泡沫铝合金发泡特性及压缩性能的研究

摘要

泡沫铝由于有很多优良的性能而具有广泛的应用前景。泡沫铝有多种制备方法，其中PCM法对于制备闭孔泡沫铝具有很多的特点和优势。采用铝合金作为基体材料，不仅可以使泡沫铝的性能得到提高，还会因合金熔点的降低使制备工艺容易控制，从而使泡沫铝的应用范围更为宽广。本文以PCM法为基础，通过实时摄像和断面图处理相结合方法，研究了试样温度、预设炉温（升温速度）、钢管尺寸对泡沫铝硅合金发泡特性的影响：获得了工艺参数（预设炉温、试样温度）和泡沫铝合金发泡行为及孔结构的关系，成功制取了泡沫铝硅、泡沫铝铜合金；利用自制模具，直接制备出了压缩性能试样，对不同材质、不同孔隙率、不同热处理状态的泡沫铝合金的静态压缩性能进行了测试分析；这些结果为下一步大尺寸泡沫铝的研究及应用奠定了基础。试验结果表明： ⑴试样温度和预设炉温是影响泡沫铝发泡过程及孔结构的主要因素。炉温越高，升温速度越快，发泡时间越短。试验条件下，预设炉温在690℃-750℃范围内，试样均能发泡充满钢管；试样温度在670℃-720℃范围内，可获得孔隙率在77％-82％、气孔当量园值径在1．3mm-2．1mm、气孔圆形度在0．67-0．84的泡沫铝硅合金。泡沫铝合金发泡演化过程包括孔的形核、长大、合并和破裂等过程，对应的孔形状的变化是小孔径球形、大孔径球形、多边形化。 ⑵三种不同材质的应力-应变曲线均分为三个阶段：弹性变形阶段，平台区和密实阶段，曲线形状有较大的区别。泡沫纯铝的应力-应变曲线平台区明显，没有起伏，表现出典型的塑性压缩的特征；泡沫AlSi7的应力-应变曲线在平台区有轻微波动；泡沫AlSi7Cu4的应力-应变曲在平台区有较大应力起伏，随孔隙率不同起伏程度各异，表现出一定的脆性特征。相同孔隙率下，泡沫AlSi7Cu4的压缩强度最大，泡沫AlSi7次之，泡沫纯铝最小；试验条件下，孔隙率在68％-76％范围内，泡沫AlSi7Cu4的压缩强度为15-30MPa，泡沫AlSi7的压缩强度为10-20MPa；泡沫纯铝的压缩强度为5-10MPa。 ⑶孔隙率对泡沫铝的压缩性能有很大的影响。随着孔隙率的减小，应力-应变曲线上移，弹性模量、压缩强度、和能量吸收能力都相应增大。 ⑷热处理对泡沫铝合金静态压缩应力-应变曲线的形状影响不大，但曲线上移，压缩强度提高。孔隙率为68．1％-76．0％的泡沫ZL107经T5热处理后，压缩强度可提高10％-30％，热处理的作用在孔隙率较低时更显著。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 闭孔泡沫铝合金的PCM法

1.3 闭孔泡沫铝合金的孔结构

1.4 PCM法制备泡沫铝发泡行为的影响因素

1.4.1 预制体制备方式的影响

1.4.2 粉体颗粒粒度的影响

1.4.3 TiH2的分解特性影响

1.4.4 添加陶瓷颗粒的影响

1.4.5 冷却方式的影响

1.5 泡沫铝合金的研究现状

1.5.1 制备研究现状

1.5.2 性能研究现状

1.5.3 应用研究现状

1.6 论文提出的依据和论文研究的内容

1.6.1 论文提出的依据

1.6.2 论文的研究内容

第2章 试验原理及方法

2.1 工艺原理

2.2 试验过程

2.3 试验设备

2.4 分析测试方法

2.4.1 泡沫铝充填管的充填分析

2.4.2 泡沫铝合金孔结构的图像分析

2.4.3 泡沫铝合金孔隙率的测量

2.4.4 预制件升温曲线及膨胀曲线测定

第3章 工艺参数对泡沫铝合金发泡行为及孔结构演变的影响

3.1 试验方案设计

3.2 铝硅合金的试验结果及分析

3.2.1 预设炉温690℃的发泡情况

3.2.2 预设炉温720℃的发泡情况

3.2.3 预设炉温750℃的发泡情况

3.3 B管试验结果及A管与B管的发泡情况比较分析

3.3.1 B管预设炉温690℃的发泡情况

3.3.2 炉温690℃下的A管与B管的发泡情况比较

3.3.3 B管预设炉温750℃的发泡情况

3.3.4 炉温750℃下的A管与B管的发泡情况比较

3.4 AlCu4和ALZn10合金在A管的试验结果及分析

3.4.1 AlCu4合金的发泡情况

3.4.2 AlZn10合金的发泡情况

3.5 影响因素及机理分析

3.5.1 影响因素分析

3.5.2 发泡机理分析

3.6 小结

第4章 闭孔泡沫铝的压缩性能

4.1 试验方法

4.1.1 试验材料

4.1.2 试样制备及测试

4.1.3 热处理工艺

4.1.4 试样参数

4.2 闭孔泡沫纯铝的试验结果

4.2.1 压缩变形过程

4.2.2 闭孔泡沫纯铝的压缩应力—应变曲线

4.2.3 孔隙率对泡沫纯铝压缩性能的影响

4.3 闭孔泡沫铝硅的试验结果

4.3.1 闭孔泡沫铝硅的压缩变形过程

4.3.2 闭孔泡沫铝硅的压缩应力—应变曲线

4.3.3 孔隙率对泡沫铝硅压缩性能的影响

4.4 闭孔泡沫铝硅铜的试验结果

4.4.1 闭孔泡沫铝硅铜的压缩变形过程

4.4.2 闭孔泡沫铝硅铜的压缩应力—应变曲线

4.4.3 孔隙率对泡沫铝硅铜压缩性能的影响

4.5 合金化对泡沫铝压缩性能的影响

4.6 热处理对泡沫ZL107铝合金力学性能的影响

4.7 闭孔泡沫铝变形机理分析

4.8 泡沫铝的能量吸收

4.9 小结

第5章 结论

参考文献

附录

论文发表情况

致谢