Kupfer-deposéiert Kuelestofffaser Aluminiumschaum Sandwich Panel Leeschtungseigenschaften am Verglach mat konventionellen Aluminiumschaum Sandwich Panel

Sandwich aus Aluminium Schaum(AFS) Paneele hunn eng Kombinatioun vu strukturellen a funktionnelle Charakteristiken wéi niddereg Dicht, héich spezifesch Kraaft, favorabel Energieabsorption, Dämpfungskapazitéit an elektromagnetesch Schirmung. Dës exzellent Eegeschafte maachen AFS e grousst Potenzial an Raumfaart, Transport a Marine Felder. Am Verglach mat kaum Metallschaumen, kënnen déi baussenzeg metallesch Placke vun AFS de Schaum effektiv versiegelen a seng ëmfaassend mechanesch Eegeschaften verbesseren, wéi zum Beispill d'Träg- a Biegestäerkt. Allgemeng gouf d'AFS duerch Klebstoffverbindungsmethod fabrizéiert, wat d'Befestegung vum Aluminiumschaum op zolidd Metallplacke mat Epoxyharzklebstoff enthält.

Och wann d'Klebstoffverbindungsmethod effektiv d'strukturell Dämpfung verbessert, ass se begleet vu Aschränkungen, dorënner Erausfuerderunge beim Recycling an Empfindlechkeet fir Delaminatiounsfehler ënner héijer Temperaturen oder korrosive Konditiounen. Fir dës Aschränkungen unzegoen, goufen extensiv Fuerschungsefforten gewidmet fir metallurgesch Verbindung tëscht der Panel an der Kärschicht z'erreechen.

De Moment sinn déi predominant Virbereedungsmethoden fir AFS fir d'metallurgesch Bindung z'erreechen allgemeng an dräi Kategorien klasséiert: Schweißen, Schmelzschaumen, a Verpackungsrollpulvermetallurgie Method. Ënnert dëse Methoden gëtt d'Verpackungsrollpulvermetallurgiemethod als superior ugesinn fir d'Porestruktur ze kontrolléieren an d'Niddregtemperatur-Schaum z'erreechen. Eis fréier Aarbecht huet dës Technologie benotzt fir grouss AFS mat besseren Expansiounseigenschaften a celluläre Struktur fir industriell Uwendungen ze fabrizéieren.

Wéi och ëmmer, wéinst de relativ nidderegen kompressive mechanesche Eegeschafte vum Schaumkär, ass d'Verbesserung vun der mechanescher Stäerkt vum AFS limitéiert, sou datt eng weider Verbesserung vun der Kraaft vum Schaumkär entscheedend ass fir den AFS.

Fir Datum, déi gemeinsam Methoden gemellt der compressive mechanesch Eegeschafte vun ze verbesserenAl Schaumsinn wéi follegt: Uewerfläch Behandlung, Hëtzt Behandlung, a Verstäerkung vun dobäi Deelchen, Faseren, durchgang Elementer, etc.. Dorënner, kuerz Kuelestoff Faseren mat niddereg Dicht, héich elastesche Modul, a groussen Aspekt Verhältnis hu grouss Opmierksamkeet als villverspriechend Verstäerkung Material ugezunn. Ausserdeem verbessert d'Uewerflächemetalliséierung vu Kuelestofffasern, duerch Elektropletterung oder chemesch Plackéierung wéi Kupferplack oder Nickelplackung, weider d'Befeuchtbarkeet vun de Kuelestofffaser an der Aluminiumschmelz verbessert a vermeit schiedlech Interfacereaktiounen tëscht de Kuelestofffaser an der Aluminiumschmelz. Kuerz Kuelestofffaser gëtt elo wäit benotzt fir Aluminiummatrixkomposite ze verstäerken.

Bhav Singhetal. préparéiert Kupferbeschichtete Kuelestofffaser verstäerkt Aluminiummatrixkomposite duerch Rührgussmethod. Muetal. fabrizéierte Aluminiummatrixkomposite verstäerkt mat Nickel-beschichtete Kuelestofffaser mat der Zwee-Roll-Gossmethod. D'Resultater weisen eng bedeitend Verbesserung vun der Spannkraaft vun de Kompositen mat der Zousatz vu Kuelestofffaser. Wéi och ëmmer, et gouf limitéiert Fuerschung iwwer gemaachAluminiumschaum verstäerktmat Kofferbeschichtete Kuelestofffaser. Caoetal. éischt preparéiert Kupfer-beschichtete Kuelestofffaser verstäerkt Aluminiumschaum duerch d'Schmelzschaummethod. D'Resultater weisen datt 0,35 vol% Cf den Aluminiumschaum stabiliséiere kann andeems d'Flëssegfilmbroch verhënnert gëtt, a wat méi d'Quantitéit u Faseren, déi zum Schaum bäigefüügt ginn, méi stabil ass. Muetal. huet gewisen datt d'Dämpfungseigenschaften vum Aluminiumschaum, deen duerch d'Schmelzschaummethod virbereet gouf, wesentlech verbessert goufen mat der Zousatz vu Cf.

