Tambaga-deposited karbon serat aluminium busa sandwich panel ciri kinerja dibandingkeun panel aluminium busa sandwich konvensional

Sandwich busa aluminium(AFS) panels boga kombinasi ciri struktural jeung fungsi kayaning dénsitas low, kakuatan spésifik tinggi, nyerep énergi nguntungkeun, kapasitas damping, sarta shielding éléktromagnétik. Sipat anu saé ieu ngajantenkeun AFS gaduh poténsi anu ageung dina aerospace, transportasi, sareng lapangan laut. Dibandingkeun sareng busa logam bieu, pelat logam luar AFS sacara efektif tiasa ngégél busa sareng ningkatkeun sipat mékanis komprehensifna, sapertos kakuatan tensile sareng bending. Sacara umum, AFS dijieun ku métode beungkeutan napel, nu merlukeun ngalampirkeun busa aluminium kana panels logam padet ngagunakeun napel résin epoxy.

Sanajan métode beungkeutan napel éféktif ningkatkeun damping struktural, éta dibarengan ku watesan, kaasup tantangan dina daur ulang tur karentanan kana gagalna delamination dina suhu luhur atawa kaayaan corrosive. Pikeun alamat watesan ieu, usaha panalungtikan éksténsif geus dedicated ka achieving beungkeutan metalurgi antara panel jeung lapisan inti.

Ayeuna, metode persiapan utama pikeun AFS anu ditujukeun pikeun ngahontal beungkeutan metalurgi umumna digolongkeun kana tilu kategori: las, ngalembereh busa, sareng metode metalurgi bubuk rolling. Diantara metodeu ieu, packing rolling powder metallurgy metoda dianggap unggul pikeun ngadalikeun struktur pori jeung achieving-suhu low foaming. Karya urang saméméhna ngagunakeun téhnologi ieu fabricate badag-ukuran AFS mibanda sipat ékspansi hadé tur struktur sélular pikeun aplikasi industri.

Sanajan kitu, alatan sipat mékanis compressive rélatif low tina inti busa, pamutahiran kakuatan mékanis tina AFS diwatesan, jadi pamutahiran salajengna kakuatan inti busa krusial pikeun AFS.

Nepi ka ayeuna, métode umum dilaporkeun ningkatkeun sipat mékanis compressive tinabusa aluminiumnyaéta kieu: perlakuan permukaan, perlakuan panas, sarta tulangan ku nambahkeun partikel, serat, alloying elemen, jsb Di antarana, serat karbon pondok kalawan dénsitas low, modulus elastis tinggi, sarta rasio aspék badag geus narik perhatian lega salaku bahan reinforcing ngajangjikeun. Leuwih ti éta, metallization permukaan serat karbon, ku electroplating atanapi plating kimiawi kayaning plating tambaga atawa plating nikel, salajengna ngaronjatkeun wettability tina serat karbon dina aluminium ngalembereh tur avoids réaksi interfacial ngabahayakeun antara serat karbon jeung ngalembereh aluminium. Serat karbon pondok ayeuna seueur dianggo pikeun nguatkeun komposit matriks aluminium.

Bhav Singhetal. disiapkeun serat karbon coated tambaga bertulang komposit matrix aluminium ku metoda casting aduk. Muetal. composites matrix aluminium fabricated bertulang kalawan serat karbon-coated nikel ngagunakeun métode casting dua-roll. Hasilna nunjukkeun paningkatan anu signifikan dina kakuatan tensile komposit kalayan tambahan serat karbon. Sanajan kitu, aya geus panalungtikan kawates dilakukeun dinabusa aluminium bertulangkalayan serat karbon dilapis tambaga. Caoetal. munggaran disiapkeun serat karbon coated tambaga bertulang busa aluminium ngaliwatan metoda foaming ngalembereh. Hasilna nunjukkeun yén 0,35 vol% Cf tiasa nyaimbangkeun busa alumunium ku nyegah pemecahan film cair, sareng langkung seueur jumlah serat anu ditambah kana busa langkung stabil. Muetal. némbongkeun yén sipat damping busa aluminium disiapkeun ku metoda foaming ngalembereh nyata ningkat kalawan tambahan Cf.

Sasuai, bisa dicindekkeun yén tambahan Cf bisa jadi hiji strategi éféktif pikeun sakaligus ngaronjatkeun stabilitas foaming sarta sipat mékanis tinabusa aluminium. Salaku tambahan, teu acan aya laporan ngeunaan serat karbon berlapis tambaga anu nguatkeun panel sandwich busa aluminium anu disiapkeun nganggo metode metalurgi bubuk, anu ngadorong panaliti pikeun ngalaksanakeun kajian anu langkung jero dina widang ieu.

