凝固模式对Gasar多孔Cu-Cr合金结构及组织影响

在0.6 MPa纯H2气氛中,采用金属/H2共晶定向凝固(Gasar)技术制备得到Gasar多孔Cu-x Cr合金。研究了Cr含量、凝固模式以及凝固速率对Gasar多孔合金气孔结构和显微组织的影响。结果表明,当合金以平面、胞状及柱状枝晶凝固时,Gasar多孔Cu-x Cr合金能获得定向生长气孔。当凝固方式转变为等轴枝晶凝固时,定向生长气孔发生中断。Gasar多孔Cu-x Cr合金(x=0.8%、1.3%)气孔在共晶相前沿析出,与共晶组织协同定向生长。随Cr含量增加,共晶组织体积百分比增加,孔隙率和孔圆整度进一步增加;随多孔Cu-1.3 Cr合金试样凝固高度增加,凝固速率下降,界面生长方式转变为等轴晶生长方式,则无法得到定向生长气孔。     

Al-H系定向凝固制备多孔Al

传统多孔金属材料大多以Al为基,其气孔多为随机分布的不规则形状.而作为规则多孔金属的制备方法--金属/气体共晶定向凝固法(又称Gasar工艺)业已成功应用于Mg,Cu,Ni,Ag,Fe和Si等多种材料,但这一工艺对于Al却并不适用本工作对此进行的实验研究和理论分析认为,Al熔体中氢气溶解总量过少,加之目前Gasar工艺下Al-H体系的凝固速率较低,因此不能维持固、气两相协同共生生长,导致无法直接采用Gasar工艺制得藕状规则多孔Al.     

工艺参数对藕状多孔Mg合金结构影响的模拟仿真

在金属/气体共晶定向凝固工艺(Gasar)中,气体压力、过热度以及凝固速率是影响藕状多孔金属结构的最重要参数。建立了一个描述Gasar工艺过程的传热、传质、气孔形核、生长、合并及气孔与固相的协同生长的三维非稳态理论模型。并且采用有限差分的方式,实现了定向凝固铸造法Gasar工艺过程中藕状多孔结构形成及演变的计算机仿真,揭示了气体压力和凝固速率对藕状多孔金属最终结构参数的影响。基于Mg-H系的模拟与相应试验结果吻合较好,验证了所建仿真模型的合理性。     

单室Gasar工艺中抽拉速率对藕状多孔Cu气孔形貌的影响

采用单室Gasar工艺,通过实验研究和Procast凝固模拟相结合,研究了坩埚抽拉速率对凝固界面形貌、铸锭平均凝固速率、藕状多孔Cu气孔形貌、气孔生长方向以及相应多孔结构参数的影响规律.研究表明,随着抽拉速率的升高,凝固界面从凸界面向平界面再向凹界面演化.当凝固界面为凸界面和凹界面时,气孔生长方向都会偏离铸锭抽拉方向.而只有在合适的抽拉速率条件下使凝固界面以平界面方式推进,才能获得气孔完全平直生长的优质藕状多孔Cu.实验和模拟结果显示,在本实验条件下,当抽拉速率为1 mm/s时,铸锭凝固界面基本以平界面方式推进;藕状多孔Cu铸锭的气孔率不受抽拉速率的影响,但随着抽拉速率的增大,平均孔径和通孔率会逐渐降低.     

金属-氢共晶定向凝固热力学模型

通过对金属-氢共晶定向凝固过程的热力学分析,建立了一个用来描述Gasar工艺中工艺参数对气孔直径及气孔间距影响的理论模型,并用该模型与相关实验数据进行比较.结果表明,理论计算结果与实验结果吻合较好.Gasar多孔Cu试样的气孔直径及气孔间距l随下拉速率v的增加而不断降低;l和v的关系为:vl2=B(B是与熔体温度和H2压力有关的常数).低下拉速率下,气孔结构与模型假设理想结构的偏离,以及固/液界面附近的熔体对流,是造成理论计算值与实验值存在一定偏差的主要原因.     

藕状规则多孔结构形成的压力条件和气孔尺寸的演变规律

金属-气体共晶定向凝固（Gasar）是一种制备规则多孔金属的新工艺,本工作通过分析气泡的生长条件,建立了藕状多孔结构形成的压力判据（H2气和Ar气分压比）,并从实验上研究了凝固压力对气孔尺寸的影响规律,结果表明,随着凝固压力（气体总压）的增大,气孔平均直径不断降低。     

生长速率对NiAl-7.8Mo亚共晶合金定向凝固组织及界面形态的影响

采用高温度梯度定向凝固装置制备了NiAl-7.8Mo亚共晶合金,系统研究了生长速率对合金凝固时界面形态、枝晶生长及初生相析出的影响.随生长速率的增大,固液界面依次呈现平、胞枝、枝的形貌转变,初生β相的一次枝晶间距λ1在胞晶生长阶段逐渐增大,而在枝晶生长阶段λ1又逐渐减小;二次枝晶间距λ2随生长速率的增加一直减小.初生β相的析出量随生长速率的增加而增加.分析结果表明:生长速率增加导致熔体过冷度增加,使得NiAl初生相形核率增加,最终导致初生β相的析出量随生长速率的增加而增加.     

