Adi alüminium köpük sendviç panel ilə müqayisədə mis-depozit karbon lifli alüminium köpük sendviç panel performans xüsusiyyətləri

Alüminium köpük sendviç(AFS) panelləri aşağı sıxlıq, yüksək xüsusi güc, əlverişli enerji udma, sönümləmə qabiliyyəti və elektromaqnit qoruyuculuq kimi struktur və funksional xüsusiyyətlərin birləşməsinə malikdir. Bu əla xüsusiyyətlər AFS-ni aerokosmik, nəqliyyat və dəniz sahələrində böyük potensiala malik edir. Az metal köpüklərlə müqayisədə, AFS-nin xarici metal lövhələri köpüyü effektiv şəkildə möhürləyə və onun dartılma və əyilmə gücü kimi hərtərəfli mexaniki xüsusiyyətlərini yaxşılaşdıra bilər. Ümumiyyətlə, AFS, alüminium köpüyü epoksi qatran yapışdırıcısından istifadə edərək bərk metal panellərə yapışdırmaqdan ibarət olan yapışqan birləşdirmə üsulu ilə hazırlanmışdır.

Yapışqan bağlama üsulu strukturun sönümlənməsini effektiv şəkildə artırsa da, o, təkrar emalda çətinliklər və yüksək temperatur və ya korroziyalı şəraitdə təbəqələşmənin pozulmasına həssaslıq da daxil olmaqla məhdudiyyətlərlə müşayiət olunur. Bu məhdudiyyətləri aradan qaldırmaq üçün panel və əsas təbəqə arasında metallurgiya əlaqəsinə nail olmaq üçün geniş tədqiqat səyləri sərf edilmişdir.

Hal-hazırda, metallurgiya birləşməsinə nail olmaq üçün AFS üçün üstünlük təşkil edən hazırlıq üsulları ümumiyyətlə üç kateqoriyaya təsnif edilir: qaynaq, ərimə köpüklənməsi və qablaşdırma yayma tozunun metallurgiya üsulu. Bu üsullar arasında qablaşdırma yuvarlanan toz metallurgiyası üsulu məsamə strukturuna nəzarət etmək və aşağı temperaturda köpüklənməyə nail olmaq üçün üstün hesab olunur. Əvvəlki işimiz sənaye tətbiqləri üçün daha yaxşı genişlənmə xüsusiyyətlərinə və hüceyrə quruluşuna malik böyük ölçülü AFS hazırlamaq üçün bu texnologiyadan istifadə etdi.

Bununla belə, köpük nüvəsinin nisbətən aşağı sıxılma mexaniki xüsusiyyətlərinə görə, AFS-nin mexaniki dayanıqlığının yaxşılaşdırılması məhduddur, buna görə də köpük nüvəsinin möhkəmliyinin daha da yaxşılaşdırılması AFS üçün həlledici əhəmiyyət kəsb edir.

Bu günə qədər, sıxılma mexaniki xüsusiyyətlərini yaxşılaşdırmaq üçün ümumi üsullar bildirildialüminium köpükaşağıdakılardır: səthin təmizlənməsi, istilik müalicəsi və hissəciklərin, liflərin, ərinti elementlərinin və s. əlavə edilməklə möhkəmləndirilməsi. Onların arasında aşağı sıxlığa, yüksək elastik modula və böyük aspekt nisbətinə malik qısa karbon lifləri perspektivli möhkəmləndirici materiallar kimi geniş diqqəti cəlb etmişdir. Bundan əlavə, karbon liflərinin elektrokaplama və ya mis örtük və ya nikel örtük kimi kimyəvi örtüklə səthi metallaşdırılması alüminium ərintilərində karbon liflərinin nəmləndirilməsini daha da yaxşılaşdırır və karbon lifləri ilə alüminium əriməsi arasında zərərli interfasial reaksiyaların qarşısını alır. Qısa karbon lifi hazırda alüminium matris kompozitlərini gücləndirmək üçün geniş istifadə olunur.