Seueur panilitian anu dilakukeun dina mékanisme nukleasi sareng stabilitasbusa aluminiumditambahan fase penguatan. Bedana jumlah pori sareng morfologi pori,

kayaning ukuran, distribusi, jeung wangun, biasana attributed ka mékanisme nucleation jeung stabilitas. Épék nukleasi hétérogén sareng mékanisme stabilisasi jaringan oksida dina sistem metalurgi bubuk parantos ditalungtik sacara saksama. Bubuk alloy kuarterner anu diwangun ku Al-Si-Mg-Cu anu dianggo dina makalah ieu parantos nunjukkeun tingkat ékspansi anu luar biasa sareng hawa berbusa anu rendah, kalayan suhu solidus 507 ◦C sareng suhu cair 596 ◦C. Tapi, aya kakurangan panalungtikan ngeunaan mékanisme nukleasi, stabilitas, jeung sipat mékanis compressive bubuk compacts ngandung komposisi alloy husus ieu, utamana lamun ngasupkeun Cf. Dina karya saméméhna, panyilidikan mékanisme nukléasi sareng stabilisasi utamana dilakukeun ngaliwatan métode non-in situ, ngalibetkeun analisa tomografi sampel anu gancang tiis saatos gangguan busa. Hanjakalna, nukleasi gelembung submikron utamana lumangsung salila pemanasan prékursor sarta ngembangna gancang dina interval waktu ti 100 mdet nepi ka 1 s, mindeng nampilkeun tantangan pikeun observasi real-time. Téhnik pencitraan sinar-X radiasi synchrotron modéren gaduh énergi anu luhur sareng résolusi spatiotemporal, ngamungkinkeun sacara real-time, in-situ observasi prosés nukleasi sareng pertumbuhan busa aluminium dina suhu anu luhur. Ayeuna, ukur panalungtik kawates anu ngajajah kinétika busa bubuk alloy Al-Si-Mg ku radiasi synchrotron. Contona, García-Morenoetal. dilaporkeun fénoména dinamis signifikan dina busa aluminium cair, kaasup nucleation sarta pertumbuhan, nyusun ulang gelembung, retraction cair, agglomeration, sarta beubeulahan pilem. Kamm et al. diajar nukléasi sarta prosés tumuwuhna busa aluminium AlSi8Mg4 ku radiasi synchrotron. Papanggihan maranéhna nunjukkeun yén hidrogén dihasilkeun ngaliwatan dékomposisi adsorbates dina beungeut bubuk logam urang ngagambarkeun mékanisme nucleation signifikan sejen. Acan, interaksi antara komponén prékursor téh intricate, sarta dinamika foaming bisa dipangaruhan ku komposisi maranéhanana. Pikeun sistem bubuk Al-Si-Cu-Mg sareng sistem bubuk Al-Si-Cu-Mg kalayan tambihan Cf, pamahaman sareng ngajalajah inisiasi sareng kamekaran busa logam penting pisan pikeun pangwangunan struktural salajengna busa pikeun ningkatkeun sipat. pikeun aplikasi.

Dina karya ieu, Cf / AFS na AFS kalawan beungkeutan panganteur Metalurgi disiapkeun ku packing rolling powder metallurgy metoda. Évolusi gelembung Cf / AFS sareng AFS dititénan di situ ku radiasi synchrotron pikeun nembongkeun mékanisme Cf dina nukleasi gelembung, pertumbuhan sareng ngahiji, sareng stabilitas. Sajaba ti éta, Cf / AFS na AFS anu foamed dina 620 ◦C pikeun 15 mnt dina tungku chamber. Salajengna, distribusi ukuran pori, mikrostruktur pori, sareng sipat mékanis compressive tina conto foamed dicirikeun sareng diuji. Dumasar kana kajian anu kasebat, struktur sareng kakuatan compressive Cf / AFS sareng AFS dievaluasi sacara sistematis.

2. Bahan jeung métode

2.1. Bahan atah

Genep bahan baku dipaké pikeun Nyiapkeun AFS jeung Cf / AFS: bubuk Al (ukuran rata-rata: 45 μm, purity> 99.70%), bubuk Si (ukuran rata-rata: 38 μm, purity> 99.50%), bubuk Cu (ukuran rata-rata: 38 μm, purity> 99,90%), bubuk Mg (ukuran rata-rata: 75 μm, purity> 99,70%), bubuk TiH2 (ukuran rata-rata: 45 μm, purity> 99,70%), sarta serat karbon coated tambaga (ukuran rata: 1 ~ 2 mm, ketebalan tina tambaga-coated: 1,4 μm).

