоочу прокат порошок металлургиясынын схемасы сүрөттө көрсөтүлгөн1-сүрөт. Аралаштыруу стадиясында төртүнчү эритме AlSi6Mg4Cu4 порошок даярдалды, ага Al, Si, Cu жана Mg порошоктору тиешелүү түрдө 86 масса%, 6 масса%, 4 масса% жана 4 масса% түзөт. 1 wt% кычкылданган TiH2 порошок (абада 1,5 саат 470 ◦C жылуулук менен иштетүү) эритинди кеңейтүү менен эрүү температурасында H2 тез бөлүп чыгаруучу агент катары кошулган. Мындан тышкары, 0,5 wt% көмүртек жипчелери бекемдөөчү фазалар катары кошулган. Белгилей кетчү нерсе, нымдуулукту жогорулатуу жана көбүктөнгөн кезде була-алюминий эритмесинин интерфейсинде Al4C3 сыяктуу зыяндуу реакцияларды болтурбоо үчүн, көмүртек булалары электропластика аркылуу жез менен капталган. Электр каптоо процесси Refs.2-сүрөтэлектрсиз каптоо процессинде алынган жез менен капталган көмүртек булаларын көрсөтөт. каптоо була бетинин бирдей жана үзгүлтүксүз жабууга ээ(2(a)–(b)-сүрөт). Кийинчерээк, бул изилдөөдө колдонулган ар кандай эритме курамдары 3 саат бою үч өлчөмдүү аралаштыргычта Cf менен жана жок жогоруда аталган порошоктарды кылдат аралаштыруу жолу менен даярдалган. Бир калыпта аралашкан порошок мөөр жабылган көңдөйдүн ичинде капсулдалат, андан кийин муздак жана ысык прокаттоо процедуралары жүргүзүлөт.

Муздак прокаттоо этабы көңдөйлөрдүн ичиндеги абаны жана бөлүкчөлөрдүн ортосундагы интерстициалдык мейкиндиктерди бир нече жолу өтүү жана кичинекей ойдуңдар аркылуу натыйжалуу эвакуациялайт. Ысык прокаттоо баскычы панелдин жана порошоктун ко-деформациясы аркылуу прекурсордун 98% дан ашкан салыштырмалуу тыгыздыкка жетишин камсыздайт, бул кийинки көбүктөнүү процессин жеңилдетет. Прокат процессинин деталдуу параметрлери Refs. AFS жана Cf/AFS көбүктүү прекурсорлор жогоруда айтылган процесс аркылуу алынат. Акыр-аягы, эки көбүктүү прекурсорлор 620 ◦C температурада 15 мүнөт бою Cf/AFS жана AFS үлгүлөрүн жасоо үчүн ысытылды, алар тешикчелердин өлчөмүн талдоо, микроструктуралык мүнөздөмөлөрдү жана кысуу механикалык касиеттерин сыноо үчүн колдонулган.

2.3. Мүнөздөө жана сыноо ыкмалары

2.3.1. Микроструктуралык мүнөздөмө

Cf/AFS жана AFS микроструктурасынын морфологиясы талаа эмиссиясын сканерлөөчү электрондук микроскопия (SEM, Zeiss Ultra Plus) менен изилденген. Энергетикалык дисперсиялык спектроскопия (EDS) көбүктөнгөн үлгүлөрдүн клетка дубалдарынын ар кандай фазаларынын курамын аныктоо үчүн колдонулган. Үлгүлөрдүн узунунан кесилиштери көбүктүү үлгүлөрдү электр разряддоочу машинанын (EDM, DK7745) жардамы менен кесүү жолу менен алынган. Андан кийин, үлгүлөрдүн узунунан кеткен бөлүктөрү боёк менен капталган, андан кийин тиешелүүлүгүнө жараша 800 жана 1500 гриттүү кум кагаз менен жылмаланган жана жылмаланган. Акыр-аягы, жылмаланган үлгүнүн кесилишинин эквиваленттүү клетка диаметрлери (Dmean) Image Pro Plus 6.0 сүрөт талдоо программасы аркылуу аныкталган.

