闭孔泡沫铝力学性能的尺寸效应研究

进行具有不同尺寸的闭孔泡沫铝试件的准静态单轴压缩试验,获得了名义压缩应力-应变曲线。实验结果表明,闭孔泡沫铝的力学性能具有较为明显的尺寸效应。当厚度不变时,闭孔泡沫铝的屈服应力会随着压缩横截面的增大而有所提高;当压缩横截面不变时,闭孔泡沫铝的屈服应力先是随着试件厚度的增大而减小,然后趋向稳定。最后,对造成尺寸效应现象的相关机理进行了解释。     

采用改进的SHPB方法对闭孔泡沫铝的动态压缩性能的研究

采用改进的分离式霍普金森压杆,分别对长度为10、16mm的闭孔泡沫铝试件在不同应变率下进行了动态压缩试验,得出了相应的应力-应变曲线,分析了应变率对闭孔泡沫铝的变形、应力以及能量吸收性能的影响.结果表明:在340～1350s-1下,两组试件均未能完全压实,动态压缩应力-应变曲线只存在弹性区和屈服平台区,缺少致密区;闭孔泡沫铝的变形、应力以及能量吸收性能均有明显的应变率效应.     

钪锆元素增强泡沫铝合金的压缩和吸能性能

采用熔体发泡法制备孔隙率为71.5%~72.5%、孔结构均匀的泡沫Al-0.2Sc-0.17Zr合金。研究孔结构、胞壁显微组织以及等时时效对其压缩和能量吸收性能的影响。结果表明:泡沫铝合金的孔径约为1 mm,且多呈球形;初生Al3(Zr,Sc,Ti)相具有层状结构,并能有效细化铸态晶粒(尺寸约为50μm);在200~600℃等时时效过程中,泡沫试样的压缩性能随温度升高呈现先升高后下降的趋势,325和425℃分别表现出由Sc和Zr大量析出引起的两个明显的强度峰;时效至425℃时试样的能量吸收能力最强,且峰值时效附近的试样能量吸收效率均得到提高,高效阶段更持久;TEM实验结果表明,时效至425℃的泡沫铝试样胞壁中弥散分布着大量细小、共格的二次Al3(Sc,Zr,Ti)相,其粒径为2.1~4.1 nm,这些相能钉扎晶界,阻碍位错运动,因而能显著提高泡沫铝合金的压缩和吸能性能。     

超轻多孔金属的耐腐蚀性能

研究闭孔泡沫铝的孔结构、基体对耐蚀性能的影响,探讨提高耐腐蚀性能的途径。结果表明：其耐蚀性远低于实体金属,在孔径相近情况下,随孔隙率的增大,表面积增大,使耐腐蚀性能下降;Al-Mg-Re基防锈泡沫铝具有优异的耐腐蚀性能;添加适量稀土元素可以提高耐腐蚀性能。提高泡沫铝耐腐蚀性能的途径为：降低小孔径泡沫铝的孔隙率;采用防锈泡沫铝和添加适量稀土元素;对泡沫铝进行喷漆处理或阳极氧化、化学转化处理等。     

纯铜径向微压缩塑性变形行为尺寸效应

对不同晶粒尺寸的纯铜多晶体圆柱试样,开展径向微压缩试样。实验结果表明,随着晶粒尺寸的增大,成形力减弱,分散性增大,并出现不规则表面。提出了基于表层晶粒位错堆积的修正表层模型和基于标准偏差理论和晶粒尺寸分布的流动应力波动性公式,分析了微压缩变形中的成形力尺寸效应。从表层晶粒以旋转为主要变形模式的角度,讨论了表层晶粒非均匀塑性变形。与实验结果吻合很好。     

Al基和Al-6Si基闭孔泡沫铝的动态压缩性能

利用熔体转移发泡法制备了不同密度的Al基和Al-6Si基闭孔泡沫铝(CCAF),探讨了CCAF基体的微观形貌及物相组成,对其动态压缩性能进行了研究。结果表明:Al基CCAF基体微观形貌较单一,基本上是小块状(Al20CaTi2);而Al-6Si基CCAF基体微观形貌复杂,主要呈大片状(Al3.21Si0.47和CaAl2Si3)、长针状(Al3Ti)和小白点(Al2O3)。动态压缩结果显示:Al基CCAF压缩应力—应变曲线较平缓,断裂层有明显的材料撕裂痕迹;而Al-6Si基CCAF压缩应力—应变曲线不光滑,个别曲线波动较大,断裂层出现显著的脆性材料断裂特征;随着相对密度的增加,Al基和Al-6Si基CCAF屈服强度(σpl)和表观弹性模量(E0.2)整体趋势都在增加。     

应变率对泡沫Al-Mg合金压缩性能的影响

在应变率分别为10^-3s^-1,600s^-1和1600s^-1条件下对开孔泡沫Al-Mg合金进行了压缩试验，测量了不同应变率下材料的压缩应力．应变(σ-ε)曲线，研究了应变率的变化对这种Al合金泡沫的压缩性能和吸能性的影响。试验结果表明：这种开孔结构的泡沫Al-Mg合金具有明显的应变率效应，随应变率的提高，其屈服强度和流动应力升高；因此，与静态下相比，动态压缩下的吸能性上升，而对应的应力也随之提高。     

金属强度的尺寸效应

简要综述了金属强度的晶粒尺寸效应和样品尺寸效应的研究历史和现状,揭示了它们的基本强化机制分别是增加位错运动的阻力和增加位错产生的难度.在一些纳米金属中发现这2种机制同时起作用,从而指出利用这2种机制调控纳米金属强塑性的可能性.这种可能性在纳米纯Al中得到了验证.     

