Koper-deponearre koalstoffaser aluminium foam sandwich paniel prestaasjes eigenskippen yn ferliking mei konvinsjonele aluminium foam sandwich paniel

Aluminium foam sandwich(AFS) panielen hawwe in kombinaasje fan strukturele en funksjonele skaaimerken lykas lege tichtheid, hege spesifike sterkte, geunstige enerzjy absorption, damping kapasiteit, en elektromagnetyske shielding. Dizze treflike eigenskippen meitsje dat AFS in grut potensjeel hat yn loftfeart, ferfier en marinefjilden. Yn ferliking mei amper metalen skuimen kinne de bûtenste metalen platen fan AFS it skom effektyf fersegelje en syn wiidweidige meganyske eigenskippen ferbetterje, lykas trek- en bûgsterkte. Yn 't algemien waard de AFS makke troch adhesive bonding-metoade, wat omfettet it hechtjen fan it aluminiumfoam oan fêste metalen panielen mei epoksyhars-lijm.

Hoewol't de adhesive bonding metoade effektyf fersterket strukturele damping, it wurdt begelaat troch beheinings, ynklusyf útdagings yn recycling en gefoelichheid foar delamination falen ûnder hege-temperatuer of corrosive omstannichheden. Om dizze beheiningen oan te pakken, binne wiidweidige ûndersyksynspanningen wijd oan it realisearjen fan metallurgyske bân tusken it paniel en de kearnlaach.

Op it stuit wurde de oerhearskjende tariedingsmetoaden foar AFS rjochte op it realisearjen fan metallurgyske bonding oer it generaal yndield yn trije kategoryen: welding, melt skomjen, en packing rolling poeder metallurgy metoade. Under dizze metoaden wurdt de metoade foar ferpakking fan rôljende poedermetallurgy beskôge as superieur foar it kontrolearjen fan poarstruktuer en it berikken fan skom by lege temperatuer. Us earder wurk brûkte dizze technology om AFS fan grutte grutte te meitsjen mei bettere útwreidingseigenskippen en sellulêre struktuer foar yndustriële tapassingen.

Troch de relatyf lege kompressive meganyske eigenskippen fan 'e foamkearn is de ferbettering fan' e meganyske sterkte fan 'e AFS lykwols beheind, sadat fierdere ferbettering fan' e sterkte fan 'e foamkearn krúsjaal is foar de AFS.

Oant no ta, de mienskiplike metoaden rapportearre te ferbetterjen de compressive meganyske eigenskippen fanaluminium foambinne as folget: oerflak behanneling, waarmte behanneling, en fersterking troch it tafoegjen fan dieltsjes, fezels, alloying eleminten, ensfh Under harren, koarte koalstof fezels mei lege tichtheid, hege elastic modulus, en grutte aspekt ratio hawwe luts breed omtinken as belofte fersterkjen materialen. Boppedat, oerflak metallization fan koalstof fezels, troch electroplating of gemyske plating lykas koper plating of nikkel plating, fierder ferbetteret de wettability fan de koalstof fezels yn 'e aluminium melt en foarkomt skealike ynterface reaksjes tusken de koalstof fezels en de aluminium melt. Koarte koalstoffaser wurdt no in protte brûkt om aluminiummatrixkompositen te fersterkjen.

Bhav Singhetal. taret koper-coated koalstof fezels fersterke aluminium matrix composites troch stir casting metoade. Muetal. fabrisearre aluminium matrix composites fersterke mei nikkel-coated koalstof fezels mei help fan de twa-roll casting metoade. De resultaten toande in signifikante ferbettering yn 'e treksterkte fan' e kompositen mei de tafoeging fan koalstoffezels. D'r is lykwols beheind ûndersyk dien oeraluminium foam fersterkemei koper-coated koalstof fezels. Caoetal. earst taret koper-coated koalstof fezels fersterke aluminium foam troch de melt foaming metoade. De resultaten litte sjen dat 0,35 vol% fan Cf it aluminiumfoam stabilisearje kin troch it foarkommen fan floeibere filmbreuk, en hoe mear it oantal fezels tafoege oan it skom stabiler is. Muetal. die bliken dat de dempingseigenskippen fan aluminiumfoam, taret troch de melt-skuimmetoade, signifikant ferbettere waarden mei de tafoeging fan Cf.

Dêrtroch kin konkludearre wurde dat de tafoeging fan Cf in effektive strategy kin wêze om tagelyk de skomstabiliteit en meganyske eigenskippen fan te ferbetterjen.aluminium foams. Fierder binne d'r gjin rapporten west oer koper-plated koalstoffezels fersterke sandwichpanels fan aluminiumfoam, taret fia de poedermetallurgymetoade, dy't ûndersikers motivearret om mear yngeande stúdzjes op dit fjild út te fieren.