1-сүрөт.Упаковка прокат порошок металлургия ыкмасынын схемасы.

2-сүрөт.(а) жез менен капталган көмүртек булаларынын SEM сүрөттөрү жана (б) (а) жылы кызыл квадрат менен белгиленген аймактын чоңойтулган көрүнүшүн көрсөтөт. (в) жана (г) сүрөттөрү (b) пунктунун А пунктунун EDS натыйжалары болуп саналат.

3-сүрөт.Синхротрондук нурлануу экспериментин орнотуунун схемалык схемасы.

2.3.2. Синхротрондук нурлануу аркылуу жеринде көбүктөнгөн байкоолор

Синхротрондук нурлануу экспериментин орнотуунун схемалык схемасы эскизде көрсөтүлгөн3-сүрөт. Эксперимент Пекиндеги синхротрондук радиациялык мекеменин (BSRF, Пекин жогорку энергия физикасы институту, Кытай илимдер академиясы, Кытай) 4W1A нур сызыгында өткөрүлдү. Кадимки абсорбциялык-контрастык сүрөттөөдөн айырмаланып, бул кагаз синхротрондук нурлануунун жарык булагы менен фазалык контрасттык сүрөттү колдонот. Бул ыкма салттуу абсорбциялык сүрөттөөнүн чектөөлөрүн карайт, ал начар сиңүүчү заттарды визуалдаштыруу үчүн натыйжасыз. Үлгүлөрдү көбүктөө процесси рентген нурунун багытына перпендикуляр жайгашкан 15 мм х 15 мм чарчы терезеси менен өзгөчөлөнгөн көбүк берүүчү мештин ичинде аткарылган. Үлгү өлчөмү, 3-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, 15 мм × 15 мм × 2 мм. Үлгү керамикалык барактардын белгилүү санынан турган көбүктүү калыпка салынат. Көбүктүү процесстин жүрүшүндө рентген нурлары үлгү аркылуу өтүп, заряддуу туташкан аппарат (CCD) камерасы тарабынан тартылат. Тандалган рентген булагы 20 Кев интенсивдүүлүктө иштеди жана көбүктөнүү процессине ар тараптуу байкоо жүргүзүү үчүн максималдуу 7,4 мм × 7,4 мм көрүү өлчөмү колдонулган.

Белгилей кетсек, байкалган үлгүлөр прокатка жана тангенциалдык багытка да перпендикуляр абалда жайгаштырылган. 0,5 wt% Cf камтыган прекурсорлор да, 0,5 wt% Cf камтыган прекурсорлор да EDM аркылуу үлгүлөрдүн эки тарабынан каптал панелдерин алып салышкан. Алюминий көбүгүнүн көбүктөнгөн касиеттерине Cf таасири изилденген. Мындан тышкары, ар кандай составдагы прекурсорлор 620 ◦C алдын ала белгиленген температурада бир эле жылытуу мешинде көбүктөнгөн.

2.3.3. Компрессиянын механикалык касиеттерин сыноо

кысуу үлгүлөрү 23 мм бийиктиги жана 20 мм диаметри менен Cylindrical үлгүлөрүн кесип EDM жана ар бир багыт өлчөмү таасирин болтурбоо үчүн, жок эле дегенде, 10 толук тешикчелерди камтышы камсыз кылынган. Квазистатикалык кысуу сыноолору ISO13314–2011 жана GB/T31930–2015 стандарттарына ылайык, максималдуу жүктөө сыйымдуулугу 100 KN болгон AG-XPLUS электрондук универсалдуу материалды сыноочу машинаны колдонуу менен өткөрүлдү. Ар бир топ үчүн үч үлгү сыналган жана бул кагаздагы кысуу стресс-деформация ийри сызыктары үч сыналган үлгүдөн алынган орточо натыйжаларды билдирет. Бардык сыноолор бөлмө температурасында 2 мм/мин туруктуу кайчылаш ылдамдыгын (10− 3 с− 1 баштапкы чыңалуу ылдамдыгына туура келет) сактоо менен жылышууну көзөмөлдөө астында аткарылды.

