Misde goýlan uglerod süýümi alýumin köpük sandwiç paneliniň adaty alýumin köpük sandwiç paneli bilen deňeşdirilende öndürijilik aýratynlyklary

Alýumin köpükli sendwiç(AFS) panellerde pes dykyzlyk, ýokary aýratyn güýç, amatly energiýa siňdiriş, nemlendiriji kuwwat we elektromagnit gorag ýaly gurluş we funksional aýratynlyklaryň utgaşmasy bar. Bu ajaýyp häsiýetler AFS-nyň howa giňişliginde, transportda we deňiz meýdanlarynda uly mümkinçiliklere eýe bolýar. Zordan metal köpükler bilen deňeşdirilende, AFS-iň daşky metal plitalary köpügi täsirli möhürläp we dartyş we egilmek güýji ýaly giňişleýin mehaniki häsiýetlerini gowulaşdyryp biler. Adatça, AFS epoksi rezin ýelimini ulanyp, alýumin köpügini gaty metal panellere dakmagy göz öňünde tutýan ýelimleýji baglanyşyk usuly bilen ýasaldy.

Heselimleýji baglanyşyk usuly strukturalaýyn nemlendirmegi netijeli güýçlendirýän hem bolsa, gaýtadan işlemekdäki kynçylyklary we ýokary temperaturaly ýa-da poslaýjy şertlerde delaminasiýa şowsuzlygyna sezewar bolmak bilen çäklendirmeler bilen bilelikde bolýar. Bu çäklendirmeleri çözmek üçin panel bilen ýadro gatlagynyň arasynda metallurgiýa baglanyşygyny gazanmak üçin giňişleýin gözleg işleri geçirildi.

Häzirki wagtda metallurgiýa baglanyşygyny gazanmaga gönükdirilen AFS üçin esasy taýýarlyk usullary, adatça, üç kategoriýa bölünýär: kebşirlemek, köpük eritmek we togalanýan tozan metallurgiýa usuly. Bu usullaryň arasynda, gaplaýyş tozy metalallurgiýa usuly gözenegiň gurluşyna gözegçilik etmek we pes temperaturaly köpük gazanmak üçin has ýokary hasaplanýar. Öňki işimiz, has giňeliş häsiýetleri we önümçilik goşundylary üçin öýjükli gurluşy bolan uly göwrümli AFS ýasamak üçin bu tehnologiýany ulandy.

Şeýle-de bolsa, köpük ýadrosynyň birneme pes gysyjy mehaniki häsiýetleri sebäpli AFS-iň mehaniki kuwwatynyň gowulaşmagy çäklidir, şonuň üçin köpük ýadrosynyň güýjüni hasam gowulaşdyrmak AFS üçin möhümdir.

Häzirki wagta çenli gysyş mehaniki häsiýetlerini gowulandyrmak üçin umumy usullar habar berildialýumin köpükaşakdakylar: ýerüsti bejermek, ýylylygy bejermek we bölejikleri, süýümleri, garyndy elementleri we ş.m. goşmak arkaly güýçlendirmek, olaryň arasynda pes dykyzlygy, ýokary elastik modul we uly tarapy bolan gysga uglerod süýümleri geljegi uly güýçlendiriji materiallar hökmünde giň ünsi özüne çekdi. Mundan başga-da, mis örtük ýa-da nikel örtük ýaly elektroplatirlemek ýa-da himiki örtük arkaly uglerod süýümleriniň ýerüsti metallaşdyrylmagy, alýumin eritmesindäki uglerod süýümleriniň çyglylygyny hasam gowulandyrýar we uglerod süýümleri bilen alýumin eremesiniň arasyndaky zyýanly interfeýs täsirlerden gaça durýar. Alýumin matrisa kompozitlerini güýçlendirmek üçin gysga uglerod süýümi indi giňden ulanylýar.

Bhaw Singhetal. mis bilen örtülen uglerod süýümleri guýma usuly bilen güýçlendirilen alýumin matrisa kompozitlerini taýýarlady. Muetal. iki rulonly guýma usuly bilen nikel bilen örtülen uglerod süýümleri bilen berkidilen alýumin matrisa kompozitleri. Netijeler uglerod süýümleriniň goşulmagy bilen kompozitleriň dartyş güýjünde ep-esli ösüşi görkezdi. Şeýle-de bolsa, çäklendirilen gözlegler geçirildialýumin köpük berkidildimis bilen örtülen uglerod süýümleri bilen. Caoetal. ilki bilen mis bilen örtülen uglerod süýümleri eredilen köpük usuly arkaly alýumin köpügini berkitdi. Netijeler, Cf-iň 0,35 vol% suwuk filmiň ýarylmagynyň öňüni alyp, alýumin köpügini durnuklaşdyryp biljekdigini we köpüge goşulan süýümleriň mukdary näçe durnuklydygyny görkezýär. Muetal. ereýän köpük usuly bilen taýýarlanan alýumin köpüginiň nemlendiriji häsiýetleriniň Cf goşulmagy bilen ep-esli gowulaşandygyny görkezdi.