Deementspriechend kann et ofgeschloss ginn datt d'Zousätzlech vu Cf eng effektiv Strategie ka sinn fir gläichzäiteg d'Schaumstabilitéit a mechanesch Eegeschaften ze verbesseren.Al Schaum. Ausserdeem goufen et keng Berichter iwwer Kupfer-plated Kuelestofffaser verstäerkt Aluminiumschaum Sandwichpanelen, déi iwwer d'Pulvermetallurgie-Methode virbereet ginn, wat d'Fuerscher motivéiert fir méi déif Studien an dësem Beräich auszeféieren.

Vill Studien goufen iwwer den Nukleatiounsmechanismus a Stabilitéit vunAl Schaummat der Zousatz vun Verstäerkungsphasen. D'Ënnerscheeder an der Pore Zuel a Pore Morphologie,

wéi Gréisst, Verdeelung a Form, ginn normalerweis un Nukleatiounsmechanismen a Stabilitéit zougeschriwwen. Heterogen Nukleatiounseffekter an Oxidnetz Stabiliséierungsmechanismen am Pulvermetallurgiesystem goufen ustrengend ënnersicht. Quaternär Legierungspulver besteet aus Al-Si-Mg-Cu, déi an dësem Pabeier benotzt ginn, hunn aussergewéinlech Expansiounsraten a niddereg Schaumtemperaturen ausgestallt, mat enger Solidustemperatur vu 507 ◦C an enger Liquidustemperatur vu 596 ◦C. Trotzdem gëtt et e Manktem u Fuerschung betreffend den Nukleatiounsmechanismus, Stabilitéit, a kompressive mechanesche Eegeschafte vu Pulverkompakten déi dës speziell Legierungskompositioun enthalen, besonnesch wann se integréiert Cf. A fréiere Wierker goufen Ermëttlungen vun Nukleatiouns- a Stabiliséierungsmechanismen haaptsächlech duerch net-in-situ Methoden duerchgefouert, déi tomographesch Analyse vu Proben involvéiert, déi séier no der Schaumunterbriechung ofgekillt goufen. Leider geschitt submikron Bubble Nukleatioun primär wärend der Virgängerheizung an erweidert sech séier bannent Zäitintervalle vun 100 ms bis 1 s, déi dacks Erausfuerderunge fir Echtzäitobservatioun presentéieren. Déi modern Synchrotron Stralung Röntgen Imaging Technik besëtzt héich Energie a spatiotemporal Opléisung, wat fir Echtzäit, in situ Observatioun vum Nukleatiouns- a Wuesstumsprozess vun Aluminiumschaume bei héijen Temperaturen erlaabt. Momentan hunn nëmme limitéiert Fuerscher d'Schaumkinetik vum Al-Si-Mg Legierungspulver duerch Synchrotronstrahlung exploréiert. Zum Beispill, García-Morenoetal. bedeitend dynamesch Phänomener am flëssege Aluminiumschaum gemellt, dorënner Nukleatioun a Wuesstum, Bubble-Rearrangement, Flëssegkeetsretraktioun, Agglomeratioun a Filmbroch. Kamm et al. studéiert den Nukleatiouns- a Wuesstumsprozess vum AlSi8Mg4 Aluminiumschaum duerch Synchrotronstralung. Hir Erkenntnisser hunn uginn datt Waasserstoff generéiert duerch d'Zersetzung vun Adsorbaten op der Uewerfläch vum Metallpulver en anere bedeitende Nukleatiounsmechanismus duerstellt. Awer d'Interaktioun tëscht Virgängerkomponenten ass komplizéiert, an d'Dynamik vum Schaum kann duerch hir Zesummesetzung beaflosst ginn. Fir souwuel den Al-Si-Cu-Mg Puder System an den Al-Si-Cu-Mg Puder System mat dobäi Cf, Versteesdemech an Exploratioun vun der Initiatioun an Wuesstem vun Metal Schaum ass entscheedend fir déi weider strukturell Entwécklung vum Schaum fir d'Eegeschafte verbesseren fir Uwendungen.

An dëser Aarbecht goufen Cf / AFS an AFS mat metallurgescher Interfaceverbindung duerch d'Verpackungsrollpulvermetallurgie Method virbereet. D'Bubbles Evolutioun vu Cf /AFS an AFS gouf op der Plaz duerch Synchrotronstralung observéiert fir de Mechanismus vu Cf op Bubble Nukleatioun, Wuesstum a Fusioun a Stabilitéit ze weisen. Zousätzlech goufen Cf / AFS an AFS bei 620 ◦C fir 15 min an engem Kammerofen geschaimt. Duerno goufen d'Poregréisstverdeelung, d'Poremikrostruktur an d'compressive mechanesch Eegeschafte vun de geschaimte Proben charakteriséiert a getest. Baséierend op déi uewe genannte Studien, goufen d'Struktur an d'Kompressivstäerkt vu Cf / AFS an AFS systematesch evaluéiert.

2. Material a Methoden

2.1. Matière première

Sechs Rohmaterialien goufen fir d'Virbereedung vun der AFS an Cf / AFS benotzt: Al Pudder (Duerchschnëtt Gréisst: 45 μm, Rengheet> 99.70%), Si Puder (Duerchschnëtt Gréisst: 38 μm, Rengheet> 99.50%), Cu Pudder (Duerchschnëtt Gréisst: 38 μm, Rengheet >99.90%), Mg Pudder (Duerchschnëttgréisst: 75 μm, Rengheet > 99,70%), TiH2-Pulver (Duerchschnëttgréisst: 45 μm, Rengheet > 99,70%), a Kofferbeschichtete Kuelestofffaser (Duerchschnëttgréisst: 1-2 mm, Dicke vu Kupferbeschichtete: 1,4 μm).