4-сүрөт.Cf/AFS көбүктөө процессинин убакыттын өзгөргөн синхротрондук нурлануу сүрөттөрү: (а) 380 ◦С t0 моментиндеги көбүксүз прекурсор; (b) – (c) прекурсорлорду эрүү учурунда элементардык жездин эриши жана II типтеги нуклеация; (г) – (ж) көбүкчөлөрдүн гетерогендүү нуклеация жана өсүү процесстери; жана (h) – (i) көбүктөрдүн биригиши жана жарылуусу.

3. Жыйынтыктар жана талкуу

3.1. Синхротрондук нурлануунун астында жеринде көбүктөнгөн жүрүм

3.1.1. Cf/AFS көбүктүн эволюциясы

4-сүрөтCf/AFS көбүк процессин чагылдырган синхротрондук нурлануу сүрөттөрүнүн сериясын көрсөтөт. Cf/AFS оригиналдуу сүрөттөрү(4 (а)-сүрөт)матрица 380 ◦С катуу абалда болгондо тартылып алынган жана бул убакыт t0 болуп коюлган. Прекурсордун башка компоненттерине салыштырмалуу, Cf көбүнчө боз алюминийге бай матрицанын ичинде кара көрүнөт. Бул сүрөттө көрсөтүлгөндөй, була бетиндеги жогорку жез мазмунуна байланыштуу болушу мүмкүнСүрөт 2(c)–(d)прекурсордун башка компоненттерине салыштырмалуу эң чоң салыштырмалуу атомдук массага ээ. Мындан тышкары, Cf көпчүлүк бөлүгүндө көрсөтүлгөндөй, чогуу топтолбостон, чачыранды жана бөлүнүп турганы байкалат.4(а) сүрөт. Бул 0,5 wt% Cf кошуу менен 3 саатка созулган аралаштыруу процесси каалаган дисперсия абалына эффективдүү жете аларын билдирет.

t0+194s боюнча (көрүнүп тургандай4(b) сүрөт), боз алюминий матрицасында диаметри 90 мкмден 180 мкмге чейинки көп сандагы ак, дээрлик сфералык көбүкчөлөрдү байкоого болот (кызыл жебе менен белгиленген). Көрсөткүчтө көрсөтүлгөндөй, көбүктөрдүн саны 46 секунданын ичинде көбөйө бергенСүрөт 4(c). Мындан тышкары, матрицада болуп жаткан дагы бир көңүл бура турган өзгөрүү, Cu эритүүнүн башталышы менен (кызыл чекиттүү кутуча менен белгиленген) Cf бетинде кээ бир майда көбүкчөлөр пайда болот. Бул көрүнүш, кыязы, жез камтыган порошок компакт ичинде пайда болгон II нуклеацияга байланыштуу. Cu кошулуусу эритмелердин эрүү температурасын бир топ төмөндөтөрү кеңири таанылган. Бул жылытуу процессинде жез порошокту камтыган порошок прекурсорундагы айрым порошок бөлүкчөлөрүнүн айланасында локализацияланган эрүүгө алып келип, төмөнкү температурада Al-Si-Mg-Cu төртүнчүлүк эвтектикалык эритмесинин олуттуу көлөмүн пайда кылат. Төртүнчүлүк эвтектикалык эритин бассейни эритмедеги алсыз аймак болуп саналат жана ядролук түзүүгө көбүрөөк жакын. Натыйжада, көбүкчөлөр өзөктүү болуп, була бетиндеги жез менен капталган жерге жакын өсөт. Андан тышкары, азыркы матрицадагы суюктуктун аз бөлүгү TiH2 ыдыраган газдардын алюминий матрицасында оңой топтолушуна алып келет. II типтеги нуклеация топтолгон газдан эффективдүү түрдө аз суюктук фракциянын матрицасын бөлүп, суюктук аркылуу жаракаларды жайылтуудан кача алат, натыйжада суутектин көлөмүн катуу жоготууга алып келет.