Tal fan ûndersiken binne útfierd oer de nucleation meganisme en stabiliteit fanaluminium foamsmei tafoeging fan fersterkende fazen. De ferskillen yn poarnûmer en poremorfology,

lykas grutte, ferdieling en foarm, wurde meastentiids taskreaun oan nukleaasjemeganismen en stabiliteit. Heterogene nucleation effekten en okside netwurk stabilisaasje meganismen yn poeder metallurgy systeem is útputtend ûndersocht. Quaternary alloy poeders besteande út Al-Si-Mg-Cu brûkt yn dit papier hawwe eksposearre útsûnderlike útwreiding tariven en lege foaming temperatueren, mei in solidus temperatuer fan 507 ◦C en in liquidus temperatuer fan 596 ◦C. Dochs is d'r in tekoart oan ûndersyk oangeande it nukleaasjemeganisme, stabiliteit en kompresjemeganyske eigenskippen fan poederkompakten dy't dizze bepaalde alloy-komposysje befetsje, benammen by it opnimmen fan Cf. Yn eardere wurken waarden ûndersiken fan nukleaasje- en stabilisaasjemeganismen primêr útfierd fia net-in situ-metoaden, wêrby't de tomografyske analyze fan samples dy't rap waarden koele nei skomjende ûnderbrekking. Spitigernôch komt submicron bubble nucleation foaral foar by foarrinner ferwaarming en wreidet rap út binnen tiid yntervallen spanning fan 100 ms oant 1 s, faak presintearje útdagings foar real-time observaasje. De moderne synchrotron strieling X-ray imaging technyk hat hege enerzjy en spatiotemporal resolúsje, wêrtroch real-time, in situ observaasje fan it nucleation en groei proses fan aluminium skuim by ferhege temperatueren. Op it stuit hawwe allinich beheinde ûndersikers de skomjende kinetika fan Al-Si-Mg-legerpoeder ûndersocht troch synchrotronstrieling. Bygelyks, García-Morenoetal. rapportearre wichtige dynamyske ferskynsels yn floeibere aluminium foam, ynklusyf nucleation en groei, bubble rearrangement, floeibere retraction, agglomeraasje, en film rupture. Kamm et al. studearre de nucleation en groei proses fan AlSi8Mg4 aluminium foam troch synchrotron strieling. Harren befiningen jouwe oan dat wetterstof generearre troch de ûntbining fan adsorbaten op it oerflak fan 'e metalen poeder in oare wichtige nukleaasjemeganisme fertsjintwurdiget. Dochs is de ynteraksje tusken foarrinnerkomponinten yngewikkeld, en de dynamyk fan skomjen kin wurde beynfloede troch har komposysje. Foar sawol it Al-Si-Cu-Mg-poedersysteem as it Al-Si-Cu-Mg-poedersysteem mei tafoege Cf, is it begripen en ferkennen fan 'e inisjatyf en groei fan metalen skom krúsjaal foar de fierdere strukturele ûntwikkeling fan it skom om eigenskippen te ferbetterjen foar applikaasjes.

Yn dit wurk waarden Cf / AFS en AFS mei metallurgyske ynterfasiale bonding taret troch de metoade foar ferpakking fan rôljende poedermetallurgy. De evolúsje fan bubbels fan Cf / AFS en AFS waard yn situ waarnommen troch synchrotronstrieling om it meganisme fan Cf te ûntdekken op bubble nucleation, groei en fúzje, en stabiliteit. Dêrnjonken waarden Cf / AFS en AFS op 620 ◦C foar 15 min yn in keamerofen foam. Dêrnei waarden de ferdieling fan 'e poregrutte, de mikrostruktuer fan' e poriën, en kompresje meganyske eigenskippen fan 'e skuimde samples karakterisearre en hifke. Op grûn fan de earder neamde stúdzjes waarden de struktuer en kompresjesterkte fan Cf/AFS en AFS systematysk evaluearre.

2. Materialen en metoaden

2.1. Grûnstoffen

Seis grûnstoffen waarden brûkt foar it tarieden fan de AFS en Cf / AFS: Al poeder (gemiddelde grutte: 45 μm, suverens> 99.70%), Si poeder (gemiddelde grutte: 38 μm, suverens> 99.50%), Cu poeder (gemiddelde grutte: 38 μm, suverens >99.90%), Mg poeder (gemiddelde grutte: 75 μm, suverens>99.70%), TiH2-poeder (gemiddelde grutte: 45 μm, suverens>99.70%), en koper-coated koalstoffaser (gemiddelde grutte: 1~2 mm, dikte fan koper-coated: 1.4 μm).

