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ZL111合金泡沫的二次发泡制备基础研究

作　者: 赵明伟
导　师: 左孝青
学　校: 昆明理工大学
专　业: 材料学
关键词: ZL111合金泡沫 二次发泡 变质处理 热处理 力学性能
分类号: TG146.21
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


泡沫铝是由气体与铝合金基体组成的一种结构-功能一体化复合材料,在汽车、航空、建筑等行业有着广泛的应用前景。二次发泡法是具有工业化前景的一种泡沫铝制备方法,但二次发泡泡沫铝的强韧性有待进一步提高。本论文基于二次发泡法,以ZL111合金为原材料,进行了高强韧ZL111合金泡沫制备研究,获得了平均孔径为3-5mm、孔隙率为75-85%、孔结构均匀的ZL111合金泡沫,并进行了ZL111合金熔体变质处理、T6热处理等研究,主要研究结果如下：(1)获得了二次发泡法制备ZL111合金泡沫优化的工艺参数配置：合金熔化及保温温度610℃；Mg含量1%；搅拌时间4min；发泡剂含量0.4%；发泡剂分散时间90s；压制压力50t；发泡温度605℃；发泡时间6’30"。(2)向熔体外加少量的增粘物质(Mg),可实现结构均匀、高强韧ZL111合金泡沫的制备。(3)通过向合金熔体添加一定量的变质剂可以显著改善共晶硅形貌,并同时细化Q-Al。向熔体分别添加0.3%稀土Y、0.06%Sr时,ZL111合金泡沫大部分共晶硅由针状转变为颗粒状,Q-A1平均尺寸从未变质的80-100μm分别细化到30-50μm、40-60μm。合金熔体经过Y&Sr复合变质后,颗粒状共晶硅均匀分布在晶界上,Q-Al平均尺寸细化到30-40μm。比较不同变质方式得到：复合变质较单一变质具有更强的变质能力。(4)ZL111合金泡沫热处理可以提高第二相弥散分布程度。经过复合变质、T6热处理的ZL111合金泡沫组织均匀、尺寸细小,Q-Al平均尺寸为30-40μm,弥散分布的第二相尺寸为2-4μm。(5)经复合变质、T6热处理的ZL111合金泡沫的压缩试验结果表明：屈服强度从未变质、未热处理的13.3MPa提高到22.6MPa,致密化应变从62%提高到76.9%,能量吸收值从4.87MJ/m3提高到13.77MJ/m3。(6)对经过复合变质、T6热处理的ZL111合金泡沫进行SEM、 XRD检测分析,发现其第二相主要是CuAl2和Al9FeMg3Si5,并存在微量MgAl2O4。对ZL111合金泡沫进行元素面扫描,结合理论分析,可知少量Mg的加入生成了镁铝尖晶石(MgAl2O4),提高了铝合金熔体粘度以及氧化物和铝合金熔体的润湿性,在二次发泡时起到稳定气泡作用。

全文目录


摘要  3-5
Abstract  5-9
第一章 绪言  9-19
  1.1 泡沫铝的发展及其现状  9-10
  1.2 泡沫铝的孔结构特征  10
  1.3 泡沫铝的性能  10-12
    1.3.1 能量吸收和抗冲击性  11
    1.3.2 阻尼特性  11-12
    1.3.3 吸声性能  12
    1.3.4 热学性能  12
  1.4 泡沫铝的应用  12-14
    1.4.1 建筑业  13
    1.4.2 汽车工业  13-14
    1.4.3 航空航天工业  14
  1.5 泡沫铝的制备方法  14-17
    1.5.1 泡沫铝制备方法比较  16-17
  1.6 熔体二次发泡法存在的问题  17-18
  1.7 主要研究内容及意义  18-19
第二章 ZL111合金泡沫的二次发泡制备实验  19-27
  2.1 研究方案  19-20
  2.2 材料及设备  20
  2.3 工艺分析  20-24
    2.3.1 工艺路线  20-22
    2.3.2 工艺参数的初步确定  22-24
  2.4 分析测试方法  24-25
    2.4.1 孔结构测试  24-25
    2.4.2 组织分析  25
    2.4.3 力学性能  25
    2.4.4 机理分析  25
  本章小结  25-27
第三章 ZL111合金泡沫的二次发泡制备实验结果及分析  27-41
  3.1 合金熔化及保温温度对孔结构的影响  27-29
  3.2 搅拌时间对孔结构的影响  29-31
  3.3 发泡剂含量对孔结构的影响  31-32
  3.4 发泡剂搅拌分散时间对孔结构的影响  32-34
  3.5 压制压力对孔结构的影响  34-36
  3.6 发泡温度对孔结构的影响  36-38
  3.7 发泡时间对孔结构的影响  38-40
  本章小结  40-41
第四章 变质处理对ZL111合金泡沫组织及性能的影响  41-51
  4.1 变质工艺  41-42
    4.1.1 Y变质处理  41
    4.1.2 Sr变质处理  41-42
    4.1.3 复合变质处理  42
  4.2 未变质、未T6热处理的ZL111合金泡沫组织  42-43
  4.3 变质处理对ZL111合金泡沫组织影响  43-47
    4.3.1 Y含量对ZL111合金泡沫组织的影响  43-44
    4.3.2 Sr含量对ZL111合金泡沫组织的影响  44-46
    4.3.3 Y&Sr复合变质对ZL111合金泡沫组织影响研究  46-47
  4.4 变质处理对ZL111合金泡沫力学性能的影响  47-49
    4.4.1 ZL111合金泡沫的压缩性能  47-48
    4.4.2 变质处理对ZL111合金泡沫压缩性能的影响  48-49
  本章小结  49-51
第五章 热处理对ZL111合金泡沫组织及性能的影响  51-55
  5.1 热处理工艺  51
  5.2 T6热处理对ZL111合金泡沫微观组织的影响  51-53
  5.3 热处理对ZL111合金泡沫力学性能的影响  53-54
  本章小结  54-55
第六章 强韧化机理  55-65
  6.1 泡沫铝强韧性的决定因素  55-56
  6.2 孔结构均匀性的影响因素  56-57
  6.3 发泡机制研究  57-59
    6.3.1 Mg增粘发泡机制研究  57-59
  6.4 基体的强韧化机理  59-64
  本章小结  64-65
第七章 全文总结  65-67
  7.1 结论  65-66
  7.2 创新点  66
  7.3 展望  66-67
致谢  67-68
参考文献  68-74
附录A 攻读硕士学位期间发表论文情况  74-76

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属学与热处理 > 金属材料 > 有色金属及其合金 > 轻有色金属及其合金 > 铝
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