2.2. Fabrikasi Cf / AFS

Skéma tina packing rolling powder metallurgy metoda digambarkeun dinaGbr. 1. Salila tahap Pergaulan, nu alloy kuarterner AlSi6Mg4Cu4 bubuk ieu disiapkeun, jeung powders Al, Si, Cu, jeung Mg dina babandingan 86 wt%, 6 wt%, 4 wt%, jeung 4 wt%, mungguh. 1 wt% bubuk TiH2 dioksidasi (perlakuan panas dina hawa pikeun 1,5 h dina 470 ◦C) ditambahkeun salaku agén niupan nu ngaleupaskeun H2 gancang dina suhu lebur ngembangna ngalembereh. Salaku tambahan, 0,5 wt% serat karbon diasupkeun salaku fase penguatan. Utamana, pikeun ningkatkeun wettability sarta nyegah réaksi ngabahayakeun kawas Al4C3 dina panganteur ngalembereh serat-aluminium salila foaming, serat karbon anu tambaga-coated via electroplating. Prosés electroplating dijelaskeun dina Refs.Gbr. 2nembongkeun serat karbon coated tambaga diala ku prosés plating electroless. Lapisan ngagaduhan sinyalna seragam sareng kontinyu tina permukaan serat(Gbr. 2(a)–(b)). Saterusna, komposisi alloy béda dipaké dina ulikan ieu disiapkeun ku tuntas nyampur bubuk disebut tadi kalawan jeung tanpa Cf dina mixer tilu diménsi salila 3 jam. Bubuk anu dicampur seragam dibungkus dina rohangan anu disegel, dituturkeun ku prosedur ngagulung tiis sareng panas.

Tahap rolling tiis éféktif ngévakuasi hawa tina jero rohangan jeung spasi interstitial antara partikel ngaliwatan runtuyan sababaraha pas na depressions leutik. Tahap rolling panas ensures yén prékursor nu achieves dénsitas relatif ngaleuwihan 98% ngaliwatan ko-deformasi tina panel jeung bubuk, nu facilitates prosés foaming saterusna. Parameter prosés rolling lengkep dijelaskeun dina Refs. AFS jeung Cf / AFS foamable prékursor diala ngaliwatan prosés disebut tadi. Pamustunganana, duanana prékursor foamable dipanaskeun dina 620 ◦C pikeun 15 mnt pikeun fabricate Cf / AFS na spésimén AFS, nu dipaké pikeun analisis ukuran pori, characterization microstructural, sarta tés sipat mékanis compressive.

2.3. Karakterisasi jeung métode tés

2.3.1. Karakterisasi mikrostruktur

Morfologi Mikrostruktur Cf / AFS sareng AFS ditalungtik ku mikroskop éléktron scanning émisi lapangan (SEM, Zeiss Ultra Plus). Énergi dispersive spéktroskopi (EDS) dipaké pikeun ngaidentipikasi komposisi rupa-rupa fase dina tembok sél sampel foamed. Bagian longitudinal tina sampel dicandak ku motong spésimén foamed ngagunakeun mesin electro-discharging (EDM, DK7745). Saatos ieu, bagian longitudinal spésimén dilapis ku cet teras dikempes sareng digosok nganggo amplas 800-grit sareng 1500-grit masing-masing. Pamustunganana, diaméter sél sarimbag (Dmean) tina spésimén digosok cross-section ditangtukeun ngagunakeun software analisis gambar, Image Pro Plus 6.0.

Gbr. 1.Skéma tina packing rolling powder metallurgy metoda.

Gbr. 2.gambar SEM tina (a) serat karbon coated tambaga, jeung (b) nembongkeun tempoan magnified wewengkon ditandaan ku pasagi beureum dina (a). Gambar (c) jeung (d) mangrupa hasil EDS titik A dina (b).

Gbr. 3.Diagram skéma tina pangaturan ékspérimén radiasi synchrotron.

2.3.2. In-situ pengamatan foaming ku radiasi synchrotron

Diagram skématik tina pangaturan ékspérimén radiasi synchrotron disketsaGbr. 3. Percobaan anu dipigawé di beamline 4W1A tina Beijing Synchrotron Radiasi Fasilitas (BSRF, Beijing Institute of High Energy Fisika, Cina Akademi Élmu, Cina). Beda sareng pencitraan nyerep-kontras konvensional, makalah ieu ngagunakeun pencitraan fase-kontras sareng Sumber Cahaya Radiasi Synchrotron. Pendekatan ieu alamat watesan tina pencitraan nyerep tradisional, nu teu epektip pikeun visualizing lemah nyerep zat. Prosés foaming tina spésimén dipigawé dina tungku foaming customdesigned, featuring 15 mm x 15 mm jandela pasagi diposisikan jejeg arah sinar-X. Ukuran sampel, sakumaha digambarkeun dina Gbr. 3, ukuran 15 mm × 15 mm × 2 mm. Sampel disimpen dina kapang foaming anu diwangun ku sababaraha lembar keramik. Sapanjang prosés foaming, sinar-X bisa ngaliwatan sampel sarta direbut ku kaméra charge-coupled device (CCD). Sumber sinar-X anu dipilih dioperasikeun dina inténsitas 20 Kev, sareng ukuran panempoan maksimal 7,4 mm × 7,4 mm dianggo pikeun ngaktifkeun observasi komprehensif ngeunaan prosés foaming.