Şoňa görä-de, Cf-iň goşulmagy köpük durnuklylygyny we mehaniki häsiýetlerini bir wagtyň özünde gowulandyrmak üçin täsirli strategiýa bolup biler diýen netijä gelmek mümkin.alýumin köpükler. Mundan başga-da, gözlegçileriň bu ugurda has çuňňur gözlegleri geçirmegine itergi berýän poroşok metallurgiýa usuly bilen taýýarlanan mis bilen örtülen uglerod süýümleri bilen güýçlendirilen alýumin köpükli sendwiç panelleri barada habar ýok.

Nukleasiýa mehanizmi we durnuklylygy boýunça köp sanly gözleg geçirildialýumin köpüklergüýçlendiriji fazalary goşmak bilen. Gözenek sanlarynyň we gözenek morfologiýasynyň tapawudy,

ululygy, paýlanyşy we görnüşi ýaly adatça nukleýasiýa mehanizmleri we durnuklylygy bilen baglanyşyklydyr. Poroşok metallurgiýa ulgamynda geterogen ýadro täsirleri we oksid toruny durnuklaşdyryş mehanizmleri doly öwrenildi. Bu kagyzda ulanylýan Al - Si - Mg - Cu-dan ybarat dört taraplaýyn garyndy poroşoklary, gaty giňeliş derejesini we pes köpükli temperaturany görkezdi, gaty temperatura 507 ◦C we suwuklyk temperaturasy 596 ◦C. Şeýle-de bolsa, esasanam garyndy düzümini öz içine alýan tozan kompaktlarynyň ýadro mehanizmi, durnuklylygy we gysyjy mehaniki aýratynlyklary barada gözleg ýetmezçiligi bar. Öňki işlerde köpük kesilmeginden soň çalt sowadylan nusgalaryň tomografiki seljermesini öz içine alýan nukleýasiýa we durnuklaşdyryş mehanizmleriniň gözlegleri, ilkinji nobatda in-situ däl usullar arkaly geçirildi. Gynansagam, submikron köpürjikli nukleýasiýa, deslapky ýyladyş wagtynda ýüze çykýar we 100 ms-den 1 s aralygyndaky wagt aralygynda çalt giňelýär we köplenç real wagt synlamak üçin kynçylyk döredýär. Döwrebap sinhrotron radiasiýa rentgen şekillendiriş usuly ýokary energiýa we spatiotemporal çözgüdi eýeleýär, ýokary temperaturada alýumin köpükleriniň ýadrosyny we ösüş prosesini hakyky wagtda synlamaga mümkinçilik berýär. Häzirki wagtda diňe çäkli gözlegçiler sinhrotron radiasiýasy arkaly Al - Si - Mg garyndy poroşokynyň köpük kinetikasyny öwrendiler. Mysal üçin, Garsiýa-Morenoetal. Suwuk alýumin köpükde nukleýasiýa we ulalmak, köpürjikleriň tertipleşdirilmegi, suwuklygyň yza çekilmegi, aglomerasiýa we filmiň ýarylmagy ýaly möhüm dinamiki hadysalar habar berildi. Kamm we başgalar. sinhrotron şöhlelenmesi bilen AlSi8Mg4 alýumin köpüginiň ýadro we ösüş prosesini öwrendi. Gözlegleri, metal poroşokyň üstündäki adsorbatlaryň dargamagy netijesinde emele gelen wodorodyň başga bir möhüm nukleýasiýa mehanizmini görkezýändigini görkezdi. Şeýle-de bolsa, deslapky komponentleriň özara täsiri çylşyrymly we köpük dinamikasy olaryň düzümine täsir edip biler. Al - Si - Cu - Mg poroşok ulgamy we goşmaça Cf bilen Al - Si - Cu - Mg poroşok ulgamy üçin, metal köpügiň başlangyjyna we ösmegine düşünmek we öwrenmek, köpügiň mundan beýläk gurluş taýdan ösmegi üçin möhümdir. programmalar üçin.

Bu işde, metallurgiýa interfeýs baglanyşygy bolan Cf / AFS we AFS gaplaýyş tozy metalallurgiýa usuly bilen taýýarlandy. Cf / AFS we AFS köpürjikleriniň ewolýusiýasy, köpürjikli ýadro, ösüş we birleşmek we durnuklylyk boýunça Cf mehanizmini ýüze çykarmak üçin sinhrotron şöhlelenmesi arkaly syn edildi. Mundan başga-da, Cf / AFS we AFS kamera peçinde 15 minut üçin 620 ◦C köpüklendi. Netijede, gözenek ululygynyň paýlanyşy, gözenek mikrostrukturasy we köpüklenen nusgalaryň gysyjy mehaniki häsiýetleri häsiýetlendirildi we synag edildi. Studiesokarda agzalan gözlegleriň esasynda Cf / AFS we AFS-iň gurluşy we gysyş güýji yzygiderli bahalandyryldy.

2. Materiallar we usullar

2.1. Çig mal

AFS we Cf / AFS taýýarlamak üçin alty çig mal ulanyldy: Al poroşok (ortaça ululygy: 45 μm, arassalygy> 99,70%), Si poroşok (ortaça ululygy: 38 μm, arassalygy> 99,50%), Cu tozy (ortaça ululygy: 38 μm, arassalygy> 99.90%), Mg tozy (ortaça ululygy: 75 μm, arassalygy> 99,70%), TiH2 tozy (ortaça ululygy: 45 μm, arassalygy> 99,70%), we mis bilen örtülen uglerod süýümi (ortaça ululygy: 1 ～ 2 mm, mis bilen örtülen galyňlygy: 1,4 μm).