泡沫铝合金显微组织和压缩力学性能的研究

采用Si、Mg及Cu元素进行合金化处理，制备了几种不同力学性能的开孔泡沫铝，并通过准静态压缩实验，研究合金化对泡沫铝压缩力学行为与吸能特征的影响。实验结果表明：采用Si、Mg及Cu元素合金化处理显著改变了泡沫铝的应力-应变行为与吸能特征，使泡沫铝的屈服强度提高，吸能性大幅度上升。另外，还研究了渗流法制备工艺对泡沫铝微观组织和性能的影响，结果显示由于渗流法制备过程特殊的凝固条件，使得泡沫铝的微观组织比相同成分的铸造铝合金的组织明显粗大。     

闭孔泡沫铝的电磁屏蔽性能

采用粉末冶金发泡法制备闭孔泡沫铝,通过调整发泡剂含量、发泡温度、粘度、保温时间等手段,制得孔隙率可调、孔洞分布均匀的闭孔泡沫铝样品,并测试了不同孔隙率、孔径泡沫铝样品的电磁屏蔽性能.结果表明:在100～1000MHz内,泡沫铝的电磁屏蔽性能在60～90dB之间,且随着孔隙率、孔径的增加,泡沫铝的电磁屏蔽性能下降.     

Size effects on flow stress of C3602 in cylinder compression with different lubricants

Micro parts are more difficult to be formed than macro parts because of size effects. The size effects on the flow stress of copper alloy C3602 with different lubricants were studied. Specimens were heat treated at 350°C for 1 h and 700°C for 3 h in nitrogen atmosphere, respectively. The initial diameters of the specimens were varied from 5 to 1 mm with a height-to-diameter ratio h ₀/D ₀ = 1.5. Cylinder compression was carried out in the lubrication condition with talc powder, without lubricant, with petroleum jelly, and with vegetable oil. The experiment was carried out at room temperature on a universal testing machine INSTRON 5569 with a strain rate of $ \dot \varepsilon $ \dot \varepsilon = 0.0025 /s. The results show that with the same lubricant, the yield strength decreases with a decrease in specimen size for the specimens annealed at 350°C for 1 h; however, it increases with a decrease in specimen size for the specimens annealed at 700°C for 3 h. The yield strength decreases with an increase in grain size. The influences of lubricants on yield strength become larger with miniaturization of the specimens.     

Ca增粘熔体发泡法制备闭孔泡沫铝的研究

研究了熔体发泡法制备闭孔泡沫铝过程中,金属钙对熔体的增粘机理以及不同钙加入量对闭孔泡沫铝孔隙率的影响。发现加入金属Ca并搅拌均匀后,主要生成金属间化合物CaAl4和CaAl2,在熔体中弥散存在,且CaAl4熔点(697℃)高于制备泡沫铝的试验温度(680℃),处于半熔化状态,因此增加了铝熔体粘度。试验近一步证实,纯铝中金属钙的加入量对闭孔泡沫铝孔隙率有很大影响,当加入量为2.5%制备所得的泡沫铝的孔隙率最高。     

泡沫铝的新型渗流法制备及其压缩性能

在热传计算的基础上,采用锌粒子为前驱体、铝熔体为渗流体,通过氩气渗流制备通孔泡沫铝;对泡沫铝的制备、压缩性能及锌残余量进行研究。结果表明:滑石粉隔热层厚度与渗流时间之间的关系为x2=7.35×10-8τ;优化的渗流工艺如下:渗流温度740℃、锌粒子预热温度220℃、锌粒子直径3 mm;平均孔径为3 mm的泡沫铝的屈服强度随孔隙率的增加而减小;孔隙率为63%和67%的泡沫铝的屈服强度都随孔径的增大而提高;泡沫铝孔隙率从60%提高到71%,锌残余量从11.3%降低到4.5%。     

Compressive and energy absorption properties of closed-cell magnesium foams

The quasi-static compressive mechanical behavior and deformation mechanism of closed-cell magnesium foams were studied, and the effects of the density of magnesium foams on the compressive and energy absorption properties were also discussed. The results show that the compressive process of closed-cell magnesium foams is characterized by three deformation stages: linear elastic stage, collapsing stage and densification stage. At the linear elastic stage, the peak compressive strength (σ ₀) and Young’s modulus (E ₀) increase as the density increases. Magnesium foams can absorb energy at the collapsing stage. In a certain strain range, the energy absorption capacity also increases as the density of magnesium foams increases.     

Compressive properties of aluminum foams by gas injection method

The compressive properties of aluminum foams by gas injection method are investigated under both quasi-static and dynamic compressive loads in this paper.The experimental results indicate that the defo...