Perlu dicatet yén sampel anu dititénan diposisikan dina cara anu jejeg boh arah rolling sareng arah tangensial. Duanana prékursor anu ngandung 0,5 wt% Cf sareng anu henteu 0,5 wt% Cf ngagaduhan panel sampingna dikaluarkeun tina kadua sisi sampel nganggo EDM. Pangaruh Cf dina karakteristik busa tina busa aluminium ditalungtik. Saterusna, prékursor kalawan komposisi béda anu foamed dina tungku pemanasan sarua dina suhu prasetél 620 ◦C.

2.3.3. Tés sipat mékanis komprési

Spésimén komprési dipotong kana spésimén cylindrical kalayan jangkungna 23 mm sareng diaméter 20 mm ku EDM, sareng unggal arah dipastikeun kalebet sahenteuna 10 pori lengkep pikeun nyegah pangaruh ukuran. Tés komprési kuasi-statik dilaksanakeun nuturkeun standar ISO13314-2011 sareng GB / T31930-2015, nganggo mesin uji bahan universal éléktron AG-XPLUS kalayan kapasitas beban maksimal 100 KN. Tilu sampel diuji pikeun tiap grup, sarta kurva stress-galur compressive dina makalah ieu ngagambarkeun hasil rata-rata diala tina tilu sampel diuji. Kabéh tés anu dipigawé dina kontrol kapindahan, ngajaga laju cross-sirah konstan 2 mm / mnt (pakait jeung laju galur awal 10−3 s−1) dina suhu kamar.

Gbr. 4.Gambar radiasi synchrotron waktos-évolusi tina prosés foaming Cf / AFS: (a) prékursor unfoamed dina momen t0 380 ◦C; (b)–(c) disolusi tambaga unsur jeung nukléasi tipe II salila lebur prékursor; (d)–(g) nukléasi hétérogén jeung prosés tumuwuhna gelembung; jeung (h)–(i) gelembung ngahiji jeung beubeulahan.

3. Hasil jeung diskusi

3.1. In situ kabiasaan foaming dina radiasi synchrotron

3.1.1. Évolusi busa Cf / AFS

Gbr. 4mintonkeun runtuyan gambar radiasi synchrotron ngagambarkeun prosés foaming tina Cf / AFS. Gambar aslina tina Cf / AFS(Gbr. 4 (a))Ditéwak nalika matriks aya dina kaayaan padet dina 380 ◦C, sareng waktos ieu diatur salaku t0. Dibandingkeun jeung komponén séjén dina prékursor, Cf némbongan hideung dina matriks aluminium-euyeub utamana kulawu. Ieu tiasa disababkeun ku eusi tambaga anu luhur dina permukaan serat, sapertos anu dipidangkeun dinaGbr. 2(c)–(d), nu boga massa atom relatif pangbadagna dibandingkeun komponén séjén tina prékursor. Leuwih ti éta, seuseueurna Cf dititénan dispersed tur misah, tinimbang clustered babarengan, sakumaha exhibited dinaGbr. 4(a). Ieu ngandung harti yén kalayan tambahan 0,5 wt% Cf, prosés pengadukan 3 jam sacara efektif tiasa ngahontal kaayaan dispersi anu dipikahoyong.