2.2. Cf / AFS önümçiligi

Gaplaýyş togalanýan metallurgiýa usulynyň shemasy görkezilýär1-nji surat. Garyşyk etapynda Al, Si, Cu we Mg tozanlary degişlilikde 86 wt%, 6 wt%, 4 wt% we 4 wt% dörtlük garyndysy AlSi6Mg4Cu4 taýýarlandy. 1 wt% oksidlenen TiH2 tozy (howada 1,5 sagatda 470 ◦C-de ýylylyk bilen bejermek) ereýän temperaturada H2-ni çalt çykarýan serişde hökmünde goşuldy. Mundan başga-da, uglerod süýümleriniň 0,5 wt% güýçlendiriji faza hökmünde goşuldy. Aýratynam, çyglylygy ýokarlandyrmak we köpük wagtynda süýüm-alýumin eritme interfeýsinde Al4C3 ýaly zyýanly täsirleriň öňüni almak üçin uglerod süýümleri elektroplatirlemek arkaly mis bilen örtüldi. Elektroplatasiýa prosesi Refs-de beýan edildi.2-nji suratelektroless örtük prosesi bilen alnan mis bilen örtülen uglerod süýümlerini görkezýär. Örtük süýümiň üstüni birmeňzeş we üznüksiz örtýär(2-nji surat (a) - (b)). Netijede, bu işde ulanylýan dürli garyndy kompozisiýalary ýokarda agzalan tozanlary 3 ölçegli mikserde Cf bilen we 3 sagatlap gowy garyşdyrmak arkaly taýýarlandy. Birmeňzeş garylan poroşok möhürlenen boşlugyň içinde saklanýar, soň bolsa sowuk we gyzgyn togalanýar.

Sowuk togalanmak basgançagy boşluklaryň içindäki howany we bölejikleriň arasyndaky interstisial boşluklary birnäçe geçiş we ownuk depressiýa arkaly netijeli çykarýar. Gyzgyn togalanmak tapgyry, indiki köpük prosesini ýeňilleşdirýän paneliň we poroşokyň deformasiýasy arkaly deslapky dykyzlygyň 98% -den ýokary bolmagyny üpjün edýär. Dolandyryş prosesiniň jikme-jik parametrleri Ref. AFS we Cf / AFS köpükli prekursorlar ýokarda agzalan amal arkaly alynýar. Netijede, köpükli prekursorlaryň ikisi gözenegiň ululygyny derňemek, mikrostruktura häsiýetnamasy we gysyjy mehaniki häsiýet synaglary üçin ulanylýan Cf / AFS we AFS nusgalaryny ýasamak üçin 620 ◦C 15 minutda gyzdyryldy.

2.3. Häsiýetlendirmek we synag usullary

2.3.1. Mikrostruktura häsiýetnamasy

Cf / AFS we AFS-iň mikrostruktura morfologiýasy meýdan zyňyndylaryny skanerleýän elektron mikroskopiýa (SEM, Zeiss Ultra Plus) tarapyndan derňeldi. Köpükli nusgalaryň öýjük diwarlarynda dürli fazalaryň düzümini kesgitlemek üçin energiýa dispersiýa spektroskopiýasy (EDS) ulanyldy. Nusgalaryň uzyn bölekleri elektro-zarýad beriji maşyn (EDM, DK7745) ulanyp köpüklenen nusgalary kesmek arkaly alyndy. Ondan soň, nusgalaryň uzyn bölekleri boýag bilen örtüldi we degişlilikde 800 grit we 1500 grit çäge kagyzy bilen çägelendi we ýalpyldy. Netijede, ýalpyldawuk nusga kesişmesiniň ekwiwalent öýjük diametrleri (Dmean) şekil derňew programma üpjünçiligi, Image Pro Plus 6.0 ulanylyp kesgitlenildi.

1-nji surat.Gaplaýyş togalanýan metal metallurgiýa usulynyň shemasy.

2-nji surat.(A) mis bilen örtülen uglerod süýümleriniň SEM şekilleri we (b) (a) gyzyl kwadrat bilen bellenen sebitiň ulaldylan görnüşini görkezýär. Suratlar (c) we (d) A (b) nokadynyň EDS netijeleri.

3-nji surat.Sinhrotron radiasiýa synag synagynyň shemasy.