2.2. Fabrikatioun vun Cf / AFS

D'Schema vun der Verpackungsrollpulvermetallurgiemethod ass illustréiert anFig. 1. Wärend der Vermëschungsstadium gouf de quaternäre Legierung AlSi6Mg4Cu4-Pulver preparéiert, mat Pulver vun Al, Si, Cu, a Mg a Verhältnisser vun 86 wt%, 6 wt%, 4 wt%, respektiv 4 wt%, respektiv. 1 wt% oxidéiert TiH2-Pulver (Wärmebehandlung an der Loft fir 1,5 h bei 470 ◦C) gouf als Blosmëttel bäigefüügt, deen H2 séier bei der Schmelztemperatur erweidert, d'Schmelz erweidert. Zousätzlech goufen 0,5 gew.% Kuelestofffaser als Verstäerkungsphasen agebaut. Besonnesch, fir d'Befeuchtbarkeet ze verbesseren an schiedlech Reaktiounen wéi Al4C3 op der Faser-Aluminium Schmelz-Interface während dem Schaum ze vermeiden, goufen Kuelestofffaser iwwer Elektroplatéierung mat Kupfer beschichtet. Den Elektroplatéierungsprozess gouf am Refs beschriwwen.Fig. 2weist d'Kupfer-beschichtete Kuelestofffaser, déi duerch den elektresche Plackprozess kritt goufen. D'Beschichtung huet eenheetlech a kontinuéierlech Ofdeckung vun der Faserfläch(Fig. 2(a)–(b)). Duerno goufen déi verschidde Legierungskompositioune, déi an dëser Etude benotzt goufen, virbereet andeems déi uewe genannte Pulver mat an ouni Cf an engem dreidimensionalen Mixer fir 3 Stonnen grëndlech vermëschen. D'uniform gemëscht Pudder ass an engem versiegelt Kavitéit encapsuléiert, gefollegt vun kal a waarm Walzen Prozeduren.

D'Kältewalsstuf evakuéiert effektiv Loft vu bannent de Huelraim an den interstitielle Raum tëscht de Partikelen duerch eng Serie vu multiple Passagen a klengen Depressiounen. D'waarm Rolling Etapp garantéiert datt de Virgänger eng relativ Dicht erreecht iwwer 98% duerch d'Co-Deformatioun vum Panel a Pulver, wat de spéidere Schaumprozess erliichtert. Detailléiert Rolling Prozess Parameteren sinn am Refs beschriwwen. AFS a Cf / AFS schaimbar Virgänger ginn duerch de genannte Prozess kritt. Schlussendlech goufen béid geschaimbar Virgänger bei 620 ◦C fir 15 min erhëtzt fir Cf / AFS an AFS Exemplare ze fabrizéieren, déi fir Pore Gréisst Analyse, mikrostrukturell Charakteriséierung a kompressive mechanesch Eegeschafte Tester benotzt goufen.

2.3. Charakteriséierung an Testmethoden

2.3.1. Mikrostrukturell Charakteriséierung

D'Mikrostrukturmorphologie vum Cf/AFS an AFS goufen duerch Feldemissiounsscanning Elektronenmikroskopie (SEM, Zeiss Ultra Plus) ënnersicht. Energie dispersiv Spektroskopie (EDS) gouf benotzt fir d'Zesummesetzung vu verschiddene Phasen an den Zellmauer vun de geschaimte Proben z'identifizéieren. Längsofschnëtter vun de Proben goufen duerch Ausschneiden vun de geschaimte Exemplare mat der Elektro-Entladungsmaschinn (EDM, DK7745) kritt. Duerno goufen d'Längsschnitte vun de Exemplare mat Lack beschichtet an duerno mat 800-Kriis- an 1500-Grit-Sandpapier geschleeft a poléiert. Schlussendlech goufen déi gläichwäerteg Zell Duerchmiesser (Dmean) vum poléierte Exemplar Querschnitt mat der Bildanalysesoftware, Image Pro Plus 6.0, bestëmmt.

Fig. 1.Schema vun der Verpakung Rolling Pulver Metallurgie Method.

Fig. 2.SEM Biller vun der (a) Koffer-Beschichtete Kuelestoff Faseren, an (b) weist eng vergréissert Vue vun der Regioun vun engem roude Quadrat markéiert an (a). Biller (c) an (d) sinn d'EDS Resultater vum Punkt A an (b).

Fig. 3.Schematesch Diagramm vun der Synchrotron Stralung Experiment Opstellung.