Dina t0 + 194s (sakumaha katingal dinaGbr. 4(b)), sajumlah badag gelembung bodas, ampir buleud kalayan diaméter ti 90 μm nepi ka 180 μm bisa dititénan dina matriks aluminium kulawu (ditandaan ku panah beureum). Jumlah gelembung terus ningkat dina 46 s, ditémbongkeun saperti dinaGbr. 4(c). Sajaba ti éta, parobahan noteworthy séjén lumangsung dina matrix nyaéta yén sababaraha gelembung leutik condong ngabentuk dina beungeut Cf jeung inisiasi Cu disolusi (ditandaan ku kotak dotted beureum). Fenomena ieu sigana disababkeun ku nukleasi tipe II anu lumangsung dina kompak bubuk anu ngandung tambaga. Hal ieu sacara lega diaku yén tambahan Cu sacara signifikan ngirangan suhu lebur tina alloy. Ieu ngakibatkeun lebur lokal sabudeureun partikel bubuk individu dina bubuk prékursor ngandung bubuk tambaga salila prosés pemanasan, generating jumlah badag Al-Si-Mg-Cu quaternary eutectic ngalembereh dina suhu handap. Kolam lebur eutektik kuarterér condong janten daérah anu lemah dina alloy sareng langkung rentan ka nukleasi. Hasilna, gelembung leuwih gampang nucleate sarta tumuwuh deukeut tambaga-coated dina beungeut serat. Saterusna, fraksi cair low dina matriks dina momen ieu ngabalukarkeun gas tina dékomposisi TiH2 gampang ngumpulkeun dina matrix aluminium. Nukléasi Tipe II sacara efektif tiasa ngahindarkeun akumulasi gas anu maksakeun matriks fraksi cair anu handap sareng nyebarkeun retakan ngalangkungan cairan, nyababkeun leungitna parah tina jumlah hidrogén.

Gbr. 4(d)nembongkeun gelembung mimitina nukléasi sarta tumuwuh di wewengkon Cf salaku matrix sagemblengna lebur, sarta lokasi gelembung pakait jeung lapisan tambaga-coated ngiles (ditandaan ku kotak dotted beureum). Hal ieu ogé-ngadegkeun yén tambahan fase sekundér nambahan jumlah situs nucleation hétérogén, kukituna ngurangan panghalang énergi pikeun formasi gelembung anyar dina alloy ngalembereh. Samentara éta, laju nukleasi patali jeung total aréa nukleasi hétérogén per unit volume. Akibatna, bisa dititénan yén gelembung mimitina nukléasi di situs dimana serat karbon situated sarta ngalegaan sapanjang panjang serat karbon. Kalayan paningkatan salajengna dina fraksi lebur, seueur gelembung énggal terus munculGbr. 4(e)–4(g). Sanajan kitu, laju ngahiji localized sarta beubeulahan gelembung slow, nunjukkeun yén gelembung mibanda stabilitas tinggi. Dina t0 + 426s, jumlah gelembung naek nyata, jeung

volume prékursor némbongkeun ékspansi badag(Gbr. 4(h)). Saterusna, lumangsungna sababaraha gelembung merging (ditandaan ku panah beureum), dimana gelembung leutik diserep ku leuwih badag alatan maturation Ostwald, mangrupa prosés dilawan salila évolusi busa logam [40]. Fenomena maturasi ieu ogé nyababkeun munculna sajumlah leutik gelembung anu ageung sareng henteu teratur (ditandaan ku panah beureum dinaGbr. 4(i)).

Gbr. 5.Gambar waktos-évolusi tina prosés foaming of AFS dina tahap béda: (a) prékursor unmelted dina momen t0 380 ◦C; (b) disolusi unsur tambaga jeung tipe II nucleation salila prékursor lebur; (c) prosés nukléasi jeung tumuwuhna gelembung; jeung (d)–(f) gelembung ngahiji jeung beubeulahan.

3.1.2. Évolusi busa tina AFS

Gbr. 5 nunjukkeun runtuyan gambar radiasi synchrotron illustrating prosés foaming of AFS. Sarupa jeung Cf/AFS, gambar awal pikeun sekuen radiasi synchrotron dicandak nalika AFS dina fase padet dina 380 ◦C (tingaliGbr. 5(a)). Nalika matriks dipanaskeun di luhur suhu solidus, gelembung bodas leutik katingali dinaGbr. 5(b) jeung (c), balukarna tina dékomposisi TiH2 sarta lumangsungna nukleasi tipe II di wewengkon Cu-euyeub. Sanajan kitu, jumlah gelembung dihasilkeun sarta dénsitas distribusi maranéhanana diGbr. 5(c)nyaeta utamana handap dibandingkeun jeungGbr. 4(c). Ieu nunjukkeun yén Cf / AFS nyadiakeun leuwih saluran pikeun release gas mimiti salila nucleation, nyegah kaleuleuwihan pikeun-mation retakan dina matrix aluminium kalawan fraksi cair low.

Sajumlah pangsaeutikna situs nukleasi AFS sareng kamungkinan anu langkung luhur pikeun pertumbuhan gelembung abnormal dibandingkeun sareng Cf/AFS tiasa dititénan tinaGbr. 5(d)–(f). Évolusi gelembung AFS henteu teratur, sareng ukuranana nunjukkeun fluktuasi anu lega kusabab ayana hirup babarengan boh gelembung ukuran mikrométer sareng gelembung ageung ukuranana milimeter (ditandaan ku panah beureum). Leuwih ti éta, instability jeung inhomogeneity ieu salila prosés nucleation mimiti bisa ngahasilkeun béda anu signifikan dina struktur pori ahir jeung sipat mékanis antara AFS jeung Cf / AFS.