2.3.2. Sinhrotron radiasiýasy arkaly köpükli gözegçilikler

Sinhrotron radiasiýa synag synagynyň shemasy çyzylýar3-nji surat. Synaglar Pekiniň sinhrotron radiasiýa desgasynyň (BSRF, Pekin ýokary energiýa fizikasy instituty, Hytaý Ylymlar akademiýasy, Hytaý) 4W1A şöhlesinde geçirildi. Adaty siňdiriş-kontrast şekillendirişinden tapawutlylykda, bu kagyz Sinhrotron radiasiýa ýagtylyk çeşmesi bilen faza-kontrast şekillendirişini ulanýar. Bu çemeleşme, gowşak siňdirýän maddalary göz öňüne getirmek üçin netijesiz adaty siňdiriş şekillendirişiniň çäklendirmelerini çözýär. Nusgalaryň köpüklenmegi, rentgen şöhleleriniň ugruna perpendikulýar ýerleşýän 15 mm-den 15 mm inedördül penjire görkezilen, köpüklenen peçiň içinde ýerine ýetirildi. Nusganyň ululygy, 3-nji suratda görkezilişi ýaly, 15 mm × 15 mm × 2 mm. Nusga belli bir mukdarda keramiki örtüklerden ybarat köpükli galypda ýerleşdirildi. Köpüklemek prosesiniň dowamynda rentgen şöhleleri nusgadan geçip biler we zarýadly birikdirilen enjam (CCD) kamerasy bilen surata düşer. Saýlanan rentgen çeşmesi 20 Kew intensiwliginde işledi we köpük prosesine hemmetaraplaýyn gözegçilik etmek üçin iň ýokary görüş ululygy 7,4 mm × 7,4 mm ulanyldy.

Syn edilen nusgalaryň togalanýan ugra we tangensial ugra perpendikulýar görnüşde ýerleşendigini bellemelidiris. 0,5 wt% Cf bolan 0,5 wt% Cf bolan prekursorlaryň ikisi hem EDM ulanyp, nusgalaryň iki gapdalyndan gapdal panellerini aýyrdylar. Cf-iň alýumin köpüginiň köpükleme aýratynlyklaryna täsiri öwrenildi. Mundan başga-da, dürli kompozisiýaly prekursorlar öňünden kesgitlenen 620 ◦C temperaturada şol bir ýyladyş peçinde köpüklendi.

2.3.3. Gysyş mehaniki häsiýetleri synagy

Gysyş nusgalary EDM tarapyndan 23 mm beýikligi we diametri 20 mm bolan silindr görnüşli nusgalara bölünipdi we ululyk täsiriniň öňüni almak üçin azyndan 10 sany doly gözenegiň bolmagy üpjün edildi. Kwazi-statik gysyş synaglary, iň ýokary ýük göterijiligi 100 KN bolan AG-XPLUS elektron uniwersal material synag maşynyny ulanyp, ISO13314–2011 we GB / T31930–2015 ülňülerine laýyklykda geçirildi. Her topar üçin üç sany nusga synag edildi we bu kagyzdaky gysyjy stres-gysyş egrileri üç synag nusgasyndan alnan ortaça netijeleri görkezýär. Testshli synaglar, otag temperaturasynda 2 mm / min (kelläniň başlangyç dartyş tizligine laýyk) 2 mm / min hemişelik kelleli tizligini saklap, göçürme gözegçiligi astynda geçirildi.

4-nji surat.Cf / AFS köpüklemek prosesiniň wagtlaýyn ösen sinhrotron radiasiýa şekilleri: (a) 380 ◦C t0 pursatda atsyz prekursor; (b) - (c) deslapky ereýän mahaly elementar misiň we II görnüşli nukleýasiýanyň dargamagy; (d) - (g) birmeňzeş nukleýasiýa we köpürjikleriň ösüş prosesi; we (h) - (i) köpürjikleriň birleşmegi we ýarylmagy.

3. Netijeler we çekişme

3.1. Sinhrotron şöhlelenmesinde köpükli hereket

3.1.1. Cf / AFS köpük ewolýusiýasy

4-nji suratCf / AFS-iň köpüklenmegini görkezýän sinhrotron radiasiýa şekilleriniň bir toparyny görkezýär. Cf / AFS-iň asyl suratlary(4-nji surat (a))matrisa 380 ◦C derejesinde bolanda tutuldy we bu gezek t0 hökmünde bellendi. Öňünden gelýän beýleki komponentler bilen deňeşdirilende, Cf esasan çal alýumin baý matrisanyň içinde gara görünýär. Muny görkezilişi ýaly süýümiň üstündäki misiň köp bolmagy bilen baglanyşdyryp bolar2-nji surat (c) - (d), desganyň beýleki bölekleri bilen deňeşdirilende iň uly atom massasyna eýe. Mundan başga-da, Cf-leriň köpüsinde görkezilişi ýaly bir ýere jemlenmän, dargadylandygy we aýry-aýrydygy syn edilýär.4-nji surat (a). Bu, 0,5 wt% Cf goşulmagy bilen, 3 sagat garyş prosesi islenýän dispersiýa ýagdaýyna netijeli ýetip biljekdigini aňladýar.

