熔体注气法与熔体发泡法制备泡沫铝的压缩性能研究

比较研究了熔体注气法与熔体发泡方法制备的闭孔泡沫铝性能和组织结构。压缩试验表明,相同密度下,熔体发泡法制备的泡沫铝性能优于熔体注气法。相应的SEM观察表明,熔体注气法制备的泡沫铝泡孔表现为多面体形状,SiC颗粒密度高,泡孔壁薄、褶皱多。冶金组织复杂,氧化明显,表现出明显的脆性。熔体发泡法制备的泡沫铝孔洞形状为球形,孔壁较厚,泡壁相对平整、结构完整。因孔洞结构和组织结构差异导致2种方法制备的泡沫铝材料压缩性能差异明显。     

陶瓷颗粒与熔体合金增粘制备泡沫铝的研究

在熔体发泡法制备泡沫铝的过程中,研究了陶瓷颗粒与熔体合金元素共同增粘对泡沫铝孔结构、孔隙率和力学性能的影响。运用SEM、EDS等技术,对不同增粘制备的泡沫铝的胞壁微观组织进行检测。分析了新相对泡沫铝孔结构和孔隙率的影响。在相同加载速度下,对泡沫铝样品做了准静态压缩试验,分析了不同增粘泡沫铝的力学性能。结果表明:氧化钙与单质钙共同增粘可制备出气孔分布均匀、孔隙率较高的泡沫铝。泡沫铝胞壁中的金属间化合物在气孔合并、长大过程中,对气孔保持规则的泡孔结构、增加孔隙率具有重要作用。采用共同增粘制备的泡沫铝不仅具有单质钙增粘的高能量吸收性能,还具有氧化钙增粘的较高屈服强度。     

Si和Mg粉末对泡沫铝发泡过程的影响

研究不同添加量及不同组合添加量的合金元素镁和硅对气泡发泡过程中孔的大小,孔的形状以及孔的均匀性的影响,并采用SEM对泡孔孔壁结构的研究来确定硅元素和镁元素的添加对泡沫稳定性的影响。结果表明,纯铝粉末中单独加入硅和镁对泡沫的稳定性作用不大,而共晶成分的铝硅合金添加1%左右的镁后泡孔更均匀,泡壁更光滑些,发泡过程更稳定。     

吹气法泡沫铝泡壁表面氧化膜（英文）

以A356铝合金为原料,使用高纯氮气、空气以及氧气体积分数为0.2%~8.0%的混合气体通过吹气法制备泡沫铝样品。利用金相显微镜、SEM和AES等检测技术,研究气体中氧气含量对泡沫铝泡孔结构、相对密度、泡壁宏观及微观形貌、氧化膜覆盖面积分数和氧化膜厚度的影响。结果表明,当氧气体积分数小于1.2%时,氧化膜覆盖面积分数随着氧气含量的上升而增加。当氧气体积分数大于1.6%时,氧化膜覆盖了泡壁的全部表面,可以制备出泡孔结构良好的泡沫铝。由氧气体积分数为1.6%~21%的气体制备泡沫铝泡壁的氧化膜厚度几乎不变。此外,从理论上分析氧化膜厚度不随氧气体积分数改变而改变的原因及实现氧化膜全覆盖的需氧量。最后,基于实验现象分析氧化膜在吹气法泡沫铝泡沫稳定中的作用。     

泡壁材料性能对泡沫铝压缩性能的影响（英文）

针对吹气法制备的高孔隙率闭孔泡沫铝,通过实验和有限元分析研究泡壁材料性能对其压缩性能的影响。向添加陶瓷颗粒的A356合金熔体中吹气发泡制备实验样品并进行单向压缩。通过光学显微镜和扫描电镜观察泡壁的微观组织和断口组织。结果表明,泡壁中存在的颗粒团聚、孔洞等缺陷和氧化膜削弱了其性能,因此,泡沫材料的性能与原材料性能有很大差别。基于原材料性能和实体材料性能的实验结果,对泡沫铝理想三维结构进行有限元分析。材料的平台应力与泡沫材料的屈服强度成正比。有限元模拟结果稍高于实验结果,其部分原因是将实体材料性能看做泡壁材料性能导致的。     

添加造孔剂法制备开孔泡沫铝及其性能研究

以球形尿素颗粒为造孔剂,采用传统的粉末冶金工艺制备开孔泡沫铝并研究了其性能.结果表明,添加造孔剂法制备的泡沫铝可以任意控制孔隙率及孔径的大小,且孔结构良好,保持了造孔剂的形状;高的烧结温度使泡沫铝的压缩强度提高,但过高的温度将导致孔壁熔化.本试验制成的泡沫铝其压缩曲线和泡沫金属典型压缩曲线相似,且抗压强度和经典理论计算结果一致.     

