规则多孔铜压缩性能的各向异性

在氢气或氢气和氩气的混合高压气氛中,采用定向凝固技术制备规则多孔铜材料;在室温下测试不同气孔率规则多孔铜在不同方向的压缩性能;研究气孔率和压缩方向对规则多孔铜力学性能的影响规律。结果表明:当气孔率和压缩方向不同时,规则多孔铜的压缩应力—应变曲线表现出不同的特征;当压缩方向相同时,规则多孔铜的压缩屈服强度随气孔率的增加而降低;规则多孔铜的力学性能呈现明显的各向异性,其屈服强度和能量吸收能力随着压缩方向与气孔方向夹角的增大而减小;当压缩方向与气孔方向的夹角为0°时,其屈服强度和能量吸收能力最大。     

藕状规则多孔Cu气孔率的理论预测

采用定向凝固技术,在氢气或氢气和氩气的混合气氛中制备得到了藕状规则多孔Cu．通过求解稳态凝固界面前沿的溶质场,获得了氢在金属固相中的浓度分布,进而建立了气孔率计算的理论模型．考虑凝固速率和扩散系数的影响,用该模型预测的理论气孔率与实验结果很好吻合．同时也获得了Gasar凝固试样的气孔率随气体分压变化而变化的规律．     

气压对藕状多孔Cu-Cr合金气孔结构及形貌的影响

采用金属/气体共晶定向凝固工艺(Gasar),在不同氢气压力条件下制备了藕状多孔Cu-Cr合金,研究了氢气压力对藕状多孔Cu-Cr合金气孔结构和形貌因子的影响。结果表明,当氢气压力大于气孔形成临界压力时,随氢气压力的增大,气孔率和孔隙密度增大,而平均气孔直径缓慢减小;当氢气压力大于气体逸出临界压力时,气孔率和平均气孔直径急剧减小,而孔隙密度大幅增加;此外,随氢气压力的增加,气孔形貌因子逐渐减小。     

固/气共晶定向凝固中的工艺判据

气体压力和熔体过热度决定熔体中气体溶解量从而直接影响多孔试样的气孔率.通过理论分析建立了固/气共晶定向凝固中气体逸出和藕状多孔结构形成所需的过热度和气体压力判据.以金属/氢共晶为例,计算结果表明,过热度和氩气分压均应有一适中的范围:给定氢气和氩气分压时,过热度应高于藕孔形成临界过热度而低于氢气逸出临界过热度;给定过热度和氢气分压时,氩气分压应高于氢气逸出临界氩气分压而低于藕孔形成临界氩气分压.该分析结果从藕状多孔Mg的实验结果得到了验证,可以作为高质量规则多孔材料实际制备过程的工艺参数指导原则.     

规则多孔铜的拉伸性能及其各向异性

采用固-气共晶定向凝固的方法制备规则多孔铜,研究其室温拉伸性能的各向异性和气孔率对拉伸力学性能的影响,建立表征抗拉强度与气孔率和拉伸方向相关的数学模型.结果表明:规则多孔铜的拉伸性能主要取决于材料的气孔率和拉伸方向;随着气孔率的增大,规则多孔铜的拉伸性能明显下降:规则多孔铜拉伸性能呈各向异性特征,0°方向性能最好,45°方向的次之,90°方向的最差;各拉伸方向的实验数据与模型数据吻合良好.断口分析表明:规则多孔铜呈韧性断裂,拉伸断裂从孔壁处开始,最终因颈缩导致完全断裂.     

熔体过热度对定向凝固藕状多孔金属结构均匀性的影响（英文）

结构均匀性是影响藕状多孔金属的物理和力学性能的重要参数。系统研究熔体过热度对金属-气体共晶定向凝固(Gasar)制备藕状多孔金属的多孔结构均匀性以及气孔率、气孔形貌的影响规律。实验结果表明,凝固过程中存在一临界过热度(△T_c),超过该临界值时,凝固界面前沿熔体中会发生气泡的形核和上浮溢出("冒泡"或"沸腾")现象,结果造成气孔率的下降。另外,过高的过热度会导致相邻气孔的合并粗化,形成大尺寸气泡,最终获得不均匀的气孔结构。在实验结果基础上,建立气泡溢出的临界过热度(△T_c)理论模型和氢气溢出系数计算模型。在考虑氢气溢出时,理论预测的气孔率与实验结果吻合较好。     

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.     