2.2. Fabrikaasje fan Cf / AFS

It skema fan 'e metoade foar ferpakking fan rollende poedermetallurgy wurdt yllustrearre ynFig. 1. Tidens it mingen poadium, de quaternary alloy AlSi6Mg4Cu4 poeder waard taret, mei poeders fan Al, Si, Cu, en Mg yn ferhâldings fan 86 wt%, 6 wt%, 4 wt%, en 4 wt%, respektivelik. 1 wt% oksidearre TiH2-poeder (waarmtebehandeling yn loft foar 1.5 h by 470 ◦C) waard tafoege as blaasmiddel dy't H2 fluch frijlitte by de smelttemperatuer dy't de melt útwreidet. Derneist waarden 0,5 wt% fan koalstoffezels opnommen as fersterkende fazen. Opmerklik, om wietberens te ferbetterjen en skealike reaksjes lykas Al4C3 te foarkommen by de glêstried-aluminium smeltynterface tidens skomjen, waarden koalstoffezels mei koper bedekt fia elektroplating. It electroplating proses waard beskreaun yn Refs.Fig. 2toant de koper-coated koalstof fezels krigen troch de electroless plating proses. De coating hat unifoarm en trochgeande dekking fan it fiber oerflak(Fig. 2(a)–(b)). Ferfolgens waarden de ferskate alloy-komposysjes brûkt yn dizze stúdzje taret troch it yngeand mingen fan boppeneamde poeders mei en sûnder Cf yn in trijediminsjonale mixer foar 3 h. It unifoarm mingde poeder wurdt ynkapsele yn in fersegele holte, folge troch kâlde en hjitte rôljende prosedueres.

De kâlde rôljende poadium evakuearret effektyf lucht út 'e holtes en de ynterstitiale romten tusken de dieltsjes troch in searje meardere passes en lytse depresjes. It heule rôljende poadium soarget derfoar dat de foarrinner in relative tichtens berikt fan mear as 98% troch de ko-deformaasje fan it paniel en poeder, wat it folgjende skomjende proses fasilitearret. Detaillearre rolling proses parameters wurde beskreaun yn Refs. AFS en Cf / AFS skuimbere foargongers wurde krigen fia it earder neamde proses. Uteinlik waarden beide foambere foarrinners op 620 ◦C foar 15 min ferwaarme om Cf / AFS- en AFS-eksimplaren te meitsjen, dy't waarden brûkt foar analyse fan poregrutte, mikrostrukturele karakterisearring, en testen foar kompresje meganyske eigenskippen.

2.3. Karakterisaasje en testmetoaden

2.3.1. Mikrostrukturele karakterisaasje

De mikrostruktuer morfology fan de Cf / AFS en AFS waarden ûndersocht troch fjild emissie scanning elektronenmikroskopy (SEM, Zeiss Ultra Plus). Enerzjy dispersive spektroskopy (EDS) waard brûkt om de gearstalling fan ferskate fazen yn 'e selwanden fan' e skuimde samples te identifisearjen. Longitudinale seksjes fan 'e samples waarden krigen troch de skuimde eksimplaren te snijen mei de elektro-ûntladingsmasine (EDM, DK7745). Hjirnei waarden de longitudinale seksjes fan 'e eksimplaren bedekt mei ferve en dan skuorre en gepolijst mei respektivelik 800-grit en 1500-grit-skuorpapier. Uteinlik waarden de lykweardige seldiameters (Dmean) fan 'e gepolijst eksimplaar-dwarssneed bepaald mei ôfbyldingsanalysesoftware, Image Pro Plus 6.0.

Fig. 1.Skematyk fan 'e metoade foar ferpakking fan rollende poedermetallurgy.

Fig. 2.SEM bylden fan de (a) koper-coated koalstof fezels, en (b) toant in fergrutte werjefte fan de regio markearre troch in reade fjouwerkant yn (a). Ofbyldings (c) en (d) binne de EDS-resultaten fan it punt A yn (b).

Fig. 3.Skematyske diagram fan 'e opset fan synchrotronstralingseksperiminten.