强流脉冲电子束处理对Al-20Si合金微观组织和显微硬度的影响

研究了强流脉冲电子束处理对过共晶铝硅合金Al-20Si组织结构和显微硬度的影响.通过扫描电镜和X射线衍射对改性表面的组织特征进行了分析.扫描电镜结果表明,在电子束所诱导的顶部熔化层中,初生硅溶解在铝基体中形成了铝硅过饱和固溶体.相邻初生硅颗粒由于硅元素的扩散融合成大的初生硅颗粒.X射线衍射分析表明电子束处理后铝的晶格常数下降,晶格畸变增加.显微硬度测试结果指出初生硅的表面硬度在电子束处理后从中心向边缘呈现梯度分布,并且初生硅的中心硬度随脉冲次数的增加而减小.这表明强流脉冲电子束技术在处理过共晶铝硅合金初生硅组织中有着良好的应用前景.     

吹气法制备泡沫铝的性能

基于吹气法制备A356基泡沫铝工艺,采用高速搅拌并分批连续加入粉末的方式,避免熔体中颗粒分布不均匀的问题;采用静置吹气头通入压缩空气发泡,通过设计和控制气路,制备出不同孔径、不同壁厚、稳定的泡沫铝.结果表明A356基泡沫铝是一种典型的塑性泡沫材料,泡孔呈十四面体形状,泡壁较薄,厚度小于150μm,可控的泡孔平均直径范围很宽,为10～25mm;泡沫铝在致密化阶段的塑性变形量可达70%以上;不作任何预处理的泡沫铝在高频率声波下的吸声系数可达0.9以上;在泡沫样品后设置0～70mm空腔,其在低频率声波下的吸声性能显著提高;所制备的泡沫铝具有较好的声学性能和力学性能.     

熔体发泡法和吹气法制备泡沫铝的比较研究

比较研究了熔体发泡法和吹气法制备泡沫铝的工艺过程、泡沫结构特点、泡壁凝固组织、气孔率和气孔尺寸、性能特点和应用.为实际生产和应用中合理选择泡沫铝的制备方法提供参考.     

Mg添加量对粉末冶金法制备泡沫铝材料过程中AlSi7基合金发泡行为的影响

本文研究了高镁添加量(2wt%, 4wt%, 6wt%)对AlSi7基合金发泡行为的影响。研究结果表明：镁可以和Al粉表层的氧化物Al2O3以及添加的硅发生反应,生成和铝熔体具有良好润湿性的MgAl2O4相以及Mg2Si相,这两相均能均匀的分布在泡沫体中以颗粒稳定机理,减小重力和毛细排液,起到稳定泡体的作用。高镁添加量最重要的作用是改变泡沫体的早期形核、长大方式,使泡体在液态熔池中以圆形孔的方式稳定的形核和长大,所以高镁添加量的泡沫体可以得到高的膨胀率和良好的孔结构。但镁添加量过高时,熔体表面张力降低,泡体很容易破裂,反而会使泡沫体的最大膨胀体积降低、孔结构恶化,综合利弊,本论文得出的AlSi7基合金的最优镁添加量为4wt%。     

闭孔泡沫铝材料制备过程中气泡的形成与演化

以熔体直接发泡法制备闭孔泡沫铝材实验为基础,通过获得不同实验阶段的泡沫铝样品,以及对实验样品切面或断面进行观察和分析,描述了在熔体发泡法制造泡沫铝过程中TiH2加入熔体后的分解过程,原始气泡的形成方式以及产生的气泡和未分解TiH2的存在状态;解释了气泡进一步长大的原因和未分解的TiH2如何释放气体;表述了气泡的合并和无泡层的形成.结果表明:未分解的TiH2颗粒粘附在熔体内形成的较小气泡表面,即气/液相界面上;在恒温发泡过程中气泡壁上吸附的尚未分解的TiH2颗粒进一步分解并向气泡内释放气体,使气泡长大;相邻气泡壁上的TiH2局部浓度较高并集中释放气体,导致气泡壁破裂及气泡间的合并.     