2.3.2. In-situ Schaumobservatiounen duerch Synchrotronstralung

De schemateschen Diagramm vun der Synchrotronstralungsexperimentopstellung ass skizzéiertFig. 3. D'Experimenter goufen op der Strahllinn 4W1A vun der Peking Synchrotron Strahlungsanlag (BSRF, Beijing Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences, China) duerchgefouert. Am Géigesaz zu konventioneller Absorptioun-Kontrast Imaging, benotzt dëse Pabeier Phase-Kontrast Imaging mat der Synchrotron Stralung Liichtquell. Dës Approche adresséiert d'Aschränkungen vun der traditioneller Absorptiounsbildung, déi ineffektiv ass fir schwaach absorbéierend Substanzen ze visualiséieren. De Schaumprozess vun de Exemplare gouf an engem personaliséierte Schaumofen duerchgefouert, mat enger 15 mm x 15 mm Quadratfenster senkrecht zur Röntgenstrahlrichtung positionéiert. D'Proufgréisst, wéi an der Fig. 3 duergestallt, misst 15 mm × 15 mm × 2 mm. D'Probe gëtt an enger Schaumform gesat, besteet aus enger gewësser Zuel vu Keramikplacke. Während dem Schaumprozess kënnen Röntgenstrahlen duerch d'Probe passéieren a gi vun enger charge-coupled device (CCD) Kamera ageholl. Déi gewielte Röntgenquell huet mat enger Intensitéit vun 20 Kev operéiert, an eng maximal Gesiichtsgréisst vu 7,4 mm × 7,4 mm gouf benotzt fir eng ëmfaassend Observatioun vum ganze Schaumprozess z'erméiglechen.

Et ass derwäert ze notéieren datt déi observéiert Echantillon op eng Manéier senkrecht zu der Rollrichtung an der tangentialer Richtung positionéiert goufen. Souwuel d'Virgänger mat 0,5 wt% Cf an déi ouni 0,5 wt% Cf hunn hir Säitepanele vu béide Säiten vun de Proben mat EDM geläscht. Den Effekt vum Cf op d'Schaumeigenschaften vum Aluminiumschaum gouf ënnersicht. Ausserdeem goufen d'Virgänger mat verschiddene Kompositioune am selwechte Heizofen bei enger virgestëmmter Temperatur vu 620 ◦C geschaimt.

2.3.3. Kompressioun mechanesch Eegeschaften Test

D'Kompressiounsprouwen goufen an zylindresch Exemplare mat enger Héicht vun 23 mm an engem Duerchmiesser vun 20 mm duerch EDM geschnidden, an all Richtung gouf gesuergt fir op d'mannst 10 komplett Poren ze enthalen fir d'Gréisst Effekt ze vermeiden. Quasi-statesch Kompressiounstester goufen no den Normen ISO13314–2011 a GB/T31930–2015 duerchgefouert, mat enger AG-XPLUS Elektronen Universal Material Testmaschinn mat enger maximaler Laaschtkapazitéit vun 100 KN. Dräi Proben goufen fir all Grupp getest, an d'Kompressiounsstress-Belaaschtungskurven an dësem Pabeier representéieren d'Duerchschnëttsresultater, déi aus den dräi getestene Proben kritt goufen. All Tester goufen ënner Verréckelungskontrolle gemaach, déi eng konstant Kräizkopgeschwindegkeet vun 2 mm / min behalen (entspriechend enger initialer Belaaschtungsrate vun 10-3 s-1) bei Raumtemperatur.

Fig. 4.Zäit-entwéckelt Synchrotron Stralung Biller vun Cf / AFS Schaum Prozess: (a) unfoamed Virleefer um t0 Moment vun 380 ◦C; (b) - (c) Opléisung vun elementarer Kupfer an Typ II Nukleatioun während Virgänger Schmelzen; (d) - (g) heterogen nukleation a Wuesstem Prozesser vun Bubbles; an (h) - (i) Bubbles fusionéieren a briechen.

3. Resultater an Diskussioun

3.1. In situ Schaumverhalen ënner Synchrotronstralung

3.1.1. Schaum Evolutioun vun Cf / AFS

Fig. 4weist eng Serie vu Synchrotronstralungsbiller déi de Schaumprozess vum Cf/AFS weisen. D'Original Biller vum Cf/AFS(Fig. 4 (a))goufen ageholl wann d'Matrix am festen Zoustand bei 380 ◦C war, an dës Kéier gouf als t0 gesat. Am Verglach mat den anere Komponenten am Virgänger schéngt Cf schwaarz an der haaptsächlech groer aluminiumräicher Matrix. Dëst kann un den héije Kupfergehalt op der Faseroberfläch zougeschriwwe ginn, wéi anAbb. 2(c)–(d), déi am Verglach zu den anere Bestanddeeler vum Virleefer déi gréisst relativ Atommass huet. Ausserdeem gëtt d'Majoritéit vu Cf beobachtet datt se verspreet a getrennt sinn, anstatt zesummen ze clusteren, wéi ausgestallt anAbb. 4(a). Dëst implizéiert datt mat enger 0,5 wt% Zousatz vu Cf en 3 h Rührprozess effektiv de gewënschten Dispersiounszoustand erreechen kann.