2.3.2. In-situ skomjende observaasjes troch synchrotronstrieling

It skematyske diagram fan 'e opset fan synchrotronstralingseksperiminten is sketst ynFig. 3. De eksperiminten waarden útfierd by beamline 4W1A fan 'e Beijing Synchrotron Radiation Facility (BSRF, Beijing Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences, Sina). Oars as konvinsjonele absorption-kontrast-ôfbylding, brûkt dit papier faze-kontrastôfbylding mei de Synchrotron Radiation Light Source. Dizze oanpak behannelet de beheiningen fan tradisjonele absorption-ôfbylding, dy't net effektyf is foar it visualisearjen fan swak absorbearjende stoffen. It skomjende proses fan 'e eksimplaren waard útfierd yn in op maat ûntworpen skuimofen, mei in fjouwerkant finster fan 15 mm by 15 mm loodrecht op 'e rjochting fan 'e röntgenstraal. De samplegrutte, lykas ôfbylde yn Fig. 3, mjit 15 mm × 15 mm × 2 mm. It stekproef wurdt pleatst yn in skomjende mal besteande út in bepaald oantal keramyske platen. Troch it skomjende proses kinne röntgenstralen troch it stekproef passe en wurde fêstlein troch in lading-keppele apparaat (CCD) kamera. De keazen röntgenboarne operearre mei in yntinsiteit fan 20 Kev, en in maksimale werjeftegrutte fan 7.4 mm × 7.4 mm waard brûkt om wiidweidige observaasje fan it hiele skomjende proses mooglik te meitsjen.

It is de muoite wurdich op te merken dat de waarnommen samples waarden pleatst op in manier loodrecht op sawol de rôljende rjochting en de tangentiale rjochting. Sawol de foarrinners dy't 0.5 wt% Cf befetsje en dy sûnder 0.5 wt% Cf hiene har sydpanels fan beide kanten fan 'e samples fuortsmiten mei EDM. It effekt fan Cf op de skomjende eigenskippen fan aluminiumfoam waard ûndersocht. Fierders waarden de foarrinners mei ferskate komposysjes yn deselde ferwaarmingsofen op in foarôf ynstelde temperatuer fan 620 ◦C skom.

2.3.3. Kompresje meganyske eigenskippen test

De kompresje-eksimplaren waarden troch EDM yn silindryske eksimplaren ôfsnien mei in hichte fan 23 mm en in diameter fan 20 mm, en elke rjochting waard soarge om op syn minst 10 folsleine poaren op te nimmen om grutte-effekt te foarkommen. Kwasi-statyske kompresjetests waarden útfierd neffens de noarmen ISO13314–2011 en GB/T31930–2015, mei in AG-XPLUS elektron universele materiaaltestmasine mei in maksimale loadkapasiteit fan 100 KN. Trije samples waarden hifke foar elke groep, en de kompresje-stress-strain-kurven yn dit papier fertsjintwurdigje de gemiddelde resultaten krigen fan 'e trije hifke samples. Alle tests waarden útfierd ûnder ferpleatsingskontrôle, behâld fan in konstante krúskopsnelheid fan 2 mm / min (oerienkommende mei in inisjele strain fan 10- 3 s- 1) by keamertemperatuer.

Fig. 4.Tiid-evolúsje synchrotron strieling bylden fan Cf / AFS foaming proses: (a) unfoamed foarrinner op t0 momint fan 380 ◦C; (b) - (c) ûntbining fan elemintêr koper en type II nukleaasje by it smelten fan foarrinners; (d) - (g) heterogene nukleaasje en groeiprosessen fan bubbels; en (h) - (i) bubbels fusearje en brekke.

3. Resultaten en diskusje

3.1. In situ foaming gedrach ûnder synchrotron strieling

3.1.1. Foam evolúsje fan Cf/AFS

Fig. 4toant in rige fan synchrotron strieling bylden ôfbyldzjen fan it skomjende proses fan de Cf / AFS. De orizjinele bylden fan de Cf/AFS(Fig. 4 (a))waarden finzen doe't de matrix yn 'e fêste steat wie op 380 ◦C, en dizze kear waard ynsteld as t0. Yn ferliking mei de oare komponinten yn 'e foarrinner, ferskynt Cf swart binnen de foaral grize aluminium-rike matrix. Dit kin wurde taskreaun oan 'e hege koper ynhâld op' e fiber oerflak, lykas werjûn ynFig. 2(c)–(d), dy't de grutste relative atoommassa hat yn ferliking mei de oare komponinten fan 'e foarrinner. Boppedat wurdt waarnommen dat de mearderheid fan Cf ferspraat en apart is, yn stee fan byinoar klustere, lykas útstald ynFig. 4(a). Dit ymplisearret dat mei in 0,5 wt% tafoeging fan Cf, in 3 h roerproses effektyf de winske steat fan dispersion kin berikke.