4(d) сүрөткөбүкчөлөр адегенде өзөктүү болуп, Cf чөлкөмүндө чоңоюп жатканын көрсөтөт, анткени матрица толугу менен эрип, көбүктүн жайгашкан жерлери жок болуп бара жаткан жез менен капталган катмарга туура келет (кызыл чекиттүү кутуча менен белгиленген). Экинчи фазалардын кошулушу гетерогендүү нуклеация участокторунун санын көбөйтүп, ошону менен эритме эритмесинде жаңы көбүкчөлөрдүн пайда болушу үчүн энергетикалык тоскоолдукту азайтары жакшы далилденген. Ошол эле учурда, нуклеация ылдамдыгы көлөм бирдигине жалпы гетерогендүү нуклеация аянтына байланыштуу. Демек, көбүкчөлөр алгач көмүртек жипчелери жайгашкан жерлерде өзөктүү болуп, көмүртек буласынын узундугу боюнча кеңейерин байкоого болот. Эритиндик фракциянын дагы көбөйүшү менен көптөгөн жаңы көбүкчөлөр чыга беретСүрөт 4(e)–4(g). Бирок, көбүкчөлөрдүн локализацияланган биригүү жана жарылуу ылдамдыгы жай, бул көбүкчөлөрдүн жогорку туруктуулукка ээ экендигин көрсөтүп турат. t0+426sда көбүкчөлөрдүн саны кыйла көбөйөт, жана

прекурсордун көлөмү чоң кеңейүүнү көрсөтөт(4(h)-сүрөт). Андан тышкары, кээ бир көбүкчөлөрдүн биригүүсүнүн (кызыл жебе менен белгиленген) пайда болушу, анда Оствальддын жетилишинен улам кичине көбүкчөлөр чоңураактары тарабынан сиңирилет, бул металл көбүктөрдүн эволюциясында сөзсүз процесс болуп саналат [40]. Бул жетилүү кубулушу да аз сандагы чоң жана туура эмес көбүкчөлөрдүн пайда болушуна алып келет (кызыл жебе менен белгиленген4(i) сүрөт).

5-сүрөт.Ар кандай стадиялардагы AFS көбүктөнгөн процессинин убакыттын өзгөргөн сүрөттөрү: (а) 380 ◦С t0 моментинде эрибеген прекурсор; (б) прекурсорлорду эрүү учурунда элементардык жездин эриши жана II типтеги нуклеация; (в) көбүкчөлөрдүн ядролук жана өсүү процесстери; жана (г) – (f) көбүктөрдүн биригиши жана жарылуусу.

3.1.2. AFS көбүктүн эволюциясы

5-сүрөттө AFSдин көбүктөнгөн процессин чагылдырган бир катар синхротрондук нурлануу сүрөттөрү көрсөтүлгөн. Cf/AFS сыяктуу, синхротрондук нурлануу ырааттуулугу үчүн баштапкы сүрөт AFS 380 ◦C катуу фазада болгондо тартылган (караңыз:5(а) сүрөт). Матрица солидус температурасынан жогору ысытылганда кичинекей ак көбүкчөлөр көрүнүп калатСүрөт 5(b) жана (c), TiH2 ажырашынан жана Cu-бай аймакта II нуклеациянын пайда болушунан келип чыккан. Бирок, пайда болгон көбүктөрдүн саны жана алардын бөлүштүрүү тыгыздыгы5(c) сүрөтсалыштырганда өзгөчө төмөнСүрөт 4(c). Бул Cf/AFS аз суюктук фракциясы менен алюминий матрицасында жаракалардын ашыкча пайда болушуна жол бербестен, ядролук процессте газды эрте чыгаруу үчүн көбүрөөк каналдарды камсыздайт.

Cf/AFS менен салыштырганда AFS өзөктүү жерлеринин азыраак саны жана анормалдуу көбүктүн өсүү ыктымалдыгы жогору.Сүрөт 5(d)–(f). AFS көбүкчөлөрүнүн эволюциясы туура эмес болуп саналат жана алардын өлчөмдөрү микрометрдик өлчөмдөгү көбүкчөлөрдүн да, аномалдуу миллиметрлик чоң көбүкчөлөрдүн да (кызыл жебе менен белгиленген) чогуу жашоосунан улам кеңири термелүүнү көрсөтөт. Мындан тышкары, бул туруксуздук жана эрте nucleation жараянынын жүрүшүндө бир тектүү эместиги AFS жана Cf / AFS ортосундагы акыркы тешикчелердин структурасы жана механикалык касиеттери олуттуу айырмачылыктарга алып келиши мүмкүн.