Bei t0+194s (wéi anAbb. 4(b)), eng bedeitend Zuel vu wäiss, bal kugelfërmeg Blasen mat Duerchmiesser vun 90 μm bis 180 μm kënnen an der groer Aluminiummatrix (mat dem roude Pfeil markéiert) beobachtet ginn. D'Zuel vun de Bubbles ass weider bannent 46 s eropgaang, wéi gewisenAbb. 4(c). Zousätzlech ass eng aner bemierkenswäert Ännerung, déi an der Matrix stattfënnt, datt e puer kleng Blasen éischter op der Uewerfläch vum Cf mat der Initiatioun vu Cu-Opléisungen bilden (markéiert mat der roude Punkte Këscht). Dëst Phänomen ass méiglecherweis un Typ II Nukleatioun zougeschriwwe ginn, déi am Kupferhaltege Pulver kompakt geschitt. Et ass allgemeng unerkannt datt d'Zousatz vu Cu d'Schmelztemperatur vun den Legierungen wesentlech reduzéiert. Dëst resultéiert zu lokaliséierter Schmelz ronderëm eenzel Pudderpartikelen am Pulvervirgänger, dee Kupferpulver wärend dem Heizprozess enthält, wat eng substantiell Quantitéit Al-Si-Mg-Cu quaternär eutektesch Schmelz bei méi nidderegen Temperaturen generéiert. De quaternäre eutektesche Schmelzpool tendéiert eng schwaach Regioun an der Legierung ze sinn an ass méi ufälleg fir Nukleatioun. Als Resultat si Blasen méi wahrscheinlech ze nukleéieren a wuessen no bei der Kupferbeschichtete op der Faseroberfläche. Ausserdeem bewierkt déi niddreg Flëssegkeetsfraktioun an der Matrix zu dësem Moment Gase vun der Zersetzung vun TiH2 fir einfach an der Aluminiummatrix ze accumuléieren. Typ II Nukleatioun kann effektiv vermeiden datt de akkumuléierte Gas d'niddereg Flëssegkeetsfraktiounsmatrix forcéiert an d'Rëss duerch d'Flëssegkeet propagéiert, wat zu engem schwéiere Verloscht vun der Quantitéit u Waasserstoff resultéiert.

Abb. 4(d)weist datt d'Blasen ufanks nukleéieren a wuessen op der Regioun vum Cf wéi d'Matrix ganz schmëlzt, an d'Bubbleplazen entspriechen der verschwannener Kupferbeschichtete Schicht (markéiert mat der roude Punktekëscht). Et ass gutt etabléiert datt d'Additioun vu sekundäre Phasen d'Zuel vun heterogenen Nukleatiounsplazen erhéicht, an doduerch d'Energiebarriär fir d'Bildung vun neie Blasen an der Legierungsschmelz reduzéiert. Mëttlerweil ass den Nukleatiounsquote mat dem gesamten heterogenen Nukleatiounsberäich pro Eenheetsvolumen verbonnen. Dofir kann et beobachtet ginn datt d'Blasen ufanks op de Siten nukleéieren wou Kuelestofffaser sinn an sech laanscht d'Längt vun der Kuelestofffaser ausdehnen. Mat enger weiderer Erhéijung vun der Schmelzfraktioun entstinn nach vill nei Blasen ausFig. 4(e)–4(g). Wéi och ëmmer, den Taux vun der lokaler Fusioun a Broch vun de Blasen ass lues, wat beweist datt d'Blasen eng héich Stabilitéit hunn. Bei t0+426s geet d'Zuel vun de Bubbles bedeitend erop, an

de Virleefer Volumen weist grouss Expansioun(Fig. 4(h)). Ausserdeem ass d'Optriede vun e puer Bubble fusionéieren (markéiert mam roude Pfeil), wou kleng Blasen duerch d'Ostwald Reifung vu gréissere absorbéiert ginn, en inévitabele Prozess während der Evolutioun vu metallesche Schaum [40]. Dëst Reifungsphänomen resultéiert och an der Erscheinung vun enger klenger Zuel vu groussen an onregelméissegen Blasen (markéiert mam roude Pfeil anFig. 4(i)).

Fig. 5.Zäit-evoluéiert Biller vum Schaumprozess vun AFS a verschiddene Stadien: (a) ongemelte Virleefer am t0 Moment vun 380 ◦C; (b) Opléisung vun elementar Kupfer an Typ II Nukleatioun während Virgänger Schmelzen; (c) Nukleatioun a Wuesstumsprozesser vu Blasen; an (d) - (f) Bubbles fusionéieren a briechen.

3.1.2. Schaum Evolutioun vun AFS

Fig. 5 weist eng Serie vu Synchrotronstrahlungsbilder déi de Schaumprozess vun AFS illustréieren. Ähnlech wéi Cf/AFS, gouf d'initial Bild fir d'Synchrotronstrahlungssequenz erfaasst wann AFS an der fester Phase bei 380 ◦C war (kucktAbb. 5(a)). Wann d'Matrix iwwer d'Solidustemperatur erhëtzt gëtt, ginn kleng wäiss Blasen siichtbarFig. 5(b) an (c), entstinn aus der Zersetzung vun TiH2 an der Optriede vun Typ II nucleation an der Cu-räich Regioun. Wéi och ëmmer, d'Zuel vun de Bubbles generéiert an hir Verdeelungsdicht anAbb. 5(c)ass notamment manner am Verglach zuAbb. 4(c). Dëst hindeit datt Cf / AFS méi Channels fir fréi Gas Fräisetzung während nucleation gëtt, verhënnert der exzessiv Formatioun vun Rëss an Al Matrixentgasung mat niddereg Flëssegket Fraktioun.

