泡沫铝三明治结构粉末冶金法制备工艺及泡孔结构优化

粉末冶金法可实现泡沫铝三明治结构面板/芯层的冶金结合,并在制备近终型泡沫铝异型件上优势突出。基于国内研究现状,本文完善了粉末冶金法制备工艺,并优化了泡孔结构。研究发现,芯层采用AlMg4Si8铝合金成分组成,钢质面板经边缘焊接密封处理后,当芯层粉末松装密度为1.12 g/cm_³时,在1500 kN轧制压力、0.06 m/s轧制速度及55％轧制压下率下,对灌满芯层粉末的包覆面板进行450 °C热轧,获得了面板/芯层冶金结合、致密度高的发泡前驱体。另外,当发泡剂TiH₂被低熔点Sn包覆预处理后,在发泡初期分解出的H₂被液态Sn包裹,避免了在固态基体空隙间的扩散,减少了裂纹的产生,发泡前驱体在720 °C发泡300 s后可获得泡孔结构相对均匀、72.7%孔隙率的泡沫铝三明治结构。     

粉末冶金泡沫Al-Si-Cu发泡过程的微观结构演变

采用扫描电镜和能谱分析了泡沫Al-Si-Cu合金发泡过程的微观结构演变.将Al粉、Cu粉、Si粉按照89∶6∶5(质量比)混粉,并添加发泡剂2％TiH2(质量分数)和增稠剂1.5％MnO2(质量分数),经过500℃C热压后,泡沫铝可在640℃/12～20 min发泡.微观结构分析显示,发泡前泡沫铝呈现球形的Si、Al2...     

粉末冶金法制备泡沫铝材料发泡过程中孔形态的演变

对采用粉末冶金法制备泡沫铝材料进行研究.详细讨论了发泡时间对泡沫铝密度、孔隙率的影响,描述了发泡过程孔结构的演变过程,并对发泡机理进行分析.在发泡过程中,氢气压力作为膨胀动力,在开始阶段,压力随着时间的增加而增大,气泡长大;达到一定值后,由于气泡过度生长而发生破裂,形成塌缩.     

泡孔结构对开孔泡沫铝压缩力学性能的影响

采用渗流工艺制备出不同孔径的均匀孔结构和混合孔结构的开孔泡沫铝，研究了孔结构(孔径大小及其比例分布)对开孔泡沫铝压缩力学性能的影响。结果表明：对于均匀孔径的开孔泡沫铝而言，在相对密度不变的条件下，孔径大小对其压缩性能几乎没有影响；而当泡沫铝的孔结构是由不同尺寸的孔相混合时，则大孔与小孔的相对体积比对其力学性能，特别是弹性模量具有较大影响，大、小孔径按适当比例混合可使开孔泡沫铝相对密度降低而刚度显著升高。     

粉末冶金法浸入式发泡制作泡沫铝的试验研究

研究了浸入法制备泡沫铝的发泡新工艺以及工艺参数对发泡效果的影响，得出以工业纯铝粉和而H2粉为原料，制备气泡均匀、孔隙可控的泡沫铝的工艺参数为：浸入温度为680～760℃，浸入时间为10～30s，保温发泡时间为10～60s。研究结果表明，粉末冶金法浸入式发泡制备泡沫铝的效果好、结构均匀、TiH2利用率高，是一种有较好开发前景的新制备方法。     

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。     

粉末冶金法制备泡沫铝时增粘过程的基础研究

在研究粉末冶金法制备泡沫铝过程中,在铝硅合金粉末中加钙增粘,提高了泡沫铝熔体的稳定性与孔结构的均匀性.论述了加钙增粘的机理及不同加钙量对泡沫铝孔隙率、孔结构的影响.经对发泡过程的动态观测,证明熔体粘度对泡沫体稳定性的影响是至关重要的.试验结果表明:在采取严格的气体保护措施条件下,加钙量在2%～2.5%时,可获得较低密度且孔径均匀的泡沫铝材料.     

二元孔结构对开孔泡沫铝力学性能的影响

采用有限元模拟了不同孔径比和体积比的二元孔径结构对开孔泡沫铝力学性能的影响,并取得了相应参数.用渗流法制备出相应孔参数的泡沫铝,并对其进行压缩试验加以验证.模拟和实验结果均表明,当泡沫铝的孔结构由大、小孔按一定的尺寸比和体积比组成时,泡沫铝的强度和刚度显著提高,孔径尺寸比和体积比分别为0.40～0.45和0.07～0.12是最优的.     

