Microstructure and Mechanical Properties of Aluminium Alloy Produced from Recycled Beverage Cans

摘要

铝是一种在地球上广泛存在的金属材料。由于铝具有非常好的机械性能、导电性以及导热性，并且其密度较低，因而广泛应用于交通运输以及建筑行业。轻质，耐腐蚀，易成型的铝合金材料非常适用于食物包装。世界上，每年要生产出2100亿个饮料罐，其中85％是用铝合金制造的。北美，欧洲和日本在以重熔为主要手段的铝合金回收行业处于领先地位，然而中国，印度和俄罗斯等国回收铝合金比例也在快速增长。事实上，回收一个铝合金易拉罐所消耗的能量相比于生产出同样的数量的易拉罐少20倍，其温室气体的排放量也减少近20倍。此外，铝合金易拉罐是100%可回收材料，并且在回收加工的过程中不会丢失其本身的优异性能。
　　本文是以回收的铝合金易拉罐为原料，研究其在经过高能球磨和热固结后材料的力学性能。这种方法现在在工业中并不常用，但它有可能取代重熔回收。因此，本项目着眼于研究通过固态回收，制备纳米结构铝合金粉末以及铝合金纳米复合材料，并研究粉末固结后材料的力学性能与结构的关系。通过不同的高能球磨参数，制备出铝合金粉末和添加纳米SiC增强颗粒的纳米复合材料粉末。我们总共制备了4种不同的粉末，包括两种不同的组分和两种不同的球磨时间。我们通过粉末的维氏硬度，ICP测试，XRD分析，粒度分析以及SEM分析等方式表征出粉末的力学性能，成分以及结构。提高球磨时间和添加5%纳米SiC颗粒会提高粉末的维氏硬度。通过ICP分析原始易拉罐和球磨后的粉末成分，再对比制成后材料的理论成分，证实了通过混合和球磨两种不同成分的铝合金易拉罐，成功制备出一种新成分铝合金。粉末通过两种不同的方式进行固结和挤压。通过这两种方式制备的材料，其抗拉强度到达了600~750MPa之间。相比于冷压直接挤压的样品，经过SPS的样品尽管材料塑性变形阶段没有增大，但是其弹性变形阶段的延伸率增加了，其总的延伸率数值从1.5%增加到3%。额外添加5%SiC的样品虽然没有增加材料的硬度，但是其增加了材料最终的抗拉强度。此外，铝合金基体内观察到了铁的夹杂，它可能会影响材料的抗拉强度，并对材料的最终断裂产生重大影响。本研究是以回收铝合金易拉罐为原料，研究经过机械合金化制成的粉末，以及通过热固结和挤压后制成材料的机械性能和显微结构。

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目录

INTRODUCTION

1.LITERATURE REVIEW

1.1. Aluminum

1.2. Aluminum Beverage Cans

1.3. Mechanical Milling and Mechanical Alloying

2.EXPERIMENTAL METHODS

2.1. Introduction

2.2. Preparation of Aluminum Matrix Composites

2.2. Characterization Techniques

3. MICROSTRUCTURE AND MICROHARDNESS OF POWDERSPROCESSED BY HIGH ENERGY BALL MILLING

3.1. Introduction

3.2. Experimental Process

3.3. Characterization of the powder

3.4. Results

3.5. Discussion

3.6. Summary

4.CONSOLIDATION OF THE POWDERS

4.1. Introduction

4.2. Experimental Consolidation Process

4.3. Characterization

4.4. Results

4.5. Discussion

4.6 Summary

5. CONCLUSIONSAND SUGGESTIONS FOR FURTHER WORK

参考文献

致谢