区域熔炼法制备藕状多孔铜

采用区域熔炼法在氢气氛下制备了藕状多孔铜,其气孔呈圆柱状沿凝固方向分布。研究了凝固速率对气孔率、气孔直径和气孔数密度的影响。结果表明:气孔率随凝固速率的增加而增大;凝固速率的增加能促进气泡形核,使平均气孔直径减小而气孔数密度增大。所制备的藕状多孔铜的气孔率和气孔直径可通过调节凝固速率而得到控制。     

金属-气体共晶定向凝固工艺参数对藕状多孔金属镁结构的影响

利用自行丌发的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：提高铸型的预热温度可以完全消除铸锭侧向的无气孔金属壳：随着氢气压力的增大，铸锭的气孔率和气孔平均直径都在减小、气孔的尺寸分布均匀性提高。     

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.     

定向凝固多孔Mg-Zn合金的制备及气孔结构

采用Bridgman型定向凝固法制备出藕状多孔Mg-Zn合金.研究了不同锌含量和氢气压力对气孔形貌的影响.通过理论计算对Mg-1Zn(质量分数,％,下同)合金的孔隙率进行了预测.结果表明,锌元素的加入会对孔结构产生重大影响.随着Zn含量从0％增加到2％,平均孔径增加.随着氢气压力从0.1 MPa增加到0.6 MPa,M...     

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     

Fabrication of lotus-type porous Mg−Mn alloys by metal/gas eutectic unidirectional solidification

Lotus-type porous Mg–xMn (x=0, 1, 2 and 3 wt.%) alloys were fabricated by metal/gas eutectic unidirectional solidification (the Gasar process). The effects of Mn addition and the fabrication process on the porosity, pore diameter and microstructure of the porous Mg−Mn alloy were investigated. Mn addition improved the Mn precipitates and increased the porosity and pore diameter. With increasing hydrogen pressure from 0.1 to 0.6 MPa, the overall porosity of the Mg−2wt.%Mn ingot decreased from 55.3% to 38.4%, and the average pore diameter also decreased from 2465 to 312 μm. Based on a theoretical model of the change in the porosity with the hydrogen pressure, the calculated results were in good agreement with the experimental results. It is shown that this technique is a promising method to fabricate Gasar Mg–Mn alloys with uniform and controllable pore structure.     

SHS法制备高孔隙度TiNi合金

使用Ｔｉ和Ｎｉ的元素粉末,用自蔓延高温合成（ＳＨＳ）技术制备了等原子的多也ＴｉＮｉ形状记忆合金,获得的多孔样品具有规整的外形和一定的尺度及较好的孔洞连通必否则一样品表观密度、最大孔径和透气性能。用ＳＥＭ和ＸＲＤ报样品的孔洞特征、元素分布及相组成。结果表明,ＳＨＳ法制备高孔隙度ＴｉＮｉ合金,产物孔隙度高达５０％以上,元素化合充分、成份均匀、且工艺过程短、节省能源,是一种比较理想的制备方法。     

多孔CoCrNi中熵合金的制备和吸能特性分析

本文采用粉末烧结-溶解法成功制备了孔隙率为63%~78%,孔径1.3~2.2mm的多孔CoCrNi中熵合金,借助SEM和XRD对试样的孔形貌和物相组成进行分析,并对试样进行轴向准静态压缩实验研究。结果表明：多孔CoCrNi中熵合金的弹性模量和屈服平台应力均随孔隙率、孔径的增大而减小;相对孔隙率而言,孔径对力学性能的影响程度较低;不同孔隙率的多孔CoCrNi中熵合金其致密应变下单位体积的能量吸收值为34.8~14.3MJ/m₃^,约为泡沫铝的3.8倍,且5种孔隙率的理想吸能效率(I)都接近0.8,说明该多孔CoCrNi中熵合金有潜力成为一种理想的吸能材料。     