生长速率对NiAl-7.8Mo亚共晶合金定向凝固组织及界面形态的影响

采用高温度梯度定向凝固装置制备了NiAl-7.8Mo亚共晶合金,系统研究了生长速率对合金凝固时界面形态、枝晶生长及初生相析出的影响。随生长速率的增大,固液界面依次呈现平、胞枝、枝的形貌转变,初生β相的一次枝晶间距λ1在胞晶生长阶段逐渐增大,而在枝晶生长阶段λ1又逐渐减小;二次枝晶间距λ2随生长速率的增加一直减小。初生β相的析出量随生长速率的增加而增加。分析结果表明:生长速率增加导致熔体过冷度增加,使得NiAl初生相形核率增加,最终导致初生β相的析出量随生长速率的增加而增加。     

定向凝固藕状多孔Si的孔结构(英文)

采用定向凝固的方法,在一定的氢压条件下制备具有长孔结构的藕状多孔Si。通过调整凝固速率和氢气压力,铸锭的孔隙率、孔径和孔长度能够得到有效控制。实验结果表明:当其他条件不变时,铸锭的面孔隙率几乎不随凝固速率发生变化,但随着氢气压力的增加而逐渐降低。采用理论模型获得的不同氢压条件下制备出的铸锭体孔隙率预测结果与实验结果吻合较好。随着凝固速率和氢气压力的降低,铸锭的平均孔长度和孔径均逐渐增加,长径比则基本保持不变。通过将熔体的过热度从200 K提高到300 K,制备得到的试样其平均孔径增加约0.3mm,平均孔长度从7 mm提高至24 mm,平均长径比则由8提高至20。     

气体压力对定向凝固多孔Cu气孔结构的影响

利用自行开发研制的Gasar装置,在H2和Ar的高压气氛中制备了具有规则气孔结构的定向凝固多孔Cu,并研究气体压力对多孔Cu气孔结构的影响.结果表明:当H2压力一定时,随着Ar压力增加,气孔率逐渐减小;当Ar压力一定时,随着H2压力的增加,气孔率呈现先增加后减小的趋势;随着H2压力的增加,气孔的平均直径减小,尺寸分布均匀性提高.     

Gasar规则多孔合金气孔析出机制研究

在纯H_2气氛中,采用金属/H_2共晶定向凝固技术制备得到了不同合金成分和气压条件下的多孔Cu-xCr合金,研究了多孔Cu-xCr合金气孔析出机制。结果表明:气孔在Gasar多孔Cu及单相Cu-Cr合金中的晶内和晶界均能形核,而在Gasar多孔亚共晶及过共晶Cu-xCr合金中,气孔在共晶组织上析出和共晶组织协同定向生长。     

Gasar工艺下藕状多孔银的气孔结构研究

金属-气体共晶定向凝固（Gasar)是制备藕状多孔金属的新工艺,利用自行研制的Gasar装置,成功地制备了不同纯氧分压下的藕状多孔银试样,研究了氧气分压对藕状多孔银气孔形貌（气孔率、气孔尺寸和分布、气泡形核）的影响。结果表明：氧气分压对气孔形貌影响十分显著。随着氧气压力的增加,气孔率增大而平均气孔直径减小。     

Effect of Transverse Convection Induced by Density Differences on Bidirectional Solidification of Metal-Gas Eutectic

利用金属/气体共晶二维定向凝固的方法制备出放射状多孔金属. 凝固过程中, 气孔的 生成使熔体体积膨胀, 从而导致凝固界面前沿出现剧烈的熔体流动. Mg-H系实验结果显示, 横向对 流会影响气孔的生长方向, 促进气泡逸出以及降低气孔分布的均匀性. 通过合理的铸型结构设计以及 选择适当的工艺参数, 可以将剧烈而有害的横向对流限制至一个较低的程度, 从而制得高质量的气孔 均匀分布的放射状多孔镁.     

