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泡沫铝芯三明治的粉末冶金制备及其性能研究

梁晓军  
【摘要】:粉末冶金发泡法是目前泡沫金属研究领域的一个热点方向。本文在这一背景下对泡沫铝三明治(AFS)的粉末冶金制备工艺及其性能进行了探索研究。 研究表明,影响泡沫铝孔结构的主要参数包括预制块的压力和压制温度,合适的压力为200MPa~300MPa,压制温度450℃;其他影响因素包括混粉的均匀性、发泡剂含量、预设炉温、加热速度等。孔结构的演变有三个阶段:半固态预制块中的裂隙形成;熔体中气泡的球形、类球形化及多边形化;气泡的破裂、合并和粗化及熔体孔隙率纵向重新分布。提高泡沫熔体稳定性的关键是增加熔体的粘度。 三明治制备研究发现:热压时铁面板与芯部预制块形成机械结合,结合强度较低;而钛、铝面板与芯部形成原子扩散,强度较好。其中铝面板与芯部之间发生充分的原子扩散,已无明显的界面。在发泡过程中,铁、钛/泡沫铝界面主要通过液-固扩散分别生成FeAl3和TiAl3金属间化合物及其与Al( )混合的少量凝固组织,板/芯之间形成了良好的冶金结合;铝/泡沫铝硅加热发泡,通过面板局部熔化与熔融泡沫芯形成液-液扩散,凝固后形成完美的冶金结合组织。铝硅泡沫芯的凝固组织为先共晶的Al( )+Al-Si类共晶组织,其中类共晶组织中硅呈针状分布。 对三明治压缩与弯曲性能的测试表明,随孔隙率增加,压缩变形的表观弹性模量、屈服应力以及吸能能力逐渐减小,而吸能效率逐渐提高。三点弯曲时P-δ曲线有线性、非线性、失稳等三个阶段。随孔隙率增加,弯曲比刚度P/δ下降。弯曲变形后,三明治面板与芯部结合良好,未出现分离。


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