3.2. Макроструктуралык анализ

AFS жана Cf/AFS ортосундагы макроскопиялык тешикчелердин морфологиясынын жана тешикчелердин диаметриндеги айырмачылыктарды изилдөө үчүн лабораториялык шарттарда 620 ◦C көбүктүү температурада 15 мүнөткө эки сэндвич структурасы даярдалган. AFS жана Cf/AFS макроструктуралары жана клетка өлчөмүн бөлүштүрүү көрсөтүлгөн6-сүрөт. Эки сэндвич структурасынын үлгүлөрүнүн вертикалдык кесилиштерин салыштыруу Cf/AFS көбүктөрүнүн майда клеткаларга ээ экенин жана клеткалардын жарылышы же биригүү сыяктуу кемчиликтери аз экенин көрсөттү (караңызСүрөт 6 (b)). Тескерисинче, көрсөтүлгөндөйСүрөт 6(a), AFS кээ бир анормалдуу чоң тешикчелердин катышуусу менен начар тешикчелердин бир тектүүлүгүн көрсөтөт. Ошол эле учурда, AFS жана Cf/AFS үчүн тешикчелердин эквиваленттүү диаметри тиешелүүлүгүнө жараша 2,9 ± 0,2 мм жана 1,9 ± 0,1 мм болгон, бул тешикчелердин диаметри Cf кошуу менен андан ары такталган (караңыз).Сүрөт 6(c) жана (d)).

Тешик түзүмүнүн эволюциясына эки атаандаш механизм таасир этет: TiH2 ыдырашы жана көбүктүн биригиши жана үзүлүшү. TiH2 ыдыралышы нуклеациянын санынын, көзөнөктүүлүгүнүн жана кеңейүү ылдамдыгынын өсүшүнө өбөлгө түзөт, ал эми көбүкчөлөрдүн биригиши жана жарылуусу тешикчелердин санын азайтат жана тешикчелердин диаметрин чоңойт. көбүктүн биригүү жана жарылуу окуяларын азайтуу жакшы уюлдук түзүлүштү алууга өбөлгө түзөт. Демек, көбүк процессинде тешикчелердин структурасынын бир тектүүлүгүн сактоо үчүн көбүктүн жогорку туруктуулугу зарыл. Cf/AFS үчүн, Cf кошуу алюминий эритмеси менен булалардын нымдуулугун бир топ жакшыртат. Билдирилген Cf күчөтүлгөн алюминий көбүгүнө окшош [44] эритинди көбүктөө ыкмасы менен даярдалган, Cf кошулуусу клетка дубалынын жарылышын алдын алуу жана агломерацияны азайтуу аркылуу алюминий көбүгүн турукташтырат. Ошол эле учурда, Cf клетканын дубалында тор сымал түзүлүштү түзө алат, ал бөлүү күчүн жаратат жана көбүктөрдүн жарылуусуна жол бербейт, ошентип клетканын түзүлүшүн, көбүктүн туруктуулугун жана тешикчелердин бөлүштүрүлүшүнүн бирдейлигин жакшыртат.

3.3. Микроструктуралык мүнөздөмө

7(а) сүрөтAFS менен көбүктөнгөндөн кийин клетка дубалынын микроструктурасын көрсөтөт. AlSi6Cu4Mg4 эритме көбүктөрү үчүн билдирилгендей, эвтектикалык Al–Si, Mg2Si, Al2Cu жана Al5Cu2Mg8Si6 эритмеде бар, бул EDS анализинен алынган жыйынтыктарга дал келет.7(b) сүрөт. Бул морт фазалар тешикчелердин дубалын алсыратып же деформация учурунда жаракалардын булагы болуп, алюминий көбүгүнүн механикалык касиеттерин төмөндөтөт. Демек, бекемдөөчү фазаларды кошуу аркылуу тешикчелердин дубалынын механикалык касиеттерин жогорулатуу – бул ишке жарамдуу жана натыйжалуу стратегия.