T0 + 194-nji ýyllarda (görkezilişi ýaly)4-nji surat (b)) çal çal alýumin matrisasynda (gyzyl ok bilen bellenen) diametri 90 μm-dan 180 μm aralygyndaky ak, sferik köpürjikleri görüp bolýar. Görkezilişi ýaly köpürjikleriň sany 46 s içinde köpelmegini dowam etdirdi4-nji surat (c). Mundan başga-da, matrisada bolup geçýän başga bir üýtgeşiklik, Cu erginleriniň başlangyjy bilen (gyzyl nokat guty bilen bellenen) käbir ownuk köpürjikleriň Cf-iň üstünde emele gelmegidir. Bu hadysa, mis saklaýan poroşok kompaktyň içinde ýüze çykýan II görnüşli ýadro bilen baglanyşyklydyr. Cu goşulmagynyň erginleriň ereýän temperaturasyny ep-esli peseldýändigi giňden ykrar edilýär. Bu, ýyladyş döwründe mis poroşokyny öz içine alýan poroşok prekursoryndaky aýry-aýry poroşok bölejikleriniň lokal eremegine getirýär, aşaky temperaturalarda ep-esli Al - Si - Mg - Cu dört taraplaýyn ewtektiki ereýär. Dördünji ewtektiki eritme howzy, erginiň gowşak sebitine öwrülýär we ýadro görnüşine has ýykgyn edýär. Netijede, köpürjikler süýümiň üstündäki mis bilen örtülen ýerde köpelip, ösüp biler. Mundan başga-da, häzirki wagtda matrisadaky pes suwuk fraksiýa TiH2-iň dargamagyndan gazlaryň alýumin matrisasynda aňsatlyk bilen ýygnanmagyna sebäp bolýar. II görnüşli nukleýasiýa, pes suwuk fraksiýa matrisasyny bölmäge mejbur edýän we suwuklygyň üsti bilen çatryklary köpeldip, ýygnanan gazdan täsirli bolup biler, netijede wodorod mukdary ýitýär.

4-nji surat (d)köpürjikleriň ilkibaşda ýadrosyny görkezýär we matrisanyň düýbünden eremegi bilen Cf sebitinde ösýär we köpürjikli ýerler ýitip barýan mis örtükli gatlaga laýyk gelýär (gyzyl nokat guty bilen bellenilýär). Ikinji fazalaryň goşulmagy, birmeňzeş nukleýasiýa meýdançalarynyň sanyny köpeldýär we şeýlelik bilen garyndy eremesiniň içinde täze köpürjikleriň emele gelmegi üçin energiýa päsgelçiligini azaldýar. Şol bir wagtyň özünde, ýadro derejesi birligiň göwrümine birmeňzeş birmeňzeş ýadro meýdany bilen baglanyşyklydyr. Netijede, köpürjikleriň ilki uglerod süýümleriniň ýerleşýän ýerlerinde ýadro bolup, uglerod süýüminiň uzynlygy boýunça giňelýändigini synlamak bolýar. Ereýän fraksiýanyň hasam köpelmegi bilen köp sanly täze köpürjikler ýüze çykmagyny dowam etdirýär4-nji surat (e) –4 (g). Şeýle-de bolsa, köpürjikleriň ýokary birleşmegine we köpürjikleriň ýarylmagyna haýal bolup, köpürjikleriň ýokary durnuklylygyny görkezýär. T0 + 426s-da köpürjikleriň sany ep-esli artýar we

deslapky göwrüm uly giňelişi görkezýär(4-nji surat). Mundan başga-da, Ostwald ýetişmegi sebäpli ownuk köpürjikler has uly siňdirilýän köpürjik birleşmegiň (gyzyl ok bilen bellenen) ýüze çykmagy, metal köpükleriň ewolýusiýasy wagtynda gutulgysyz prosesdir [40]. Bu kämillik hadysasy az mukdarda uly we tertipsiz köpürjikleriň peýda bolmagyna getirýär (gyzyl ok bilen bellenýär)4-nji surat (i)).

5-nji surat.AFS-iň dürli etaplarda köpüklemek prosesiniň wagtlaýyn üýtgän şekilleri: (a) 380 ◦C t0 pursatda eremedik prekursor; (b) deslapky eriş wagtynda elementar misiň we II görnüşli nukleýasiýanyň dargamagy; (c) köpürjikleriň ýadrosy we ösüş prosesi; we (d) - (f) köpürjikleriň birleşmegi we ýarylmagy.

3.1.2. AFS-iň köpük ewolýusiýasy

5-nji suratda AFS-iň köpüklenmegini görkezýän sinhrotron radiasiýa şekilleri görkezilýär. Cf / AFS ýaly, sinhrotron radiasiýa yzygiderliligi üçin başlangyç surat AFS 380 ◦C derejesinde gaty fazada bolanda düşürildi (ser.5-nji surat (a)). Matrisa gatyus temperaturasyndan ýokary gyzdyrylanda ownuk ak köpürjikler görünýär5-nji surat (b) we (c), TiH2-iň dargamagy we Cu baý sebitde II görnüşli ýadro emele gelmegi netijesinde ýüze çykýar. Şeýle-de bolsa, döredilen köpürjikleriň sany we olaryň paýlanyş dykyzlygy5-nji surat (c)bilen deňeşdirilende ep-esli pesdir4-nji surat (c). Bu, Cf / AFS-iň ýadro döwründe irki gaz çykarylmagy üçin has köp kanal üpjün edýändigini, pes suwuk fraksiýa bilen alýumin matrisadaky çatryklaryň aşa köpelmeginiň öňüni alýar.

AFS ýadro meýdançalarynyň sanynyň az bolmagy we Cf / AFS bilen deňeşdirilende köpürjikli köpelmegiň ähtimallygy has ýokary bolup biler.5-nji surat (d) - (f). AFS köpürjikleriniň ewolýusiýasy tertipsizdir we ululyklary iki mikrometr ululykdaky köpürjikleriň we adaty bolmadyk millimetr ululykdaky köpürjikleriň (gyzyl ok bilen bellenen) bilelikde bolmagy sebäpli giň üýtgemeleri görkezýär. Mundan başga-da, irki nukleýasiýa prosesinde bu durnuksyzlyk we birmeňzeşlik, AFS bilen Cf / AFS arasyndaky iň soňky gözenek gurluşynda we mehaniki häsiýetlerinde düýpli tapawutlara sebäp bolup biler.