3.2. Analisis makrostruktur

Pikeun nalungtik béda dina morfologi pori makroskopis jeung diaméter pori antara AFS na Cf / AFS, dua struktur sandwich anu disiapkeun dina kaayaan laboratorium dina suhu foaming of 620 ◦C pikeun 15 mnt. Struktur makro sareng distribusi ukuran sél AFS sareng Cf/AFS dipidangkeun dinaGbr. 6. Perbandingan bagian vertikal tina dua sampel struktur sandwich nembongkeun yén busa Cf / AFS boga sél leuwih alus sarta kirang defects kayaning beubeulahan atawa merging sél (tingaliGbr. 6 (b)). Sabalikna, sakumaha ditémbongkeun dinaGbr. 6(a), AFS némbongkeun homogénitas pori goréng kalayan ayana sababaraha pori abnormally badag. Samentara éta, diaméter pori sarimbag pikeun AFS na Cf / AFS éta 2.9 ± 0.2 mm sarta 1.9 ± 0.1 mm masing-masing, nunjukkeun yén diaméter pori ieu salajengna disampurnakeun ku tambahan Cf (tingali.Gbr. 6(c) jeung (d)).

Évolusi struktur pori dipangaruhan ku dua mékanisme kalapa: dékomposisi TiH2 sareng ngahiji sareng pecahna busa. Dékomposisi TiH2 nyumbang kana kanaékan jumlah nucleation, porosity, sarta laju ékspansi, sedengkeun merging sarta beubeulahan gelembung nurun jumlah pori sarta ngaronjatkeun diaméter pori. Pangurangan kajadian gelembung ngahiji sareng pecah nyumbang kana kéngingkeun struktur sélulér anu langkung saé. Lantaran kitu, stabilitas tinggi busa diperlukeun pikeun ngajaga homogénitas struktur pori salila prosés foaming. Pikeun Cf / AFS, tambahan Cf greatly ngaronjatkeun wettability tina serat jeung aluminium ngalembereh. Sarupa jeung dilaporkeun Cf bertulang busa aluminium [44] disiapkeun ku metoda foaming ngalembereh, tambahan Cf stabilizes busa aluminium ku nyegah pinding sél beubeulahan sarta ngurangan aglomerasi. Samentara éta, Cf bisa nyieun struktur net-kawas dina témbok sél, nu dibangkitkeun gaya separation sarta nyegah beubeulahan gelembung, sahingga, ngaronjatkeun struktur sél, stabilitas busa, sarta uniformity tina sebaran pori.

3.3. Karakterisasi mikrostruktur

Gbr. 7(a)nembongkeun microstructure tina témbok sél sanggeus foaming kalawan AFS. Salaku dilaporkeun pikeun AlSi6Cu4Mg4 busa alloy, eutectic Al-Si, Mg2Si, Al2Cu, sarta Al5Cu2Mg8Si6, aya dina alloy, nu sapuk jeung papanggihan dicandak ti analisis EDS diGbr. 7(b). Fase rapuh ieu ngirangan sipat mékanis busa aluminium ku cara ngaleuleuskeun témbok pori atanapi janten sumber retakan nalika deformasi. Ku alatan éta, ningkatkeun sipat mékanis tina témbok pori ngaliwatan tambahan fase reinforcing mangrupakeun strategi giat tur éféktif.

Pikeun Cf/AFS, bisa dititénan tinaGbr. 7(c) jeung (d)yén Cf disebarkeun di jero témbok sél atanapi di ujung témbok sél, nunjukkeun yén Cf gaduh kalembaban anu saé sareng lebur aluminium. Saterusna, éta noticeable (rujuk kanaGbr. 7(d)) yén jumlah leutik tina fase endapan Al2Cu ngabentuk dina panganteur antara serat jeung aluminium ngalembereh. Fenomena ieu nyumbang kana ngahontal beungkeut anu kuat antara serat sareng matriks. Kamajuan réaksi difusi ieu tiasa ditingali sacara intuitif dinaGbr. 4(a)–(c). Catet yén, fase présipitasi henteu lengkep ngurilingan serat karbon, sareng kaayaan sareng jumlah distribusi ieu mangpaat pikeun Cf/AFS. Dumasar kana ulikan Lv et al, dina bahan komposit matriks aluminium bertulang Cf, ieu nunjukkeun yén jumlah fase présipitasi anu pas tiasa mangaruhan sareng ngatur kakuatan beungkeut antarmuka.