By t0+194s (lykas sjoen ynFig. 4(b)), in oansjenlik oantal wite, hast sfearyske bubbels mei diameters fan 90 μm oant 180 μm kinne wurde waarnommen yn 'e grize aluminium matrix (markearre mei de reade pylk). It oantal bubbels bleau binnen 46 s tanimme, lykas werjûn ynFig. 4(c). Dêrnjonken is in oare opmerklike feroaring dy't plakfynt yn 'e matrix dat guon lytse bubbels oanstriid om te foarmjen op it oerflak fan Cf mei it inisjearjen fan Cu-oplossingen (markearre mei it reade stippelkast). Dit ferskynsel wurdt nei alle gedachten taskreaun oan type II nucleation plakfine binnen de koper-befette poeder kompakt. It wurdt breed erkend dat de tafoeging fan Cu de smelttemperatuer fan alloys signifikant ferminderet. Dit resulteart yn pleatslik smelten om yndividuele poederpartikels yn 'e poederfoarrinner dy't koperpoeder befettet tidens it ferwaarmingsproses, it generearjen fan in substansjele hoemannichte Al-Si-Mg-Cu quaternaire eutektyske melt by legere temperatueren. De quaternaire eutektyske meltpool hat de neiging om in swakke regio te wêzen yn 'e alloy en is mear gefoelich foar nukleaasje. As gefolch, bubbels binne mear kâns te nucleate en groeie tichtby de koper-coated op it glêstried oerflak. Fierder soarget de lege floeibere fraksje yn 'e matrix op dit stuit dat gassen út 'e ûntbining fan TiH2 maklik yn 'e aluminiummatrix sammelje. Type II nucleation kin effektyf mije de opboude gas twingt de lege floeibere fraksje matrix útinoar en propagating cracks troch de floeistof, resultearret yn swier ferlies fan it bedrach fan wetterstof.

Fig. 4(d)toant de bubbels ynearsten nucleate en groeie op 'e regio fan' e Cf as de matrix hielendal smelt, en de bubble lokaasjes oerien mei de ferdwinende koper-coated laach (markearre mei de reade stippele doaze). It is goed fêststeld dat de tafoeging fan sekundêre fazen it oantal heterogene nukleaasjeplakken fergruttet, en dêrmei de enerzjybarriêre foar de foarming fan nije bubbels binnen de alloy-melt ferminderje. Ûnderwilens is nucleation rate relatearre oan it totale heterogene nucleation gebiet per ienheid folume. Dêrtroch kin it wurde waarnommen dat de bubbels yn earste ynstânsje nukleearje op 'e plakken wêr't koalstoffezels lizze en útwreidzje oer de lingte fan' e koalstoffaser. Mei in fierdere ferheging fan 'e smeltfraksje bliuwe in protte nije bubbels út kommeFig. 4(e)–4(g). It taryf fan pleatslike fúzje en breuk fan 'e bubbels is lykwols stadich, wat oanjout dat de bubbels in hege stabiliteit hawwe. By t0 + 426s nimt it oantal bubbels gâns ta, en

de foarrinner folume eksposearret grutte útwreiding(ôfb. 4(h)). Fierder is it foarkommen fan guon bubbels gearfoegjen (markearre mei de reade pylk), dêr't lytse bubbels wurde opnomd troch gruttere fanwege Ostwald maturation, in ûnûntkomber proses tidens de evolúsje fan metalen skuim [40]. Dit ferskynsel fan rypjen resulteart ek yn it ferskinen fan in lyts oantal grutte en ûnregelmjittige bubbels (markearre mei de reade pylk ynFig. 4(i)).

Fig. 5.Tiid ûntwikkele bylden fan it skomjende proses fan AFS yn ferskate stadia: (a) unmelted foarrinner op t0 momint fan 380 ◦C; (b) ûntbining fan elemintêr koper en type II nukleaasje by it smelten fan foarrinners; (c) nucleation en groei prosessen fan bubbels; en (d) - (f) bubbels fusearje en brekke.

3.1.2. Foam evolúsje fan AFS

Fig. Fergelykber mei Cf/AFS waard it earste byld foar de synchrotronbestralingssekwinsje fêstlein doe't AFS yn 'e fêste faze wie by 380 ◦C (sjochFig. 5(a)). As de matrix wurdt ferwaarme boppe de solidus temperatuer, lytse wite bubbels wurde sichtber ynFig. 5(b) en (c), as gefolch fan de ûntbining fan TiH2 en it foarkommen fan type II nucleation yn de Cu-rike regio. Lykwols, it oantal bubbels oanmakke en harren ferdieling tichtens ynFig. 5(c)is opmerklik leger yn ferliking meiFig. 4(c). Dit suggerearret dat Cf / AFS mear kanalen leveret foar iere gas frijlitting tidens nukleaasje, foarkomt de oermjittige formaasje fan skuorren yn aluminiummatrix mei lege floeibere fraksje.

In minder oantal AFS-kearnplakken en in hegere kâns op abnormale bubbelgroei yn ferliking mei Cf/AFS kinne wurde waarnommen útFig. 5(d)–(f). De evolúsje fan AFS bubbels is ûnregelmjittich, en harren maten fertoane brede fluktuaasjes troch it gearwurkjen fan sawol mikrometer grutte bubbels en abnormaal millimeter grutte grutte bubbels (markearre mei de reade pylk). Boppedat kin dizze instabiliteit en inhomogeniteit tidens it iere nukleaasjeproses liede ta signifikante ferskillen yn 'e definitive poarstruktuer en meganyske eigenskippen tusken AFS en Cf / AFS.