E manner Zuel vun AFS Nukleatiounsplazen an eng méi héich Probabilitéit vum anormale Bubblewuesstum am Verglach zum Cf / AFS kënne beobachtet ginnAbb. 5(d)–(f). D'Evolutioun vun AFS Bubbles ass onregelméisseg, an hir Gréissten weisen breet Schwankungen wéinst der Zesummeliewen vu béide Mikrometer-Gréisst Bubbles an anormal Millimeter-Gréisst grouss Bubbles (mat dem roude Pfeil markéiert). Ausserdeem kann dës Onstabilitéit an Inhomogenitéit wärend dem fréien Nukleatiounsprozess zu wesentlechen Differenzen an der definitiver Porestruktur a mechanesche Eegeschafte tëscht AFS a Cf / AFS resultéieren.

3.2. Makrostruktur Analyse

Fir d'Ënnerscheeder an der makroskopescher Pore Morphologie a Poren Duerchmiesser tëscht AFS an Cf /AFS z'ënnersichen, goufen zwee Sandwichstrukturen ënner Labobedingunge bei enger Schaumtemperatur vu 620 ◦C fir 15 min virbereet. D'Makrostrukturen an d'Zellgréisstverdeelung vun AFS a Cf / AFS ginn anFig. 6. De Verglach vu vertikale Sektioune vun den zwee Sandwich Strukturen Echantillon weist datt d'Cf / AFS Schaum méi fein Zellen hunn a manner Mängel wéi Broch oder Fusioun vun Zellen (kucktAbb. 6 (b)). Am Géigendeel, wéi gewisen anAbb. 6(a), weist d'AFS eng schlecht Pore Homogenitéit mat der Präsenz vun e puer anormal grouss Poren. Mëttlerweil war den gläichwäertege Poren Duerchmiesser fir AFS an Cf /AFS 2,9 ± 0,2 mm respektiv 1,9 ± 0,1 mm, wat suggeréiert datt de Poren Duerchmiesser weider raffinéiert gouf duerch d'Zousätzlech vu Cf (kuckt).Fig. 6(c) an (d)).

D'Evolutioun vun der Pore Struktur gëtt vun zwee kompetitiv Mechanismen beaflosst: d'Zersetzung vun TiH2 an d'Fusioun an d'Ruptur vum Schaum. D'Zersetzung vun TiH2 dréit zur Erhéijung vun der Zuel vun der Nukleatioun, der Porositéit an der Expansiounsquote bäi, während d'Fusioun an d'Brochung vu Blasen d'Zuel vu Poren erofgeet an den Duerchmiesser vun de Poren erhéicht. D'Reduktioun vu Bubblesfusionen a Brochevenementer dréit zur Erhaalung vun enger besserer Zellstruktur bäi. Dofir ass déi héich Stabilitéit vum Schaum noutwendeg fir d'Homogenitéit vun der Porestruktur wärend dem Schaumprozess z'erhalen. Fir Cf / AFS verbessert d'Additioun vu Cf d'Befeuchtbarkeet vun de Faseren mat der Aluminiumschmelz staark. Ähnlech wéi de gemellt Cf verstäerkten Aluminiumschaum [44] virbereet duerch d'Schmelzschaummethod, stabiliséiert d'Zousätzlech vu Cf den Aluminiumschaum andeems d'Zellwandbroch verhënnert an d'Agglomeratioun reduzéiert gëtt. Mëttlerweil kann Cf eng netähnlech Struktur an der Zellmauer kreéieren, déi eng Trennungskraaft generéiert an d'Bruptur vu Blasen verhënnert, sou datt d'Zellstruktur, d'Schaumstabilitéit an d'Uniformitéit vun der Pore Verdeelung verbessert.

3.3. Mikrostrukturell Charakteriséierung

Abb. 7(a)weist d'Mikrostruktur vun der Zellmauer nom Schaum mat AFS. Wéi gemellt fir AlSi6Cu4Mg4 Legierung Schaum, eutektesch Al-Si, Mg2Si, Al2Cu, an Al5Cu2Mg8Si6, sinn an der Legierung präsent, wat am Aklang mat den Erkenntnisser vun der EDS Analyse anAbb. 7(b). Dës brécheg Phasen reduzéieren d'mechanesch Eegeschafte vum Aluminiumschaum andeems d'Porewand schwächt oder als Quell vu Rëss während der Verformung handelt. Dofir ass d'Verbesserung vun de mechanesche Eegeschafte vun der Poremauer duerch d'Zousatz vu Verstäerkungsphasen eng viabel an effektiv Strategie.

Fir Cf / AFS kann et observéiert ginn ausAbb. 7(c) an (d)datt de Cf bannent der Zellmauer oder um Rand vun der Zellmauer verdeelt ass, wat beweist datt Cf eng exzellente Befeuchtbarkeet mat der Aluminiumschmelz huet. Ausserdeem ass et bemierkbar (kucktAbb. 7(d)) datt e klengt Betrag vun der ausgefällter Phase Al2Cu op der Interface tëscht de Faseren an der Aluminiumschmelz entsteet. Dëst Phänomen dréit zur Erreeche vun enger staarker Verbindung tëscht de Faseren an der Matrix bäi. De Fortschrëtt vun dëser Diffusiounsreaktioun kann intuitiv observéiert ginnBild 4(a)–(c). Bedenkt datt d'ausgefall Phase d'Kuelestofffaser net komplett ëmginn, an de Staat an de Betrag vun dëser Verdeelung si gutt fir Cf / AFS. Baséierend op der Studie vu Lv et al, op Cf verstäerkten Aluminiummatrix-Kompositmaterialien, gouf bewisen datt déi entspriechend Quantitéit vun der ausfälleger Phase d'Interfacial-Bindungsstäerkt beaflosse kann a reguléieren.