Gbr. 6.Bagian nangtung tina sampel wawakil (a) AFS jeung (b) Cf / AFS. Diaméter sarimbag versus plot fraksi aréa pakait jeung (a) jeung (b) digambarkeun dina (c) jeung (d), masing-masing. Garis kontinyu padet dina (c) jeung (d) ngagambarkeun fit log-normal. Regresi (R2) ngagambarkeun kahadéan pas.

Gbr. 7.gambar SEM (a) jeung (b) nembongkeun microstructures pakait jeungGbr. 6(a) AFS jeungGbr. 6(b) Cf/AFS, masing-masing,Gbr. 7(b) jeung (d) nembongkeun magnifications localized tinaGbr. 7(a) jeung (c), masing-masing.

3.4. Mékanisme Cf stabilisasi busa Al–Si–Mg–Cu

Dumasar kana analisa anu disebatkeun di luhur, gambaran skéma tina mékanisme foaming pikeun Cf/AFS sareng AFS diringkeskeun dinaGbr. 8. Bedana anu signifikan antara Cf/AFS jeung AFS dina tahap nukleasi, tumuwuhna gelembung, jeung tahap merging, sarta tahap solidifikasi bertahap, sakumaha digambarkeun dinaGbr. 8(a) jeung (b).

Gbr. 8.diagram Schematic of Cf / AFS na AFS kabiasaan foaming: (a) Cf / AFS; jeung (b) AFS.

Dina tahap nukleasi busa alloy AlSi6Cu4Mg4, gelembung condong nukleasi dina eutektik kuarterér cair sabudeureun partikel tambaga, tinimbang nukléasi di lokasi partikel TiH2. Nukléasi tipe ieu di wewengkon panglemah prékursor (nukleasi tipe II) nyadiakeun leuwih saluran ngewa pikeun gas dileupaskeun ku dékomposisi TiH2, Ngahindarkeun akumulasi gas sarta ngabalukarkeun retakan pikeun propagate dina aluminium ngalembereh. Penambahan serat karbon anu dilapis tambaga tétéla salajengna nyiptakeun langkung seueur saluran pikeun ngaleupaskeun H2. Sanajan kitu, saprak aluminium ngalembereh teu boga fraksi cair cukup dina tahap ieu, hese pikeun gelembung leutik misalna boga sumber cukup H2 terus tumuwuh. Hasilna, gelembung leutik ieu beubeulahan dina lebur nalika suhu naék. Nalika prékursor sagemblengna dilebur, H2 dileupaskeun tina réaksi dehidrogénasi telenges ti TiH2 bakal nucleate sarta tumuwuh gancang dumasar kana titik nucleation. The Cf nyadiakeun loba situs nukléasi hétérogén keur generasi gelembung, nu greatly ngaronjatkeun laju nucleation. Dina waktos anu sami, ayana Cf sacara efektif ngahambat kontak sareng ngahiji tina gelembung primér sareng ngahindarkeun formasi gelembung anu ageung.

Salila tumuwuhna jeung ngahiji tahap gelembung, tambahan Cf nyata ngaronjatkeun stabilitas busa. Alesanna nyaéta Cf sareng aluminium ngalembereh gaduh kalembaban anu saé, sareng serat tiasa gampang kajebak antara dua antarmuka gas-cair pikeun ngabentuk struktur jaringan (sapertos anu dipidangkeun dinaGbr. 7(c)). Salaku pilem cair ieu thinned, serat bisa ngahasilkeun tekanan separation nolak nyeuseup ti wates dataran, sahingga nyegah pilem cair ti rupture. Janten Cf / AFS peryogi waktos foaming langkung lami dibandingkeun sareng AFS, kalayan stabilitas anu langkung luhur anu tiasa ngajaga kaseragaman struktur pori nalika évolusi busa.

Salila tahap solidifikasi laun, gelembung dina Cf / AFS moal tumuwuh deui sarta serat na dipasang dina témbok sél (ditandaan ku kotak beureum dotted). Ingetan serat ieu nyegah nyerep gelembung leutik ku leuwih badag, sakumaha katingal dina maturation Ostwald, sarta ngahambat beubeulahan témbok sél alatan ékspansi solidification. Hasilna, Cf/AFS némbongkeun struktur pori leuwih homogen jeung defects pori pangsaeutikna dibandingkeun AFS.