用金属/气体共晶二维定向凝固法制备放射状规则多孔Mg

采用热传导方向为径向的金属一气体共晶二维定向凝固方法（二维Gasar）,在纯氢和氢、氩混合气氛下制备了气孔沿径向规则分布的放射状多孔金属Mg．研究了放射状多孔金属结构的特点以及气体压力等工艺参数对孔隙率、孔径和气孔分布的影响．结果表明,在圆柱形试样的二维定向凝固过程中,金属一气体共晶形成的体积膨胀会在凝固前沿的液相中产生大的对流,影响气孔的生长方向和规则程度,同时还会导致气体的逸出．随混合气体中氩气分压的增大,逸出程度下降;当氩气分压大于氢气分压时,气体的逸出被完全抑止．由此可以准确地预测出放射状规则多孔金属的孔隙率．     

Gasar多孔合金研究进展

Gasar是一种基于气体在金属固/液两相中的溶解度差而发展起来的制备多孔金属的新工艺。如何获得气孔结构规则的多孔合金,是当前Gasar多孔材料大规模应用的技术瓶颈和研究热点之一。造成多孔合金气孔结构规则性难以控制的主要原因有：合金凝固时其界面前沿“糊状区”的影响,以及合金元素加入后,固-液界面失稳而导致的凝固模式改变;前期研究主要从制备技术改进和合金成分设计（微合金化）这两个角度,来弱化以上两个因素对气孔定向生长的影响。从制备技术发展（简单模铸法→连续区域熔炼法→连续铸造法）的角度,综述了国内外Gasar多孔合金的研究进展,总结了影响多孔合金气孔结构规则性的主要因素,分析了现有研究的不足,并对今后的发展方向进行了展望。     

熔体流动对Mg-H共晶二维定向凝固的影响

利用金属/气体共晶二维定向凝固的方法制备出放射状多孔金属.凝固过程中,气孔的生成使熔体体积膨胀,从而导致凝固界面前沿出现剧烈的熔体流动.Mg-H系实验结果显示,横向对流会影响气孔的生长方向,促进气泡逸出以及降低气孔分布的均匀性.通过合理的铸型结构设计以及选择适当的工艺参数,可以将剧烈而有害的横向对流限制至一个较低的程度,从而制得高质量的气孔均匀分布的放射状多孔镁.     

Influence of Structural Parameters on Tensile Property of Gasar Porous Copper

采用金属-气体共晶定向凝固工艺,制备了不同结构参数的Gasar多孔铜,并研究了结构参数对单向拉伸下多孔铜性能的影响。利用扫描电镜观察拉伸试样的断面形貌,通过建立数学模型和计算机模拟的方法来表征其拉伸强度,并用实验数据加以验证。结果表明,多孔铜的拉伸性能主要取决于气孔率和拉伸方向;多孔铜在平行气孔轴向拉伸时比垂直气孔轴向拉伸时具有更优异的抗拉强度;平行气孔轴向拉伸时,抗拉强度随着气孔率的增加线性下降,气孔对基体的应力集中作用微小,抗拉强度的数学模型数值和模拟数值与试验数值拟合良好;垂直气孔轴向拉伸时,抗拉强度随气孔率的增大而明显下降,气孔对基体的应力集中作用显著,抗拉强度的试验数值与模型数值以及模拟数值基本符合     

金属-气体共晶定向凝固制备藕状多孔金属的研究

金属-气体共晶定向凝固(Gasar)是一种制备规则多孔金属的新工艺.利用自行开发的Gasar装置,成功制备了具有规则气孔分布的藕状多孔金属Mg,并研究了铸型预热温度和气体压力等工艺参数对气孔率、气孔大小和分布的影响.结果表明:提高铸型预热温度可以完全消除无气孔金属壳;随着氢气压力的增大,铸锭的平均直径都在减小;在整个Gasar凝固中约有8%左右的氢气溢出.     

GASAR多孔Cu-1.3Cr合金制备及结构特征

采用金属/H2共晶定向凝固技术在纯H2气氛下制备了不同气压条件下的多孔Cu-1.3Cr合金,研究了气体压力对多孔Cu-1.3Cr合金气孔结构和分布的影响。结果表明,在纯H2条件下,平均孔隙率随气压升高逐渐增大,当气压超过0.5 MPa时,由于气体逸出造成孔隙率有所下降;气孔平均孔径随气压升高而减小;气压越高,气孔越多,气孔分布越均匀。同时,气孔的尺寸分布范围变窄,气孔间距变小。     

Gasar工艺获得均匀藕状多孔结构的气压选择

在用金属-气体共晶定向凝固（Gasar）制备藕状规则多孔金属的工艺中,气体压力是对多孔结构影响最大且最方便调控的工艺参数,在讨论Gasar工艺中所用气体种类选择原则的基础上,通过分析Gasar凝固过程,给出了获得指定气孔率且气孔尺寸分布和位置分布都均匀一致的理想藕状多孔结构的气压选择条件．以Mg-H系为例从实验上验证了该选择条件,为制备高质量的藕状多孔金属提供了合理的工艺参数．