Cf/AFS үчүн, аны байкоого болот7(c) сүрөт жана (г)Cf клетка дубалынын ичинде же клетка дубалынын четинде таралганы, Cf алюминий эритмеси менен эң сонун нымдуулукка ээ экендигин көрсөтөт. Мындан тышкары, ал байкалат (карагыла7(d) сүрөт) булалардын жана алюминий эритмесинин ортосундагы тилкеде Al2Cu чөккөн фазасынын бир аз өлчөмү пайда болот. Бул көрүнүш жипчелер менен матрицанын ортосундагы бекем байланышка жетишүүгө өбөлгө түзөт. Бул диффузиялык реакциянын жүрүшүн интуитивдик түрдө байкоого болотСүрөт 4(a)–(c). Көңүл буруңуз, чөккөн фаза көмүртек булаларын толугу менен курчап албайт жана бул бөлүштүрүүнүн абалы жана көлөмү Cf/AFS үчүн пайдалуу. Lv et al. изилдөөнүн негизинде, Cf бекемделген алюминий матрицалык композиттик материалдар боюнча, чөктүрүлгөн фазанын тиешелүү көлөмү фаза аралык байланыш күчүн таасир эте жана жөнгө сала ала тургандыгы көрсөтүлгөн.

6-сүрөт.Өкүлчүлүк үлгүнүн вертикалдуу кесилиши (а) AFS жана (б) Cf/AFS. (a) жана (b) га туура келген эквиваленттүү диаметрге каршы аянттык бөлчөк участоктору тиешелүүлүгүнө жараша (c) жана (d) сүрөттөлгөн. (c) жана (d) бөлүмдөрүндөгү катуу үзгүлтүксүз сызык лог-нормалдуу туура келүүнү билдирет. Регрессия (R2) ылайыктуулугун билдирет.

7-сүрөт.SEM сүрөттөрү (а) жана (б) тиешелүү микроструктураларды көрсөтөт6-сүрөт(а) AFS жана6-сүрөт(б) Cf/AFS, мындан тышкары,7-сүрөт(б) жана (г) локалдуу чоңойтууну көрсөтөт7-сүрөт(а) жана (в) тиешелүүлүгүнө жараша.

3.4. Cf стабилдештирүүчү Al–Si–Mg–Cu көбүгүнүн механизми

Жогоруда айтылган анализдин негизинде, Cf/AFS жана AFS үчүн көбүктөнгөн механизмдин схемалык сүрөттөлүшү кыскача келтирилген:8-сүрөт. Cf/AFS жана AFS ортосундагы ядролук баскычта, көбүктүн өсүшү жана биригүү стадиясында жана акырындык менен катуулануу стадиясында көрсөтүлгөн олуттуу айырмачылыктарСүрөт 8(а) жана (b).

8-сүрөт.Cf/AFS жана AFS көбүктөнгөн жүрүм-турумунун схемалык диаграммасы: (а) Cf/AFS; жана (б) AFS.

AlSi6Cu4Mg4 эритмесинен жасалган көбүктөрдүн өзөктүү стадиясында көбүктөр TiH2 бөлүкчөлөрүнүн жайгашкан жеринде өзөктүү эмес, жез бөлүкчөлөрүн курчап турган суюк төртүнчү эвтектиканын ичинде ядро ​​түзүүгө ыкташат. Прекурсордун эң алсыз аймагындагы нуклеациянын бул түрү (II нуклеация) TiH2 ажыроосунда бөлүнүп чыккан газдар үчүн көбүрөөк качуу каналдарын камсыздайт, газдардын топтолушуна жол бербейт жана алюминий эритмесинде жаракалардын таралышын шарттайт. Жез менен капталган көмүртек булаларынын кошулушу, сыягы, H2 чыгаруу үчүн көбүрөөк каналдарды түзөт. Бирок, бул этапта алюминий эритмеси жетиштүү суюк фракцияга ээ болгондуктан, мындай майда көбүкчөлөр үчүн H2 жетишерлик булагы болушу кыйын. Натыйжада, температура көтөрүлгөндө бул кичинекей көбүкчөлөр эритме ичинде жарылат. Прекурсор толугу менен эригенде, TiH2 дегидрогендөө реакциясынан бөлүнүп чыккан Н2 ядролук чекиттин негизинде тез өсөт. Cf көбүкчөлөрдүн пайда болушу үчүн көптөгөн гетерогендүү нуклеация участокторун камсыз кылат, бул ядролук ылдамдыкты кыйла жогорулатат. Ошол эле учурда, Cf болушу негизги көбүкчөлөрдүн байланышын жана биригүүсүн эффективдүү токтотот жана аномалдуу чоң көбүкчөлөрдүн пайда болушуна жол бербейт.