大气等离子喷涂制备梯度多孔电极及其碱式电解水性能研究

目的 探索电极的梯度多孔结构对碱式电解水析氢性能的影响。方法 采用大气等离子喷涂工艺制备不同Al含量的涂层,经化学腐蚀后,得到单一多孔电极和梯度多孔电极。通过SEM/EDS、XPS、XRD和工业CT对样品微观形貌、元素价态、物相等进行表征和分析,采用线性扫描伏安法(LSV)、循环扫描伏安法(CV)和电化学阻抗谱法(EIS)等手段研究样品的析氢性能。结果 通过控制Al的添加量,可以有效控制涂层的孔隙率。通过多组粉末的配合喷涂,成功实现了梯度多孔结构的制备。所制备样品的析氢Tafel斜率都接近于120 mV/dec,其析氢速率控制步骤皆为Volmer过程,即水分子吸附和解离过程。N30A表面最平整,表现出最接近电容的阻抗特性,其电解性能也因此最差;N40A表现出与N50A类似的阻抗特性,但其整体孔隙率较低,因此其电解性能较差;低电流密度下,N50A和N543A表现出十分接近的电解性能,而高电流密度下N543A表现出更加优越的电解性能。结论 梯度多孔结构的引入可以促进电解液的输运,同时提供较好的排气能力,又能保证足够的反应活性位点,因此可以有效提升析氢性能。     

Structure and oil retaining capacity of gasar copper fabricated by radial solidification with a combined crystallizer

Porous copper with elongated pores was fabricated by a radial solidification method. The process was carried out in a combined crystallizer under high pressure of a mixture of hydrogen and argon. Pore size, pore length, pore density and porosity of the porous copper were characterized. Furthermore, the oil retaining capacity including oil content and oil efficiency was also evaluated. It is found that porous copper solidified with water-circulated chiller through a thick graphite jacket possesses a gradient structure with increasing pore size, and thus pore density decreases. Also pore length and pore aspect ratio decrease from lateral inwardly, while its porosity is almost uniform. The results show that the porous copper with radial pores has a good oil retaining capacity.     

Effect of transference velocity and hydrogen pressure on porosity and pore morphology of lotus-type porous copper fabricated by a continuous casting technique

A continuous casting technique was developed to fabricate, in a pressurized hydrogen atmosphere, lotus-type porous copper with long cylindrical pores aligned parallel to the solidification direction. The molten copper dissolving the hydrogen was pulled downward to be solidified through a cooled mould at a given transference velocity. This technique has the benefit of producing long-sized lotus-type porous metal slabs as long as 700 mm. The effects of the hydrogen gas pressure and the transference velocity on the porosity and the pore morphology were investigated. The porosity was independent of the transference velocity but dependent on the hydrogen gas pressure. The average pore diameter and pore length were affected by the changes of both the transference velocity and hydrogen gas pressure. The change of transference velocity affected the pore formation position near the slab surface. The porosity and pore size were therefore well controlled by the transference velocity and hydrogen gas pressure. It is concluded that the continuous casting technique is a promising method for the mass production of lotus-type porous metals.     

藕状多孔铜的连铸法制备工艺研究

连铸法是一种制备具有均匀孔洞分布的大尺寸藕状多孔材料的新工艺.利用自行开发的GASAR连铸装置,成功拉制出了15 mm的藕状多孔Cu连铸试样,并研究了下拉速率对孔隙率及气孔直径的影响.结果表明:随着下拉速率的增加,连铸试样中气孔尺寸分布逐渐变均匀;下拉速率对孔隙率的影响不大,而气孔直径随下拉速率的增加而降低.     

钛合金变形Gyroid单元多孔结构设计与分析

三周期极小曲面（triply periodic minimal surfaces, TPMS）多孔结构研究广泛,但变形TPMS多孔结构研究较少,而变形TPMS多孔结构在一定方向上的力学性能存在潜在优势。研究Gyroid单元多孔结构的参数化设计方法,采用激光选区熔化（selective laser melting, SLM）技术制备出孔隙率为60%和75%的常规和变形Gyroid单元多孔钛合金样件。通过Micro-CT观察样件的形貌特征,内部连通性良好,未发现有明显的结构断裂和孔隙堵塞。采用Instron电子万能材料试验机进行力学压缩试验,结果表明：孔隙率为60%的变形Gyroid单元多孔结构的抗压强度相比常规Gyroid单元多孔结构增加49.3%,弹性模量增加63.5%;孔隙率为75%时抗压强度增加40.5%,弹性模量增加70.5%。研究结果表明,在相同孔隙率的情况下,长轴在压缩方向上的变形Gyroid单元结构具有更优的力学性能。