3.2. Makrostruktuer analyze

Om de ferskillen yn makroskopyske poremorfology en poardiameter tusken AFS en Cf / AFS te ûndersiikjen, waarden twa sandwichstruktueren taret ûnder laboratoariumbetingsten op in skomjende temperatuer fan 620 ◦C foar 15 min. De makrostruktueren en selgrutte ferdieling fan AFS en Cf / AFS wurde werjûn ynFig. 6. De fergeliking fan fertikale seksjes fan 'e twa samples fan sandwichstrukturen docht bliken dat de Cf/AFS-skuimen fynere sellen hawwe en minder defekten lykas brekken of gearfoegjen fan sellen (sjochFig. 6 (b)). Krektoarsom, lykas werjûn ynFig. 6(a), de AFS eksposearret minne poarhomogeniteit mei de oanwêzigens fan guon abnormaal grutte poaren. Underwilens wie de lykweardige poardiameter foar AFS en Cf/AFS respektivelik 2,9 ± 0,2 mm en 1,9 ± 0,1 mm, wat suggerearret dat de poardiameter fierder ferfine troch de tafoeging fan Cf (sjochFig. 6(c) en (d)).

De evolúsje fan 'e poarstruktuer wurdt beynfloede troch twa kompetitive meganismen: de ûntbining fan TiH2 en it fusearjen en brekken fan it skom. De ûntbining fan TiH2 draacht by oan de tanimming fan it oantal nucleation, porosity, en útwreiding taryf, wylst de gearfoeging en rupture fan bubbels ferminderet it oantal poaren en fergruttet de diameter fan de poaren. De reduksje fan bubble gearfoegjen en rupture eveneminten draacht by oan it krijen fan in bettere sellulêre struktuer. Hjirtroch is de hege stabiliteit fan it skom nedich om de homogeniteit fan 'e poarstruktuer te behâlden tidens it skomjende proses. Foar Cf / AFS ferbetteret de tafoeging fan Cf de wietberens fan 'e fezels mei de aluminiumsmelt sterk. Fergelykber mei it rapportearre Cf fersterke aluminium foam [44] taret troch de melt foaming metoade, de tafoeging fan Cf stabilizes it aluminium foam troch it foarkommen fan sel muorre rupture en ferminderjen agglomeraasje. Underwilens kin Cf in net-like struktuer yn 'e selmuorre meitsje, dy't in skiedingskrêft generearret en it brekken fan bubbels foarkomt, sadat de selstruktuer, skomstabiliteit en unifoarmens fan' e poarferdieling ferbetterje.

3.3. Mikrostrukturele karakterisaasje

Fig. 7(a)toant de mikrostruktuer fan 'e selwand nei skomjen mei AFS. Lykas rapportearre foar AlSi6Cu4Mg4 alloy foams, eutektysk Al-Si, Mg2Si, Al2Cu, en Al5Cu2Mg8Si6, binne oanwêzich yn 'e alloy, dat is yn oerienstimming mei de befinings krigen út EDS analyze ynFig. 7(b). Dizze brosse fazen ferminderje de meganyske eigenskippen fan it aluminiumfoam troch it ferswakjen fan 'e poarmuorre of fungearje as in boarne fan skuorren by deformaasje. Dêrom is it ferbetterjen fan de meganyske eigenskippen fan 'e poarmuorre troch it tafoegjen fan fersterkende fazen in libbensfetbere en effektive strategy.

Foar Cf/AFS kin it waarnommen wurde útFig. 7(c) en (d)dat de Cf wurdt ferdield binnen de sel muorre of oan 'e râne fan' e sel muorre, wat oanjout Cf hat poerbêst wettability mei de aluminium melt. Fierder is it opfallend (ferwize neiFig. 7(d)) dat in lytse hoemannichte fan 'e precipitated faze Al2Cu foarmet by de ynterface tusken de fezels en de aluminium melt. Dit ferskynsel draacht by oan it realisearjen fan in sterke bân tusken de fezels en de matrix. De foarútgong fan dizze diffusionsreaksje kin yntuïtyf wurde waarnommen ynFig. 4(a)–(c). Tink derom dat de precipitated faze de koalstoffezels net folslein omfettet, en de steat en it bedrach fan dizze ferdieling binne foardielich foar Cf / AFS. Op grûn fan 'e stúdzje fan Lv et al, op Cf fersterke aluminium matrix gearstalde materialen, waard oantoand dat it passend bedrach fan precipitated faze kin beynfloedzje en regelje de ynterfacial bond sterkte.