泡沫铝夹芯板粉末冶金发泡机理的SR-CT研究

利用同步辐射装置的SR-CT,通过图像的断层扫描及3D重建,对轧制复合-粉末冶金发泡工艺制备的泡沫铝夹芯板(AFS)进行了泡孔结构演化的研究,分析了发泡过程中孔隙率的变化及大尺寸连通孔的形成原因。研究结果表明:具有微米级空间分辨率的SR-CT可清晰地观测到泡孔萌生及生长各阶段的泡沫结构。泡孔在发泡15~30 s阶段生成,形状为垂直于轧制方向的类裂纹孔。发泡45 s时,泡孔开始发生明显合并,继续延长发泡时间易导致形成大尺寸连通孔。芯层泡沫铝的孔隙率在泡孔的萌生阶段及合并阶段增长幅度较大,减少混料时发泡剂的"团聚"及提高芯层粉末致密度可获得良好的芯层泡沫结构。     

SiCP增强泡沫铝基复合材料的制备工艺研究

将SiC颗粒增强铝基复合材料的制备技术与泡沫铝熔体发泡技术相结合,探索了制备SiC颗粒增强泡沫铝基复合材料的工艺方法。讨论了SiC颗粒与铝基体之间存在的润湿性,界面反应以及SiC颗粒在熔体中沉降等问题,通过选择合适的合金成分,对SiC颗粒进行预处理,采用特定的搅拌和发泡等一系列工艺方案成功地予以解决。在熔体发泡过程中,通过严格控制发泡温度、搅拌速度和搅拌时间等工艺参数,制得了孔隙率基本可调,SiC颗粒和孔洞分布均匀的泡沫铝样品。     

Effect of thermal history on the superplastic expansion of argon-filled pores in titanium: Part I kinetics and microstructure

Titanium was foamed at high temperature by expanding pressurized argon bubbles which had been trapped in the metal during prior hot-isostatic pressing. During foaming, transformation superplasticity was induced in the matrix by thermal cycling around the α/β allotropic temperature of titanium, thus accelerating pore growth and delaying cell wall fracture and pore opening to the surface, as compared to foaming performed exclusively under isothermal creep conditions in the β-Ti field. The relative importance of creep and superplastic deformation upon foaming rate, rate of porosity opening and maximum porosity was studied by changing the thermal cycling frequency and maximum temperature. Under superplastic conditions, porosity ceased to increase when reaching levels between 29% and 44%, principally because of the decrease of internal gas pressure due to pore expansion and, to a lesser extent, because of premature gas escape from the pores. Continued thermal cycling after the maximal porosity had been reached lead to pore coalescing and opening to the specimen surface by localized pore wall rupture, which resulted in large open pores with a jagged morphology.     

泡沫镁宏微观结构表征及压缩性能研究

针对熔体发泡法制备泡沫镁存在的困难,使用包覆发泡剂及改进工艺成功制得泡孔均匀的泡沫镁试样。利用OM、SEM、EDS及XRD等分析手段对试样进行宏微观结构表征,结果表明：泡沫镁试样宏观孔以典型的闭孔结构为主,但也存在一些连通孔及少量大孔,它们多是宏观裂纹的产生及扩展位置。泡孔内壁存在一些褶皱缺陷,且弥散分布着许多反应产生的MgO和CaO颗粒,压缩变形过程中,这些部位易产生应力集中,促进微裂纹的形成与扩展。孔壁上主要分布着碳化硅颗粒及生成的Mg2Ca相。测试分析了孔隙率和孔径对泡沫镁压缩力学性能和能量吸收性能的影响,并深入研究其压缩破坏机理,研究发现：随着孔隙率的降低,泡沫镁弹性变形增大,屈服强度升高;随着孔径的增大,泡沫镁屈服强度及平台应力明显减小,表现出显著的孔径效应。随着孔隙率的升高或孔径的增大,泡沫镁的能量吸收性能显著降低。泡沫镁的破坏为解理脆性断裂,这与孔壁组织及镁基体性质有很大的关系。     