Fig. 6.Vertikal Sektiounen vun representativ Prouf (a) AFS an (b) Cf / AFS. Den gläichwäertege Duerchmiesser versus Flächfraktiounsplots entspriechend (a) an (b) sinn an (c) an (d) respektiv duergestallt. Déi zolidd kontinuéierlech Linn an (c) an (d) representéiert de Log-normale Fit. Regressioun (R2) stellt d'Guttheet vun der Fit duer.

Fig. 7.SEM Biller (a) an (b) weisen d'Mikrostrukturen entspriechendFig. 6(a) AFS etFig. 6(b) Cf/AFS, respektiv, weider,Fig. 7(b) an (d) weisen lokal Vergréisserung vunFig. 7(a) an (c), respektiv.

3.4. Mechanismus vum Cf Stabiliséiere vum Al-Si-Mg-Cu Schaum

Baséierend op der uewe genannter Analyse gëtt eng schematesch Duerstellung vum Schaummechanismus fir Cf/AFS an AFS zesummegefaasst anFig. 8. Déi bedeitend Differenzen tëscht Cf / AFS an AFS an der Nukleatiounsstadium, Bubble Wuesstum, a Fusiounsstadium, an der gradueller Solidifikatiounsstadium, wéi illustréiert anFig. 8(a) an (b).

Fig. 8.Schematesch Diagramm vu Cf / AFS an AFS Schaumverhalen: (a) Cf / AFS; an (b) AFS.

An der Nukleatiounsstadium vun AlSi6Cu4Mg4 Legierungsschaume tendéieren d'Blasen an der flësseger quaternärer Eutektik ronderëm d'Kupferpartikelen ze nukleéieren, anstatt ze nukleéieren op der Plaz vun den TiH2 Partikelen. Dës Zort vun Nukleatioun an der schwaachster Regioun vum Virgänger (Typ II Nukleatioun) bitt méi Fluchtkanäl fir d'Gasen, déi duerch TiH2 Zersetzung verëffentlecht ginn, vermeit d'Akkumulation vu Gasen a veruersaacht Splécken an der Aluminiumschmelz ze propagéieren. D'Zousätzlech vu Kupferbeschichtete Kuelestofffaser kreéiert anscheinend weider Kanäl fir H2 ze befreien. Wéi och ëmmer, well d'Aluminiumschmelz keng genuch Flëssegkeetsfraktioun op dëser Etapp huet, ass et schwéier fir sou kleng Blasen eng genuch Quell vun H2 ze hunn fir weider ze wuessen. Als Resultat briechen dës kleng Blasen bannent der Schmelz wéi d'Temperatur eropgeet. Wann de Virgänger komplett geschmollt ass, wäert den H2, deen aus der gewaltsamer Dehydrogenéierungsreaktioun vun TiH2 fräigelooss gëtt, nukleéieren a séier wuessen op Basis vum Nukleatiounspunkt. De Cf bitt vill heterogen Nukleatiounsplaze fir d'Generatioun vu Blasen, déi d'Nukleatiounsraten staark erhéijen. Gläichzäiteg hemmt d'Präsenz vu Cf effektiv de Kontakt an d'Fusioun vun de primäre Blasen a vermeit d'Bildung vun anomal grouss Blasen.

Wärend der Wuesstums- a Fusiounsstadium vun de Blasen verbessert d'Zousatz vu Cf d'Schaumstabilitéit wesentlech. De Grond ass datt d'Cf an d'Aluminiumschmelz eng gutt Befeuchtbarkeet hunn, an d'Faseren kënnen einfach tëscht den zwee Gas-Flësseg-Interfaces gefaange ginn fir eng Netzwierkstruktur ze bilden (wéi gewisen anAbb. 7(c)). Wéi de flëssege Film verdünnt ass, kënnen d'Faseren e Trennendrock generéieren fir d'Saug vun der Plateaugrenz ze widderstoen, sou datt de flëssege Film ausbriechen. Also Cf / AFS brauch méi laang Schaumzäit am Verglach zum AFS, mat méi héijer Stabilitéit déi d'Uniformitéit vun der Pore Struktur während der Evolutioun vum Schaum behalen kann.

Wärend der lueser Verstäerkungsstadium wuessen d'Blasen am Cf / AFS net méi an d'Faseren sinn an der Zellmauer agebonnen (mat der roude Punkte Këscht markéiert). Dës Retentioun vu Faseren verhënnert d'Absorptioun vu klenge Blasen duerch déi méi grouss, wéi se an der Ostwald Reifung gesi ginn, a hemmt d'Zellmauerbruch wéinst der Verstäerkungsexpansioun. Als Resultat weist Cf / AFS eng méi homogen Pore Struktur a manner Pore Mängel am Verglach zu AFS.