3.5. Sipat mékanis

Kurva tegangan-galur compressive pikeun Cf / AFS sareng AFS kalayan porositas anu ampir sami (masing-masing 83,2% sareng 81,4%) dibere dinaGbr. 9(a). Kurva tegangan-galur compressive nembongkeun ciri tilu tahap béda, ngawengku wewengkon elastis linier, wewengkon dataran, jeung wewengkon densifikasi. Kakuatan ngahasilkeun compressive of AFS jeung Cf / AFS éta 8,44 MPa jeung 11,87 MPa, mungguh. Kakuatan ngahasilkeun compressive Cf / AFS ngaronjat ku 40,6% dibandingkeun AFS. Samentara éta, kapasitas nyerep énergi Cf/AFS leuwih hade tinimbang AFS dina galur nu sarua, sakumaha ditémbongkeun dinaGbr. 9(b). Kamampuh nyerep énergi AFS sareng Cf/AFS masing-masing sakitar 3,3 MJ/m3 sareng 6,1 MJ/m3. Kapasitas nyerep énérgi Cf/AFS ningkat ku 84,8% dibandingkeun sareng AFS.

Gbr. 9.Kurva tegangan-karéta komprési sareng kurva kapasitas nyerep énergi Cf / AFS sareng AFS: (a) kurva tegangan-karéta compressive; (b) kurva kapasitas nyerep énergi.

The incorporation of Cf nyata ningkat sipat mékanis inti busa. Perlu dipikanyaho yén sipat mékanis tinabusa aluminiumraket patalina jeung struktur pori jeung sipat mékanis strut. Analisis Macrostructural nunjukkeun yén tambahan Cf nyaring ukuran pori, ningkat distribusi pori, sarta ngurangan defects pori. Sarupa jeung papanggihan Sasikumar et al. jeung Yangetal. diaméter pori leutik sarta sebaran pori sempit leuwih mangpaat pikeun ngaronjatkeun kakuatan compressive jeung efisiensi nyerep énergi. Leuwih ti éta, pangaruh mikrostruktur dina sipat mékanis busa utamana disababkeun ku Cf anu dipasang dina témbok pori busa. Difusi sareng disolusi serat karbon anu dilapis tambaga dina matriks aluminium tiasa ngahontal beungkeut antarmuka anu langkung kuat antara serat sareng matriks aluminium, anu nyumbang kana transfer beban. Serat karbon modulus anu luhur anu dipasang dina témbok pori tiasa ngawatesan deformasi témbok pori dina beban komprési sareng ningkatkeun kapasitas nanggung beban. Sadaya faktor ieu langkung milih Cf / AFS pikeun ngahontal kakuatan ngahasilkeun sareng kapasitas nyerep énergi anu langkung luhur dibandingkeun sareng AFS.

4. Kacindekan

Cf/AFS sareng AFS disiapkeun ku packing rolling powder metallurgy method dina karya ieu. Paripolah foaming of Cf / AFS na AFS ieu dinamis observasi ngaliwatan radiasi synchrotron ka

nalungtik pangaruh Cf dina nukleasi gelembung jeung tumuwuhna. Salaku tambahan, Cf dina morfologi pori, distribusi pori, sareng sipat komprési busa aluminium dianalisis sacara saksama. Kacindekan utama nyaéta kieu:

(1) Pengamatan radiasi Synchrotron in situ nembongkeun yén duanana prosés foaming Cf / AFS sareng AFS nunjukkeun tilu tahap anu béda: nukleasi gelembung, pertumbuhan gelembung sareng ngahiji, sareng solidifikasi.

Di ngabandingkeun kana AFS, prosés foaming of Cf / AFS nunjukkeun stabilitas luhur sarta uniformity gelembung. AFS leuwih rawan ngabentuk pori abnormally badag tur kasar salila prosés évolusi pori. Sajaba ti, disparity ieu attributed ka éfék nukleasi hétérogén Cf, nu nyegah tembok gelembung beubeulahan sarta ngurangan coalescence bari ngaronjatkeun laju nucleation.

(2) Tambahan 0,5 wt.% Cf nyaring diaméter pori sarimbag ti 2,9 ± 0,2 mm ka 1,9 ± 0,1 mm, nyata ngurangan defects pori kasar. Sakaligus, mikrostruktur nembongkeun wettability alus Cf, nu disebarkeun sapanjang témbok pori sarta panganteur gas-padet, kukituna enhancing stabilitas busa.

(3) Dibandingkeun sareng AFS, kakuatan ngahasilkeun compressive sareng kapasitas nyerep énergi Cf / AFS ningkat masing-masing sakitar 40,6% sareng 84,8%. Papanggihan ulikan ieu bisa nyadiakeun gagasan pikeun tulangan panels sandwich busa aluminium kalawan interfaces beungkeutan metalurgi nu boga potensi pikeun aplikasi rékayasa dina widang industri otomotif jeung aerospace.

Artikel ti Journal of Bahan Panalungtikan sarta Téhnologi