Fig. 6.Fertikale seksjes fan represintative stekproef (a) AFS en (b) Cf / AFS. De lykweardige diameter fersus gebiet fraksje plots oerienkommende mei (a) en (b) wurde ôfbylde yn (c) en (d), respektivelik. De fêste trochgeande line yn (c) en (d) stiet foar de log-normale fit. Regression (R2) stiet foar de goedens fan fit.

Fig. 7.SEM-ôfbyldings (a) en (b) litte de mikrostruktueren sjen dy't oerienkomme meiFig. 6(a) AFS enFig. 6(b) Cf/AFS, respektivelik, fierders,Fig. 7(b) en (d) sjen litte lokale fergruttings fanFig. 7(a) en (c), respektivelik.

3.4. Mechanisme fan Cf stabilisearjen Al-Si-Mg-Cu foam

Op grûn fan de hjirboppe neamde analyze wurdt in skematyske werjefte fan it skomjende meganisme foar Cf/AFS en AFS gearfette ynFig. 8. De signifikante ferskillen tusken Cf / AFS en AFS yn 'e nukleaasjestadium, bubblegroei, en gearfoegingstadium, en it stadia fan graduale solidifikaasje, lykas yllustrearre ynFig. 8(a) en (b).

Fig. 8.Skematyske diagram fan Cf / AFS en AFS foaming gedrach: (a) Cf / AFS; en (b) AFS.

Yn 'e nukleaasjestadium fan AlSi6Cu4Mg4-legeringsskuimen hawwe bubbels de neiging om te kearnen yn' e floeibere quaternaire eutektyk om 'e koperdieltsjes hinne, ynstee fan nukleearje op' e lokaasje fan 'e TiH2-dieltsjes. Dit soarte fan nucleation yn 'e swakste regio fan' e foarrinner (type II nucleation) jout mear escape kanalen foar de gassen frijjûn troch TiH2 ûntbining, it foarkommen fan de accumulation fan gassen en wêrtroch cracks te propagearjen yn de aluminium melt. De tafoeging fan koper-coated koalstof fezels blykber fierder makket mear kanalen foar it frijlitten fan H2. Om't de aluminiummelt lykwols op dit stadium gjin genôch floeibere fraksje hat, is it lestich foar sokke lytse bubbels om in genôch boarne fan H2 te hawwen om troch te groeien. As resultaat brekke dizze lytse bubbels binnen de melt as de temperatuer opkomt. As de foarrinner folslein smelt is, sil de H2 frijlitten út 'e gewelddiedige dehydrogenaasjereaksje fan TiH2 nukleearje en rap groeie op basis fan it nukleaasjepunt. De Cf biedt tal fan heterogene nukleaasjeplakken foar it generearjen fan bubbels, dy't de nukleaasjeraten sterk ferheegje. Tagelyk ynhibeart de oanwêzigens fan Cf effektyf it kontakt en fúzje fan 'e primêre bubbels en foarkomt de foarming fan abnormale grutte bubbels.

Tidens it groei- en fúzjestadium fan 'e bubbels ferbetteret de tafoeging fan Cf de skomstabiliteit signifikant. De reden is dat Cf en aluminium smelten goede wettability hawwe, en de fezels kinne maklik fongen wurde tusken de twa gas-flüssige ynterfaces om in netwurkstruktuer te foarmjen (lykas werjûn ynFig. 7(c)). As de floeibere film wurdt tinne, de fezels kinne generearje in skieding druk te wjerstean suction fan de plato grins, dus it foarkommen fan de floeibere film út rupturing. Dus Cf / AFS hat langere skuimtiid nedich yn ferliking mei AFS, mei hegere stabiliteit dy't de uniformiteit fan 'e poarstruktuer by de evolúsje fan' e skom behâlde kin.

Tidens it stadige solidifikaasjestadium groeie bubbels yn Cf / AFS net mear en wurde de fezels ynbêde yn 'e selmuorre (markearre mei it reade stippelkast). Dit fêsthâlden fan fezels foarkomt de opname fan lytse bubbels troch gruttere, lykas sjoen yn Ostwald maturation, en inhibits sel muorre rupture fanwege solidification útwreiding. As gefolch, Cf / AFS toant in mear homogene poarstruktuer en minder poardefekten yn ferliking mei AFS.

