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连铸多孔Cu-Ni合金气孔协同基体的生长行为

作　者: 戴希魁
导　师: 金青林
学　校: 昆明理工大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 多孔Cu-Ni合金 GASAR工艺连铸法氢溶解度糊状区宽度
分类号: TG291
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

金属-气体共晶定向凝固法(“GASAR工艺”)是一种制备多孔金属材料的新工艺,制备的的多孔材料被称作“藕状多孔金属材料”。采用这种工艺方法制备的多孔金属材料,其孔隙在基体内沿凝固方向定向排列,且孔隙的分布比较均匀。GASAR工艺制备的多孔金属材料除了具备传统多孔材料质量轻、比强度高、能量吸收性好等特性外,还具备其独有的特性,比如小的应力集中、高的机械性能、良好的导热能力等。因此,藕状多孔金属材料具有较高的应用价值。通过建立氢在Cu-Ni合金中溶解度的计算模型,分析计算模型的合理性,明确了氢气压力和Ni含量对氢在合金中溶解度的影响规律。结果表明：保持温度和氢气压力(或温度和Ni含量)不变时,随着Ni含量(或氢气压力)的逐渐增大,氢在液相和固相Cu-Ni合金中的溶解度都在不断增大。但氢在液相合金中溶解度的增幅大于在固相中利用连铸法制备了不同结构参数的藕状多孔Cu-Ni合金。保持抽拉速率不变,随着Ni含量的增大,气孔孔径不断增大,而孔隙率减小；保持Ni含量不变,随着抽拉速率的增大,气孔孔径不断减小,而孔隙率增大。孔隙率主要取决于氢气压力。借助糊状区宽度变化分析了Ni含量和抽拉速率对气孔结构的影响,初步探讨合金气孔协同基体生长和合并粗化的行为。随着Ni含量增大或抽拉速率减小,糊状区宽度逐渐增大。合金糊状区宽度的不断增大,一方面使得伸入到糊状区生长的气孔接触液相的面积不断增大,进而造成气孔在长大时吸收的过饱和溶质氢原子越来越少；另一方面使得液相中过饱和溶质氢原子进入到气孔中的通道越来越变得曲折和复杂。气孔长大时吸收过饱和溶质氢原子的差别是孔隙结构变化的主要原因。糊状区宽度变化,不仅造成了气孔结构的变化,而且也引起了凝固组织的细化过程。糊状区宽度能限制气孔的长大,也能引起气孔数量和气孔孔径的急剧减小或增大。气孔的合并粗化行为伴随着凝固过程而在不断进行,其主要影响相邻气孔之间的孔壁厚度和气孔结构的均匀性。气孔合并粗化行为是引起气孔粗大、形貌混乱的主要原因。因为在合金的凝固过程中,一直伴随着气泡的形核和长大,两个相互靠近的气孔会接触并趋于合并。

连铸多孔Cu-Ni合金气孔协同基体的生长行为

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