氢化锆熔体发泡法制备小孔径泡沫铝

以ZrH_2为发泡剂,采用熔体发泡法制备铝基小孔径泡沫铝,分析其制备过程及影响孔结构的因素;优化实验室制备泡沫铝的工艺条件;借助图形分析方法表征泡沫铝的孔径分布,并与TiH_2制备的泡沫铝进行了对比;采用改进座滴装置研究铝合金与氢化物的润湿行为.结果表明:ZrH_2较适合制备小孔径泡沫铝;优化工艺条件为:Al 650 g,增粘剂Ca 的加入量2.5%,发泡剂ZrH_2的加入量1.0%,发泡温度680 ℃,搅拌时间1.5 min,保温时间2.5 min;制备的泡沫铝孔径均匀,平均孔径小于1.5 mm;ZrH_2在铝合金中的润湿特点是导致泡沫铝孔径较小的主要原因.     

Effects of cell size on compression and bending strength of aluminum-foamed material by complex stirring in induction heating

This paper investigated the effects of various process parameters on the mechanical properties of aluminum-foamed material. For the sake of this, complex stirring, which combined electromagnetic stirring with mechanical stirring, was used to fabricate aluminum foam materials by varying fabrication conditions. Pore size and its volume fraction increased as temperature of molten metal increased. When stirring, pore generation increased and distribution state improved as the stirring velocity increased. Pore size and porosity fraction increased as the foaming velocity increased. It resulted in pore size and shape to be poor material properties. Pore size and porosity fraction increased as the foaming temperature increased. However, the inner flow by the expansion in the molten metal due to temperature gradient and gravitational liquid metal drainage into inter-pores would occur, which caused pores deformed. The compressive strength was inversely proportional to the cell sizes. The yield strength below 2 mm of cell size changed gradually, but the yield strength over 2 mm of cell size drastically decreased because the shape of cell changed from spheroidal to polyhedral structure.     

Role of Temperature and SiC<Subscript>P</Subscript> Parameters in Stability and Quality of Al-Si-Mg/SiC Foams

Composites of Al-Si-Mg (A356) alloy with silicon carbide particles were synthesized in-house and foamed by melt processing using titanium hydride as foaming agent. The effects of the SiC_P size and content, and foaming temperature on the stability and quality of the foam were explored. It was observed that the foam stability depended on the foaming temperature alone but not on the particle size or volume percent within the studied ranges. Specifically, foam stability was poor at 670°C. Among the stable foams obtained at 640°C, cell soundness (absence of/low defects, and collapse) was seen to vary depending on the particle size and content; For example, for finer size, lower particle contents were sufficient to obtain sound cell structure. It is possible to determine a foaming process window based on material and process parameters for good expansion, foam stability, and cell structure.     

泡沫铝两步法制备工艺用新型发泡剂的热分解行为

研究一种适于两步法制备泡沫铝工艺用新型发泡剂的热分解行为,分析其分解过程中的动力学与热力学特征,以及发泡气体与熔体之间可能存在的反应。研究表明:该新型发泡剂具有分解温度范围宽、分解过程缓慢的特点;其在熔体中的发泡过程主要受化学反应控制;新型发泡剂所释放的氧化性气体与熔体发生反应,在气泡表面所形成的连续氧化膜,对稳定气泡形貌、减缓气泡的合并和长大有重要作用;该新型发泡剂在两步发泡法制备泡沫铝过程中表现出前期损耗率低、后期发泡效率高的优异性能。     

温度对PCM法制备大尺寸泡沫铝的影响

在对静态PCM法制备泡沫铝的研究基础上,设计出动态制备大尺寸泡沫铝的实验装置,通过调整温度来控制预制体的发泡。研究了两种不同牵引速度（0.496 mm/s、0.687 mm/s）下预制体的发泡过程,研究发现：所得大尺寸泡沫铝孔结构质量（通过孔隙率、当量圆直径来衡量）随着发泡温度升高而提高,当温度超过800℃（v=0.496 mm/s）、820℃（v=0.687 mm/s）时,泡沫铝孔结构质量反而会下降。同时对其影响机理进行了分析。当牵引速度为0.496 mm/s时,发泡温度在780℃～800℃时,可以获得孔隙率在70%以上,孔径在2.75 mm左右,孔结构圆形度在0.68以上的大尺寸泡沫铝;当牵引速度为0.687 mm/s时,发泡温度在800℃～820℃时,可以获得孔隙率在65%～70%,孔径在2.5 mm左右,孔结构圆形度在0.67以上的大尺寸泡沫铝。