3.5. Mechanesch Eegeschaften

D'compressive Stress-Belaaschtungskurven fir Cf / AFS an AFS mat bal derselwechter Porositéit (83,2% respektiv 81,4%) ginn anAbb. 9(a). D'compressive Stress-Belaaschtungskurve weist eng markant Dräi-Stage Charakteristik, déi aus der linearer elastescher Regioun, der Plateauregioun an der Verdichtungsregioun besteet. D'Compressive Yield Stäerkt vun AFS an Cf / AFS waren 8,44 MPa respektiv 11,87 MPa. D'Compressive Yield Stäerkt vu Cf / AFS gouf ëm 40,6% erhéicht am Verglach mat AFS. Mëttlerweil ass d'Energieabsorptiounskapazitéit vu Cf / AFS besser wéi déi vun AFS bei der selwechter Belaaschtung, wéi gewisen anAbb. 9(b). D'Energieabsorptiounskapazitéite vun AFS a Cf/AFS sinn ongeféier 3,3 MJ/m3 respektiv 6,1 MJ/m3. D'Energieabsorptiounskapazitéit vu Cf/AFS gëtt ëm 84,8% verbessert am Verglach zum AFS.

Fig. 9.Kompressive Stress-Zuchkurven an Energieabsorptiounskapazitéitskurven vu Cf / AFS an AFS: (a) Kompressive Stress-Zuchkurven; (b) Energieabsorptiounskapazitéitskurven.

D'Inkorporatioun vum Cf huet d'mechanesch Eegeschafte vum Schaumkär wesentlech verbessert. Et ass bekannt, datt d'mechanesch Eegeschafte vunAl Schaumsinn enk mat der Pore Struktur a Strut mechanesch Eegeschafte verbonnen. Makrostrukturell Analyse huet uginn datt d'Additioun vu Cf d'Poregréisst raffinéiert huet, d'Poreverdeelung verbessert an d'Porefehler reduzéiert huet. Ähnlech wéi d'Resultater vu Sasikumar et al. an Yangetal. klenge Poren Duerchmiesser a schmuel Pore Verdeelung si méi profitabel fir d'Kompressiounskraaft an d'Energieabsorptiounseffizienz ze verbesseren. Ausserdeem ass den Effekt vun der Mikrostruktur op d'mechanesch Eegeschafte vum Schaum haaptsächlech wéinst dem Cf, deen an de Poremaueren vum Schaum agebonnen ass. D'Diffusioun an d'Opléisung vun de Kupferbeschichtete vun de Kuelestofffasern an der Aluminiummatrix kënnen eng méi feste Grenzverbindung tëscht de Faseren an der Aluminiummatrix erreechen, wat zum Lasttransfer bäidréit. Déi héich Modulus Kuelestofffaser, déi an der Poremauer gehackt ass, kann d'Verformung vun der Pore Mauer ënner Kompressiounslaascht limitéieren an d'Laaschtkapazitéit verbesseren. All dës Faktoren favoriséieren Cf / AFS fir méi héich Ausbezuelkraaft an Energieabsorptiounskapazitéit am Verglach zu AFS z'erreechen.

4. Conclusiounen

D'Cf / AFS an AFS goufen duerch d'Verpackungsrollpulvermetallurgie Method an dëser Aarbecht virbereet. D'Schaumverhalen vu Cf/AFS an AFS gouf dynamesch observéiert duerch Synchrotronstralung op

ënnersicht den Afloss vun Cf op der Bubble nucleation a Wuesstem. Zousätzlech gouf Cf op der Pore Morphologie, Pore Verdeelung, a Kompressiounseigenschaften vun Aluminiumschaum grëndlech analyséiert. D'Haaptconclusiounen sinn wéi follegt:

(1) Synchrotron Stralung in situ Observatioune weisen datt béid Cf / AFS an AFS Schaumprozesser dräi verschidde Stadien weisen: Bubble Nukleatioun, Bubble Wuesstum a Fusioun, a Solidifikatioun.

Am Verglach zu AFS weist de Schaumprozess vu Cf / AFS méi héich Stabilitéit a Blasenuniformitéit. AFS ass méi ufälleg fir anormal grouss a grober Pore wärend dem Pore Evolutiounsprozess ze bilden. Zousätzlech gëtt d'Differenz zum heterogenen Nukleatiounseffekt vum Cf zougeschriwwen, wat d'Bubblewandbroch verhënnert an d'Koaleszenz reduzéiert wärend d'Nukleatiounsquote erhéijen.

(2) D'Zousätzlech vun 0,5 wt.% Cf verfeinert den gläichwäertege Poren Duerchmiesser vun 2,9 ± 0,2 mm op 1,9 ± 0,1 mm, däitlech reduzéiert grober Pore Mängel. Zur selwechter Zäit weist d'Mikrostruktur eng gutt Befeuchtbarkeet vu Cf op, déi laanscht d'Poremauer a Gasfest-Interface verdeelt ass, an doduerch d'Schaumstabilitéit verbessert.

(3) Am Verglach mat AFS ass d'Kompressiv Ausbezuelkraaft an d'Energieabsorptiounskapazitéit vum Cf / AFS ëm ongeféier 40,6% an 84,8% eropgaang. D'Resultater vun dëser Etude kënnen Iddien fir d'Verstäerkung vun Aluminiumschaum Sandwich Panels mat metallurgesche Bindungsinterfaces ubidden, déi d'Potenzial fir Ingenieursapplikatiounen am Beräich vun der Automobil- a Raumfaartindustrie hunn.

Artikel aus Journal vun Material Fuerschung an Technologie