3.5. Meganyske eigenskippen

De kompressive stress-strain-kurven foar Cf/AFS en AFS mei hast deselde porositeit (83.2% en 81.4% respektivelik) wurde presintearre ynFig. 9(a). De kompresje-stress-strain-kromme toant in ûnderskate trije-stage-karakteristyk, besteande út de lineêre elastyske regio, plateauregio en fertinkingsregio. De compressive yield sterkte fan AFS en Cf / AFS wiene 8.44 MPa en 11.87 MPa, respektivelik. De compressive yield sterkte fan Cf / AFS waard ferhege mei 40.6% yn ferliking mei AFS. Underwilens is de enerzjyopnamekapasiteit fan Cf/AFS better dan dy fan AFS by deselde stam, lykas werjûn ynFig. 9(b). De enerzjyopnamekapasiteiten fan AFS en Cf/AFS binne respektivelik sawat 3,3 MJ/m3 en 6,1 MJ/m3. De enerzjyopnamekapasiteit fan Cf/AFS is ferbettere mei 84,8% yn ferliking mei AFS.

Fig. 9.Kompressive stress-treinkurven en enerzjyabsorpsjonskapasiteitkurven fan Cf / AFS en AFS: (a) kompresje-stress-treinkurven; (b) enerzjy absorption kapasiteit curves.

De yntegraasje fan Cf ferbettere de meganyske eigenskippen fan 'e skomkearn signifikant. It is bekend dat de meganyske eigenskippen fanaluminium foambinne nau besibbe oan de pore struktuer en strut meganyske eigenskippen. Makrostrukturele analyze joech oan dat de tafoeging fan Cf de poargrutte ferfine, ferbettere poarferdieling en fermindere poardefekten. Fergelykber mei de befinings fan Sasikumar et al. en Yangetal. lytse poardiameter en smelle poarferdieling binne foardieliger om de kompresjesterkte en effisjinsje fan enerzjyopname te ferbetterjen. Boppedat is it effekt fan mikrostruktuer op 'e meganyske eigenskippen fan' e skom benammen te tankjen oan 'e Cf ynbêde yn 'e poaremuorren fan 'e skom. De diffusion en ûntbining fan 'e koper-coated fan' e koalstoffezels yn 'e aluminiummatrix kin in steviger ynterfasiale bân berikke tusken de fezels en de aluminiummatrix, dy't bydraacht oan load oerdracht. De hege modulus koalstoffaser stapled yn 'e poarmuorre kin de ferfoarming fan' e poarmuorre ûnder kompresjelast beheine en de draachkapasiteit ferbetterje. Al dizze faktoaren favorisearje Cf / AFS om hegere opbringststerkte en enerzjyabsorpsjekapasiteit te berikken yn ferliking mei AFS.

4. Konklúzjes

De Cf/AFS en AFS waarden yn dit wurk taret troch de metoade fan ferpakking fan rollende poedermetallurgy. It skomjende gedrach fan Cf/AFS en AFS waard dynamysk waarnommen troch synchrotronstrieling nei

ûndersiikje de ynfloed fan Cf op de bubbelkearnaasje en groei. Dêrnjonken waard Cf oer de pore morfology, pore distribúsje, en kompresje eigenskippen fan aluminium foams yngeand analysearre. De wichtichste konklúzjes binne as folget:

(1) Synchrotron strieling in situ observaasjes litte sjen dat sawol Cf / AFS en AFS skuimprosessen trije ûnderskate stadia fertoane: bubble nucleation, bubble groei en fúzje, en solidification.

Yn ferliking mei AFS toant it skomjende proses fan Cf / AFS hegere stabiliteit en bubbeluniformiteit. AFS is mear gefoelich foar it foarmjen fan abnormaal grutte en grouwe poaren tidens it pore-evolúsjeproses. Derneist wurdt de disparity taskreaun oan it heterogene nukleaasje-effekt fan Cf, dy't it brekken fan bubbelmuorre foarkomt en koalescinsje ferminderet, wylst de nukleaasjesnelheid ferheget.

(2) De tafoeging fan 0,5 wt.% Cf ferfine de lykweardige poardiameter fan 2,9 ± 0,2 mm oant 1,9 ± 0,1 mm, wêrtroch grouwe poardefekten signifikant ferminderje. Tagelyk, de mikrostruktuer ferriedt goede wettability fan Cf, dat wurdt ferdield lâns de pore muorre en gas-fêste ynterface, dêrmei it ferbetterjen fan skom stabiliteit.

(3) Yn ferliking mei AFS, de compressive opbringst sterkte en enerzjy absorption kapasiteit fan de Cf / AFS ferhege troch likernôch 40,6% en 84,8%, respektivelik. De befinings fan dizze stúdzje kinne ideeën leverje foar de fersterking fan sandwichpanels fan aluminiumfoam mei metallurgyske bonding-ynterfaces dy't it potinsjeel hawwe foar technyske tapassingen op it mêd fan auto- en loftfeartyndustry.

Artikel út Journal of Materials Research and Technology