3.2. Makrostruktura derňewi

AFS bilen Cf / AFS arasyndaky makroskopiki gözenek morfologiýasynyň we gözenegiň diametriniň tapawudyny öwrenmek üçin, 620 ◦C köpükli temperaturada 15 minut üçin iki sany sendwiç gurluşy taýýarlandy. AFS we Cf / AFS-iň makrostrukturalary we öýjük ululygynyň paýlanyşy görkezilýär6-njy surat. Iki sandwiç gurluşynyň nusgalarynyň dik bölümlerini deňeşdirmek, Cf / AFS köpükleriniň has inçe öýjükleriniň we öýjükleriň ýarylmagy ýa-da birleşmegi ýaly az kemçilikleriniň bardygyny görkezýär (ser.6-njy surat (b)). Tersine, görkezilişi ýaly6-njy surat (a), AFS adaty bolmadyk uly gözenekleriň bolmagy bilen gözenegiň birmeňzeşligini görkezýär. Bu aralykda, AFS we Cf / AFS üçin ekwiwalent gözenegiň diametri degişlilikde 2,9 ± 0,2 mm we 1,9 ± 0,1 mm bolup, gözenegiň diametriniň Cf goşulmagy bilen hasam arassalanandygyny görkezýär (ser.6-njy surat (c) we (d)).

Gözenek gurluşynyň ewolýusiýasyna iki bäsdeşlik mehanizmi täsir edýär: TiH2-iň dargamagy we köpügiň birleşmegi we ýarylmagy. TiH2-iň dargamagy ýadrolaryň, gözenekleriň we giňeliş tizliginiň köpelmegine kömek edýär, köpürjikleriň birleşmegi we ýarylmagy gözenekleriň sanyny azaldar we gözenekleriň diametrini ýokarlandyrar. Köpürjikleriň birleşmegi we ýarylmagy hadysalarynyň azalmagy has gowy öýjük gurluşyny almaga kömek edýär. Şonuň üçin köpüküň ýokary durnuklylygy, köpüklemek döwründe gözenek gurluşynyň birmeňzeşligini saklamak üçin zerurdyr. Cf / AFS üçin Cf-iň goşulmagy, süýümleriň alýumin eremesi bilen çyglylygyny ep-esli ýokarlandyrýar. Ereýän köpük usuly bilen taýýarlanan Cf güýçlendirilen alýumin köpük [44] ýaly, Cf goşulmagy öýjük diwarynyň ýarylmagynyň öňüni almak we aglomerasiýany azaltmak arkaly alýumin köpügini durnuklaşdyrýar. Bu aralykda, Cf öýjük diwarynda arassa görnüşli gurluş döredip biler, bu bolsa bölüniş güýji döredýär we köpürjikleriň ýarylmagynyň öňüni alýar, şeýlelik bilen öýjük gurluşyny, köpük durnuklylygyny we gözenek paýlanyşynyň birmeňzeşligini ýokarlandyrýar.

3.3. Mikrostruktura häsiýetnamasy

7-nji surat (a)AFS bilen köpüklenenden soň öýjük diwarynyň mikrostrukturasyny görkezýär. AlSi6Cu4Mg4 garyndy köpükleri üçin habar berlişi ýaly, eutektiki Al - Si, Mg2Si, Al2Cu we Al5Cu2Mg8Si6, EDS derňewinde alnan netijelere laýyk gelýän garyndyda bar.7-nji surat (b). Bu döwük fazalar gözenek diwaryny gowşatmak ýa-da deformasiýa wagtynda çatryk çeşmesi hökmünde hereket etmek bilen alýumin köpüginiň mehaniki aýratynlyklaryny peseldýär. Şonuň üçin gözenek diwaryň mehaniki aýratynlyklaryny güýçlendirmek fazalaryny goşmak arkaly güýçlendirmek we täsirli strategiýa.

Cf / AFS üçin muny synlamak bolýar7-nji surat (c) we (d)Cf-iň öýjük diwarynyň içinde ýa-da öýjük diwarynyň gyrasynda paýlanýandygyny, Cf-iň alýumin eremesi bilen ajaýyp çyglylygynyň bardygyny görkezýär. Mundan başga-da, göze ilýär (serediň7-nji surat (d)süýümler bilen alýumin eremegiň arasyndaky interfeýsde çökgünli Al2Cu fazasynyň az mukdaryny emele getirýär. Bu hadysa süýümler bilen matrisanyň arasynda berk baglanyşyk gazanmaga kömek edýär. Bu diffuziýa reaksiýasynyň gidişini içgin synlamak bolýar4-nji surat (a) - (c). Çökgün fazanyň uglerod süýümlerini doly gurşap almaýandygyny we bu paýlanyşyň ýagdaýy we mukdary Cf / AFS üçin peýdalydygyny unutmaň. Lv we başgalaryň gözlegine esaslanyp, Cf güýçlendirilen alýumin matrisa kompozit materiallarynda, çökdürilen fazanyň degişli mukdary interfeýsara baglanyşyk güýjüne täsir edip we sazlap biljekdigi görkezildi.