көбүкчөлөрдүн өсүү жана биригүү стадиясында Cf кошуу көбүктүн туруктуулугун бир топ жакшыртат. Себеби, Cf жана алюминий эритмеси жакшы нымдуулукка ээ жана жипчелер тармактык түзүлүштү түзүү үчүн эки газ-суюктук интерфейсинин ортосунда оңой кармалып калышы мүмкүн.7(c) сүрөт). Суюк пленка ичкерилгендиктен, жипчелер плато чегинен сорууга каршы туруу үчүн бөлүү басымын жаратып, суюк пленканын жарылуусуна жол бербейт. Ошентип, Cf/AFS көбүктүн эволюциясы учурунда тешикчелердин структурасынын бирдейлигин сактай турган жогорку туруктуулук менен AFSге салыштырмалуу көбүрөөк көбүктөнгөн убакытты талап кылат.

Жай катуулануу стадиясында Cf/AFSдеги көбүкчөлөр өспөй калат жана жипчелер клетка дубалынын ичинде (кызыл чекиттүү кутуча менен белгиленген). Булалардын бул кармалышы Ostwald жетилүүсүндө көрүнүп тургандай, чоңураак көбүкчөлөрдүн кичине көбүкчөлөрүнүн сиңишине жол бербейт жана катуулануунун кеңейишинен улам клетка дубалынын жарылуусуна тоскоол болот. Натыйжада, Cf/AFS AFSге салыштырмалуу бир тектүү тешикче түзүмүн жана азыраак тешикче кемчиликтерин көрсөтөт.

3.5. Механикалык касиеттери

Cf/AFS жана AFS үчүн кысуу стресс-деформациялоо ийри сызыктары дээрлик бирдей көзөнөктүүлүк менен (тиешелүүлүгүнө жараша 83,2% жана 81,4%) келтирилген.9(а) сүрөт. Кысуу чыңалуу-деформация ийри сызыктуу ийкемдүү аймакты, плато аймагын жана тыгыздашуу аймагын камтыган так үч баскычтуу мүнөздөмөнү көрсөтөт. AFS жана Cf/AFS кысуу кирешелүүлүгү тиешелүүлүгүнө жараша, 8,44 МПа жана 11,87 МПа болгон. Cf/AFSдин кысуудагы кирешелүүлүгү AFSге салыштырмалуу 40,6% га жогорулаган. Ошол эле учурда, Cf / AFS энергияны сиңирүү жөндөмдүүлүгү, сүрөттө көрсөтүлгөндөй, ошол эле штаммдагы AFSге караганда жакшыраак.9(b) сүрөт. AFS жана Cf/AFS энергияны жутуу мүмкүнчүлүктөрү тиешелүүлүгүнө жараша 3,3 МДж/м3 жана 6,1 МДж/м3 түзөт. Cf/AFS энергияны жутуу жөндөмдүүлүгү AFS менен салыштырганда 84,8% га жакшырды.

9-сүрөт.Cf/AFS жана AFSнин компрессивдүү стресс-поезддин ийри сызыгы жана энергияны сиңирүү жөндөмдүүлүгүнүн ийри сызыгы: (а) кысуу стресс-поезддин ийри сызыгы; (б) энергияны жутуу жөндөмдүүлүгү ийри сызыктары.