发泡工艺参数对6061泡沫铝孔结构和压缩性能的影响

以6061铝合金为原料、Ti H₂为发泡剂,通过熔体发泡法制备闭孔泡沫铝。采用正交试验探究Ca添加量、Ti H₂添加量与添加温度,以及发泡保温时间对泡孔结构的影响。采用XRD检测泡壁物相组成,SEM观察微观组织形态,并对6061泡沫铝的压缩性能进行研究。结果表明：泡沫铝孔壁由α-Al基体、Al₄Ca和Al₂₀Ca Ti₂组成。确定6061泡沫铝最佳制备工艺为：Ca添加量2%,Ti H₂添加量0.4%,Ti H₂添加温度650℃,发泡保温时间5 min,该工艺下屈服应力为2.38 MPa,吸能量为1.62 MJ/m³。     

泡沫铝发泡初期孔隙及气泡的形成与扩展

通过采用粉体致密化浸入式快速加热新工艺制备泡沫铝技术，研究了泡沫铝发泡早期气泡形成特征、早期气泡孔径结构特点及动态变化规律。结果表明：泡沫铝发泡历经以微膨胀、显著膨胀和塌陷收缩为特征的3个主要阶段；在发泡初期，微膨胀形成的机制主要是TiH2分解的H2，并受其受力状态所决定的，由此形成的裂纹式孔隙主要在固态，扩展方向呈横向特征。预制块的显著膨胀主要是由于TiH2的持续分解使裂纹式孔隙扩展长大的结果。由于新工艺加热升温迅速，发泡时间由一般的10min缩短为30—150s，使预制块固液态转换时间大大缩短，有效地提高了均匀发泡的动力学条件，同时还提高了TiH2的利用率。     

Physical processes in laser-assisted aluminum foaming

Aluminum foam has become popular in recent years and has the potential to be used in many applications due to its lightweight structure. In this paper, laser-assisted foaming experiments have been performed to fabricate closed cell porous aluminum structures with different relative densities (0.39 to 0.33) and porosities of 61 to 67%. The influence of the processing conditions on the evolution of cell morphology of the foam is investigated. Preliminary results suggest that a pore size gradient and a density gradient exist in the structure as the processing condition changes. The foam has large pores and lower density for slow processing speed, in contrast to the fast processing speed with small pore size but higher density. Additionally, an example of laser-assisted cutting of Al foam is also demonstrated.     

Effects of foaming parameters on microstructure and compressive properties of aluminum foams produced by powder metallurgy method

Semi open-cell aluminum foams having channels between individual cells were produced using low cost CaCO₃ foaming agent and applying the powder compact melting process. To this end, the aluminum and CaCO₃ powder mixtures were cold compacted into dense cylindrical precursors for foaming at specific temperatures under air atmosphere. The effects of several parameters including precursor compaction pressure, foaming agent content as well as temperature and time of the foaming process on the cell microstructure, linear expansion, relative density and compressive properties were investigated. A uniform distribution of cells with sizes less than 100 μm, which form semi open-cell structures with relative densities in the range of 55.4%–84.4%, was obtained. The elevation of compaction pressure between 127–318 MPa and blowing agent up to 15% (mass fraction) led to an increase in the linear expansion, compressive strength and densification strain. By varying the foaming temperature from 800 to 1000 °C, all of the investigated parameters increased except compressive strength and relative density. The results indicated the optimal foaming temperature and time as 900 °C and 10–25 min, respectively.     

一种粉末冶金铁素体钢中的双组态结构(英文)

采用混合预合金粉末和球磨粉末的方法,制备一种具有双组态结构的铁素体合金钢,其名义成分为Fe-14Cr-3W-0.42Ti-0.32Y。其微观组织与成分相同但是采用全球磨粉末成形的铁素体钢有明显的区别。通过热锻、空冷之后,该合金具有铁素体晶粒和马氏体晶粒混合构成的双组态结构。通过微观组织研究发现了在该合金中发生了局部的αbcc→γfcc→α'bcc相变。同时,这种双组态结构能够较好地均衡合金的强度和韧性。     

复合碳酸盐作发泡剂制备泡沫铝的工艺研究

采用熔体发泡法制取泡沫铝,利用DSC和DTG两种方法,分析了CaMg(CO3)2的热分解特性,同时系统地研究了发泡剂含量、温度及搅拌时间对泡沫铝孔结构的影响.结果表明,发泡剂加入质量分数为2%～3%,搅拌时间1 min～2 min,发泡温度为660℃～710℃的条件下,可以制取孔结构均匀、孔隙率高的泡沫铝合金.     