6-njy surat.Wekil nusgasynyň dik bölümleri (a) AFS we (b) Cf / AFS. (A) we (b) gabat gelýän meýdanyň bölek böleklerine deň diametri degişlilikde (c) we (d) şekillendirilýär. (C) we (d) -lerdäki gaty üznüksiz çyzyk, adaty laýyklygy görkezýär. Regressiýa (R2) laýyklygyň gowylygyny görkezýär.

7-nji surat.SEM şekilleri (a) we (b) gabat gelýän mikrostrukturalary görkezýär6-njy surat(a) AFS we6-njy surat(b) Cf / AFS degişlilikde,7-nji surat(b) we (d) lokallaşdyrylan ulaltmalary görkezýär7-nji surat(a) we (c) degişlilikde.

3.4. Al - Si - Mg - Cu köpügini durnuklaşdyrýan mehanizm

Aboveokarda agzalan derňewiň esasynda Cf / AFS we AFS üçin köpük mehanizminiň shematiki görnüşi jemlenendir8-nji surat. Cf / AFS we AFS-iň nukleýasiýa tapgyrynda, köpürjikleriň ulalmagynda we birleşmeginde we görkezilişi ýaly ýuwaş-ýuwaşdan berkitme tapgyrynda düýpli tapawutlar.8-nji surat (a) we (b).

8-nji surat.Cf / AFS we AFS köpükli hereketiniň shemasy: (a) Cf / AFS; we (b) AFS.

AlSi6Cu4Mg4 garyndy köpükleriniň ýadro tapgyrynda köpürjikler, TiH2 bölejikleriniň ýerleşýän ýerinde ýadro däl-de, mis bölejiklerini gurşap alýan suwuk dört taraplaýyn ewtektikanyň içinde ýadro bolýar. Öňünden gelýän iň gowşak sebitdäki nukleýasiýa görnüşi (II görnüşli nukleasiýa), TiH2 bölünip çykýan gazlar üçin has köp gaçmak kanallaryny üpjün edýär, gazlaryň ýygnanmagynyň öňüni alýar we alýumin eritmesinde ýaryklaryň köpelmegine sebäp bolýar. Mis bilen örtülen uglerod süýümleriniň goşulmagy, H2 çykarmak üçin has köp kanal döredýär. Şeýle-de bolsa, bu döwürde alýumin eritmesiniň ýeterlik suwuk bölegi ýoklugy sebäpli, şeýle kiçijik köpürjikleriň ösmegini dowam etdirmek üçin H2 ýeterlik çeşmesiniň bolmagy kyn. Netijede, temperaturanyň ýokarlanmagy bilen bu kiçijik köpürjikler eremegiň içinde ýarylýar. Öňünden gelýän zat doly eredilende, TiH2-iň güýçli degidrojenasiýa reaksiýasyndan çykan H2, ýadro nokady esasynda çalt öser we öser. Cf köpürjikleriň döremegi üçin köp sanly birmeňzeş nukleasiýa meýdançalaryny üpjün edýär, bu bolsa ýadro derejesini ep-esli ýokarlandyrýar. Şol bir wagtyň özünde, Cf-iň bolmagy esasy köpürjikleriň aragatnaşygyny we birleşmegini netijeli saklaýar we anomal uly köpürjikleriň döremeginiň öňüni alýar.

Köpürjikleriň ulalmagy we birleşmegi döwründe Cf-iň goşulmagy köpük durnuklylygyny ep-esli ýokarlandyrýar. Munuň sebäbi, Cf we alýuminiý eremegiň gowy çyglylygy we süýümleri tor gurluşyny emele getirmek üçin iki gaz-suwuk interfeýsiň arasynda aňsatlyk bilen gabap bolýar.7-nji surat (c)). Suwuk film ýuka bolansoň, süýümler platonyň araçäginden sorulmagyna garşy durmak üçin aýralyk basyşyny döredip biler, şeýlelik bilen suwuk filmiň ýarylmagynyň öňüni alar. Şonuň üçin Cf / AFS köpük ewolýusiýasy wagtynda gözenek gurluşynyň birmeňzeşligini saklap bilýän has ýokary durnuklylyk bilen AFS bilen deňeşdirilende has köp köpük wagty gerek.

Slowuwaş-ýuwaş berkleşme döwründe Cf / AFS-de köpürjikler ösmeýär we süýümler öýjük diwaryna (gyzyl nokat guty bilen bellenýär) ýerleşdirilýär. Süýümleriň bu saklanmagy, Ostwald ýetişiginde görkezilişi ýaly, ownuk köpürjikleriň siňdirilmeginiň öňüni alýar we gatylaşma sebäpli öýjük diwarynyň ýarylmagyny saklaýar. Netijede, Cf / AFS AFS bilen deňeşdirilende has birmeňzeş gözenek gurluşyny we gözenek kemçiliklerini az görkezýär.

