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泡沫铝真空发泡制备技术研究

作　者: 王俊
导　师: 左孝青
学　校: 昆明理工大学
专　业: 材料学
关键词: 泡沫铝合金初始气孔真空发泡力学性能机理
分类号: TG146.21
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

泡沫铝合金具有比重小、比强度高、能量吸收、吸音、减振及绝热等特点,在航空航天、交通运输、建筑工程、机械工程等领域有着广阔的应用前景。为了克服发泡剂成本高、分散性差、与发泡工艺匹配难等缺点,并为其它泡沫金属材料提供一种新的制备方法,本文提出了一种新的泡沫铝合金制备方法一真空发泡法,即向铝合金熔体中添加极少量TiH2,通过高速搅拌使TiHH2分解的气泡分散及分裂,在铝合金熔体内部产生分布均匀、数量众多的初始气孔,然后在真空中发泡制备泡沫铝合金,具有低成本、孔结构可控、工艺稳定等特点。本文对泡沫铝合金真空发泡制备工艺所制备的泡沫铝合金的力学性能及制备机理进行了研究。研究结果如下：(1)利用真空发泡法制备泡沫铝合金的最优工艺参数为：铝合金的熔化温度为620℃；保温时间为1h；Ca含量为2%；SiC含量为1%；Pb含量为1%；TiHH2含量为0.02%；增粘搅拌速度为2000r/min,搅拌时间为10min；初始气孔产生搅拌速度为2000r/min、搅拌时间为6min；发泡真空度为5Pa、10Pa；发泡时间为10s、20s；真空条件下冷却时间为6min。(2)对2%Ca和1%SiC共同增粘及10%SiC单独增粘制得的泡沫铝合金的压缩性能进行了研究,结果表明：在孔结构相近的情况下,前者的屈服强度和能量吸收分别13.9-9.6MPa和8.271-6.048MJ/m3,高于后者的10.4-5.6MPa和4.805～3.472MJ/m3,且强韧性更好。(3)对2%Ca和1%SiC共同增粘制备的孔隙率为78%的泡沫铝合金的微观组织进行了研究,基本晶粒尺寸为40～100μm,平均晶粒尺寸为60μm,在孔结构一定的条件下,晶粒尺寸较大、晶粒尺寸分布不均及成分偏析是泡沫铝合金压缩性能不够高的主要原因。(4)对初始气孔产生机理进行了分析,发现熔体中的第二相为初始气孔气泡形核的位置,建立了与实验结果相吻合的初始气孔产生控制模型：气体保留量控制模型a=2.5×10-3A/t[1-(v-1500)/10000],初始气孔平均孔径控制模型r=1/2t[1-(v-1500)/2500]；通过合理控制熔体粘度、表面张力、气泡核心等参数,可实现对初始气孔的控制。(5)对真空发泡机理进行了分析,建立了真空发泡控制模型：孔径控制模型r2＝(21～46)(0.5+t/60)r1,孔隙率控制模型K=(104～105)(0.5+t/60)3V1/[(104～105)(0.5+t/60)3V1+V3]。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-7
目录  7-9
第一章绪论  9-23
  1.1 泡沫金属研究进展  9-10
    1.1.1 国外研究进展  9-10
    1.1.2 国内研究进展  10
  1.2 泡沫铝的制备方法  10-16
    1.2.1 熔体发泡法  11-13
    1.2.2 渗流铸造法  13-15
    1.2.3 粉末冶金发泡法  15-16
  1.3 泡沫金属材料的孔结构及性能  16-19
    1.3.1 泡沫金属材料的孔结构  16-17
    1.3.2 泡沫铝的性能  17-19
  1.4 泡沫铝的应用  19-20
    1.4.1 汽车工业的应用  19-20
    1.4.2 航空航天的应用  20
    1.4.3 石油化工的应用  20
  1.5 熔体发泡法制备泡沫铝的问题  20-21
  1.6 研究意义与内容  21-23
    1.6.1 研究意义  21
    1.6.2 研究内容  21-23
第二章实验  23-35
  2.1 研究方案  23
  2.2 工艺流程  23-25
  2.3 材料及设备  25-26
    2.3.1 材料  25
    2.3.2 设备  25-26
  2.4 工艺参数的确定  26-32
    2.4.1 合金熔化及保温温度的初步确定  26-27
    2.4.2 SiC预处理温度及时间的初步确定  27-28
    2.4.3 增粘剂种类及含量的初步确定  28
    2.4.4 Pb含量的初步确定  28-29
    2.4.5 增粘过程搅拌参数的初步确定  29
    2.4.6 初始气孔产生参数的初步确定  29-30
    2.4.7 真空发泡参数的初步确定  30-32
  2.5 表征  32-33
    2.5.1 孔结构  32-33
    2.5.2 力学性能  33
  2.6 机理研究方法  33-34
  2.7 本章小结  34-35
第三章实验结果与分析  35-46
  3.1 初始气孔的影响因素分析  35-41
    3.1.1 熔化及保温温度对初始气孔的影响  35-36
    3.1.2 增粘剂含量对初始气孔的影响  36-38
    3.1.3 增粘搅拌时间及速度对初始气孔的影响  38-39
    3.1.4 TiH_2分解搅拌参数对初始气孔的影响  39-41
  3.2 真空发泡对孔结构的影响  41-45
    3.2.1 真空度对孔结构的影响  41-43
    3.2.2 真空发泡时间对孔结构的影响  43-44
    3.2.3 真空条件下冷却时间对孔结构的影响  44-45
  3.3 本章小结  45-46
第四章压缩性能  46-55
  4.1 引言  46-47
  4.2 孔隙率对压缩性能的影响  47-49
  4.3 增粘剂种类对压缩性能的影响  49-50
  4.4 微观组织对压缩性能的影响  50-54
  4.5 本章小结  54-55
第五章制备机理  55-63
  5.1 初始气孔产生机理  55-60
    5.1.1 气泡形核问题  55-56
    5.1.2 第二相及TiH_2分解共同作用下的气泡形核  56-58
    5.1.3 初始气孔控制模型  58-60
  5.2 真空发泡机理  60-62
  5.3 本章小结  62-63
第六章结论与展望  63-65
  6.1 结论  63-64
  6.2 展望  64-65
致谢  65-66
参考文献  66-69
附录A 攻读硕士期间发表论文及申请专利  69-71

泡沫铝真空发泡制备技术研究

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