发泡工艺参数对闭孔泡沫铝胞结构的影响

采用压缩空气法制备闭孔泡沫铝,研究空气流量、搅拌速度和发泡温度对胞结构的影响。结果表明泡沫铝的胞直径为4-11mm,密度为0.10-0.22g/cm3,孔隙率最高达96.3%;泡沫铝的胞直径随着空气流量和发泡温度的增大而增大,随搅拌速度的增大而减小,其中空气流量对胞直径的影响最显著;壁厚和结点尺寸随空气流量和搅拌速度的变化规律与胞直径相反;在相同的搅拌速度下,泡沫铝的密度随着胞直径的增大而减小且与胞直径存在对应关系,搅拌速度为600r/min时,关系式为ρ=0.0278 0.3602.e-0.132d。     

采用新型发泡剂制备泡沫铝

研究了一种在泡沫铝制备过程中可替代TiH2及ZrH2类发泡剂的新型发泡粉末的热分解行为,探讨该新型发泡剂加入量及发泡温度等因素对泡沫铝孔隙率的影响。研究表明:该新型发泡材料具有分解温度范围宽及分解过程缓慢的特点。当采用该发泡剂时,泡沫铝制备过程无需额外加入金属Ca类增粘剂;随发泡温度的升高,泡沫铝的孔隙率先升高后下降;随发泡剂量的增多,发泡体中的无泡层逐渐减少,当发泡剂的加入量在1.40%以上时,发泡体中的无泡层消失;在发泡温度740℃、发泡剂加入量1.40%~2.20%、搅拌时间3min、保温发泡时间5min的条件下,可以制备出孔径2~5mm,孔隙率60%~80%,孔隙基本均匀且无实心体的泡沫铝。     

泡沫铝接触反应钎焊工艺及性能

采用接触反应钎焊法,以铜箔-铝片-铜箔复合中间层替代单层铜箔在真空(真空度为10-3 Pa)条件下,改变焊接保温时间焊接泡沫铝,得到不同性能的焊接试样.对焊接接头的宏观、微观组织结构与抗弯强度进行了分析比较.结果表明,在焊接温度570℃的条件下,焊接保温时间为15 min的焊接试样失效发生在母材处,其余试样失效位置均发生在焊缝位置.随着保温时间的增加,焊接接头抗弯强度呈现先升后降的变化趋势.保温时间为15 min条件下所得到的焊接接头抗弯强度最高,且高于母材.     

Defects in aluminum foam with superfine open-cell structure

The infiltration casting process for producing aluminum foam includes three steps： preparing precursor using NaCI particles, infiltrating molten aluminum and cleaning NaCI precursor. Defects occur during the preparation of aluminum foam with superfine open-cell structure, and influence the pore structure and performance of aluminum foam materials. The types of the defect and their forming mechanisms are analyzed in this paper. The defects include point defects and linear metal defects, and are caused by the defects in salt precursor and the insufficient infiltration of molten aluminum into precursor. With the choice of proper precursor preparation method and infiltration process parameters, the complete aluminum foam with superfine pores could be achieved.     

泡沫铝二次发泡工艺用先驱体中TiH2发泡剂的分散性

研究二次发泡泡沫铝工艺用熔体路径发泡先驱体中TiH2的分散性,包括熔体粘度测量、工艺参数对发泡剂分散性影响等。结果表明,610℃是ZLD104合金熔体粘度变化的转折点,低于610℃熔体粘度随温度的变化较大,高于610℃熔体粘度随温度的变化较小;随分散温度、搅拌速度、分散时间的提高,发泡剂分散均匀性提高,但在3 000 r/min,分散30 s的条件下,发泡剂的团聚现象仍然存在;在粘度-温度非敏感区分散发泡剂,并采用挤压使发泡先驱体致密化,以及采用3 000 r/min以上的搅拌速度分散发泡剂,可提高熔体路径发泡先驱体发泡剂均匀性。