3.5. Mehaniki aýratynlyklary

Birmeňzeş gözenekli (degişlilikde 83,2% we 81,4%) Cf / AFS we AFS üçin gysyjy stres-gysyş egrileri görkezilýär9-njy surat (a). Gysyşly stres-dartyş egrisi çyzykly elastik sebiti, platon sebtini we dykyzlaşma sebitini öz içine alýan aýratyn ösümlik häsiýetini görkezýär. AFS we Cf / AFS-iň gysyjy hasyl güýji degişlilikde 8,44 MPa we 11,87 MPa boldy. Cf / AFS-iň gysyjy hasyl güýji AFS bilen deňeşdirilende 40,6% ýokarlandy. Bu aralykda, Cf / AFS-iň energiýa siňdiriş kuwwaty, görkezilişi ýaly şol bir ştammdaky AFS-den has gowudyr9-njy surat (b). AFS we Cf / AFS-iň energiýa siňdiriş kuwwaty degişlilikde takmynan 3,3 MJ / m3 we 6.1 MJ / m3. Cf / AFS-iň energiýa siňdiriş kuwwaty AFS bilen deňeşdirilende 84,8% ýokarlanýar.

9-njy surat.Cf / AFS we AFS-iň gysyjy stres-otly egrileri we energiýa siňdiriş kuwwaty egrileri: (a) gysyjy stres-otly egrileri; (b) energiýa siňdiriş kuwwatynyň egrileri.

Cf-iň goşulmagy köpük ýadrosynyň mehaniki aýratynlyklaryny ep-esli ýokarlandyrdy. Mehaniki häsiýetleriniň bellialýumin köpükgözenek gurluşy we strut mehaniki aýratynlyklary bilen ýakyndan baglanyşyklydyr. Makrostruktura seljermesi, Cf-iň goşulmagy gözenegiň ululygyny arassalady, gözenegiň paýlanyşyny gowulaşdyrdy we gözenek kemçiliklerini azaltdy. Sasikumar we başgalaryň tapyşlaryna meňzeýär. we etangetal. kiçijik gözenegiň diametri we dar gözenegiň paýlanyşy gysyjy güýji we energiýa siňdiriş netijeliligini ýokarlandyrmak üçin has peýdalydyr. Mundan başga-da, mikrostrukturanyň köpügiň mehaniki aýratynlyklaryna täsiri esasan köpügiň gözenek diwarlaryna ýerleşdirilen Cf bilen baglanyşyklydyr. Alýumin matrisasyndaky uglerod süýümleriniň mis bilen örtülen we ýaýramagy süýümler bilen alýumin matrisasynyň arasynda has berk interfeýs baglanyşygyny gazanyp biler, bu bolsa ýüküň geçirilmegine goşant goşýar. Gözenek diwaryna berkidilen ýokary modully uglerod süýümi gysyş ýüküniň aşagyndaky gözenek diwarynyň deformasiýasyny çäklendirip we ýük göterijilik ukybyny ýokarlandyryp biler. Bu faktorlaryň hemmesi, AFS bilen deňeşdirilende has ýokary öndürijilik güýjüni we energiýa siňdiriş kuwwatyny gazanmak üçin Cf / AFS-ny goldaýar.

4. Netijeler

Cf / AFS we AFS bu işde gaplaýyş tozy metalallurgiýa usuly bilen taýýarlandy. Cf / AFS we AFS-iň köpükli hereketi sinhrotron şöhlelenmesi arkaly dinamiki ýagdaýda syn edildi

Cf-iň köpürjik ýadrosyna we ösüşine täsirini öwreniň. Mundan başga-da, gözenek morfologiýasy, gözenegiň paýlanyşy we alýumin köpükleriniň gysyş aýratynlyklary boýunça Cf düýpli seljerildi. Esasy netijeler:

1

AFS bilen deňeşdirilende, Cf / AFS köpüklemek prosesi has ýokary durnuklylygy we köpürjik birmeňzeşligini görkezýär. AFS gözenegiň ewolýusiýasy döwründe adaty bolmadyk uly we gödek gözenekleri emele getirýär. Mundan başga-da, deňsizlik, köpürjik diwaryň ýarylmagynyň öňüni alýan we ýadro derejesini ýokarlandyrýan mahaly birleşmegi peseldýän Cf-iň birmeňzeş nukleasiýa täsiri bilen baglanyşyklydyr.

(2) 0,5 wt.% Cf goşulmagy gözenegiň diametrini 2,9 ± 0,2 mm-den 1,9 ± 0,1 mm arassalaýar we gödek gözenek kemçiliklerini ep-esli azaldýar. Şol bir wagtyň özünde, mikrostruktura gözenek diwary we gaz gaty interfeýsi boýunça paýlanýan Cf-iň oňat çyglylygyny ýüze çykarýar we şeýlelik bilen köpük durnuklylygyny ýokarlandyrýar.

(3) AFS bilen deňeşdirilende, Cf / AFS-iň gysyjy hasyl güýji we energiýa siňdiriş kuwwaty degişlilikde takmynan 40,6% we 84,8% ýokarlandy. Bu gözlegiň netijeleri, awtoulag we howa giňişliginde in engineeringenerçilik goşundylary üçin potensialy bolan metallurgiýa baglanyşyk interfeýsleri bilen alýumin köpükli sendwiç panellerini güýçlendirmek üçin pikirler berip biler.

Materiallar gözleg we tehnologiýa Journalurnalynyň makalasy