Cf кошулуусу көбүктүн өзөгүнүн механикалык касиеттерин бир топ жакшыртты. -нын механикалык касиеттери белгилүүалюминий көбүктешикчелердин түзүлүшү менен тыгыз механикалык касиеттери менен байланышкан. Макроструктуралык анализ көрсөткөндөй, Cf кошулуусу тешикчелердин өлчөмүн такташты, тешикчелердин бөлүштүрүлүшүн жакшыртат жана тешикчелердин кемчиликтерин азайтты. Sasikumar et al. жана Янгетал. кичинекей тешикче диаметри жана тар тешикчелердин бөлүштүрүү кысуу күчүн жана энергияны жутуу натыйжалуулугун жогорулатуу үчүн көбүрөөк пайдалуу. Мындан тышкары, көбүктүн механикалык касиеттерине микроструктуранын таасири негизинен көбүктүн тешикчелеринин дубалдарына камтылган Cf менен шартталган. Алюминий матрицасында көмүртек жипчелеринин жез менен капталган диффузиясы жана эриши жипчелер менен алюминий матрицанын ортосундагы тыгызыраак аралык байланышка жетише алат, бул жүктүн өтүшүнө өбөлгө түзөт. Тешиктүү дубалга катылган жогорку модулдуу көмүртек буласы кысуу жүгү астында тешикче дубалдын деформациясын чектеп, жүк көтөрүү жөндөмдүүлүгүн жакшыртат. Бул факторлордун бардыгы AFSге салыштырмалуу жогорку түшүмдүүлүккө жана энергияны сиңирүү жөндөмдүүлүгүнө жетүү үчүн Cf/AFSди колдойт.

4. Корутундулар

Бул иште Cf/AFS жана AFS таңгактоочу прокат порошок металлургия ыкмасы менен даярдалган. Cf/AFS жана AFS көбүктөнгөн жүрүм-туруму синхротрондук нурлануу аркылуу динамикалык түрдө байкалган.

Cf көбүктүн ядросуна жана өсүшүнө таасирин изилдөө. Мындан тышкары, алюминий көбүктөрдүн тешикчелердин морфологиясы, тешикчелеринин бөлүштүрүлүшү жана кысуу касиеттери боюнча Cf кылдат талдоого алынган. Негизги корутундулар төмөнкүдөй:

(1) Синхротрондук нурлануу жеринде байкоо жүргүзүү Cf/AFS жана AFS көбүктөнгөн процесстер үч түрдүү этапты көрсөтөөрүн көрсөттү: көбүктүн ядросунун түзүлүшү, көбүктүн өсүшү жана кошулуусу жана катуулануусу.

AFS менен салыштырганда, Cf/AFS көбүк процесси жогорку туруктуулукту жана көбүктүн бирдейлигин көрсөтөт. AFS тешикчелердин эволюция процессинде аномалдуу чоң жана одоно тешикчелердин пайда болушуна көбүрөөк жакын. Кошумча, диспропорция Cfнын гетерогендүү ядролук эффектиси менен түшүндүрүлөт, бул көбүк дубалынын жарылуусуна жол бербейт жана нуклеациянын ылдамдыгын жогорулатып, биригүүнү азайтат.

(2) 0,5 wt.% Cf кошуу 2,9 ± 0,2 мм 1,9 ± 0,1 мм үчүн эквиваленттүү тешикче диаметрин тактайт, одоно тешикчелердин кемчиликтерин олуттуу кыскартат. Ошол эле учурда микроструктура Cf жакшы нымдуулугун ачып берет, ал тешикче дубал жана газ-катуу интерфейси боюнча бөлүштүрүлүп, ошону менен көбүктүн туруктуулугун жогорулатат.

(3) AFS менен салыштырганда, Cf / AFS кысуу кирешелъълъгънън күчү жана энергия жутуу жөндөмдүүлүгү тиешелүүлүгүнө жараша, болжол менен 40,6% жана 84,8% га көбөйгөн. Бул изилдөөнүн жыйынтыктары автомобиль жана аэрокосмостук өнөр жай тармагында инженердик колдонмолор үчүн потенциалга ээ болгон металлургиялык байланыш интерфейстери менен алюминий көбүктүү сэндвич панелдерин бекемдөө үчүн идеяларды бере алат.

Материалдарды изилдөө жана технология журналынан алынган макала