Bhav Sinqhetal. Mis örtüklü karbon lifləri gücləndirilmiş alüminium matrisli kompozitlər qarışdırma tökmə üsulu ilə hazırlanmışdır. Muetal. iki rulonlu tökmə üsulu ilə nikellə örtülmüş karbon lifləri ilə möhkəmləndirilmiş alüminium matrisli kompozitlər. Nəticələr karbon liflərinin əlavə edilməsi ilə kompozitlərin dartılma gücündə əhəmiyyətli artım nümayiş etdirdi. Bununla belə, üzərində aparılan tədqiqatlar məhdudduralüminium köpüklə gücləndirilmişdirmis örtüklü karbon lifləri ilə. Caoetal. ilk hazırlanmış mis örtüklü karbon lifləri ərimə köpük üsulu ilə alüminium köpüyü gücləndirdi. Nəticələr göstərir ki, Cf-nin 0,35% həcmində maye filmin qırılmasının qarşısını almaqla alüminium köpüyü sabitləşdirə bilər və köpüyə əlavə olunan liflərin miqdarı nə qədər çox olarsa, daha sabitdir. Muetal. əridilmiş köpüklənmə üsulu ilə hazırlanmış alüminium köpüyün yumşaldıcı xüsusiyyətlərinin Cf əlavə edilməsi ilə əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşdığını göstərdi.

Müvafiq olaraq, belə bir nəticəyə gəlmək olar ki, Cf əlavə edilməsi eyni zamanda köpüklənmənin dayanıqlığını və mexaniki xüsusiyyətlərini yaxşılaşdırmaq üçün təsirli bir strategiya ola bilər.alüminium köpüklər. Bundan əlavə, toz metallurgiyası üsulu ilə hazırlanmış mis örtüklü karbon lifləri ilə gücləndirilmiş alüminium köpük sendviç panelləri haqqında heç bir məlumat verilməmişdir ki, bu da tədqiqatçıları bu sahədə daha dərin tədqiqatlar aparmağa sövq edir.

Nüvələşmə mexanizmi və sabitliyi ilə bağlı çoxsaylı tədqiqatlar aparılmışdıralüminium köpüklərmöhkəmləndirici fazaların əlavə edilməsi ilə. Məsamə sayı və məsamə morfologiyasındakı fərqlər,

ölçü, paylanma və forma kimi adətən nüvələşmə mexanizmlərinə və sabitliyə aid edilir. Toz metallurgiyası sistemində heterojen nüvələşmə effektləri və oksid şəbəkəsinin sabitləşmə mexanizmləri hərtərəfli tədqiq edilmişdir. Bu yazıda istifadə edilən Al–Si–Mg–Cu-dan ibarət dördüncü ərinti tozları, 507 ◦C qatılıq temperaturu və 596 ◦C mayeləşmə temperaturu ilə müstəsna genişlənmə sürətləri və aşağı köpüklənmə temperaturları nümayiş etdirmişdir. Buna baxmayaraq, bu xüsusi ərinti tərkibini ehtiva edən toz kompaktlarının nüvələşmə mexanizmi, dayanıqlığı və sıxılma mexaniki xüsusiyyətləri ilə bağlı tədqiqat çatışmazlığı var, xüsusən də Cf. Əvvəlki işlərdə nüvələşmə və sabitləşmə mexanizmlərinin tədqiqi ilk növbədə köpüklənmənin kəsilməsindən sonra sürətlə soyudulmuş nümunələrin tomoqrafik analizini əhatə edən qeyri-in situ üsullarla aparılmışdır. Təəssüf ki, submikron qabarcıq nüvələrinin əmələ gəlməsi ilk növbədə prekursorun qızdırılması zamanı baş verir və 100 ms-dən 1 s-ə qədər olan zaman intervalları daxilində sürətlə genişlənir və çox vaxt real vaxt müşahidəsi üçün çətinliklər yaradır. Müasir sinxrotron radiasiya rentgen görüntüləmə texnikası yüksək temperaturda alüminium köpüklərin nüvələşmə və böyümə prosesini real vaxt rejimində yerində müşahidə etməyə imkan verən yüksək enerji və məkan-zaman ayırdetmə qabiliyyətinə malikdir. Hal-hazırda, yalnız məhdud tədqiqatçılar sinkrotron şüalanması ilə Al-Si-Mg ərintisi tozunun köpüklənmə kinetikasını araşdırdılar. Məsələn, García-Morenoetal. maye alüminium köpükdə nüvələşmə və böyümə, qabarcıqların yenidən təşkili, mayenin geri çəkilməsi, yığılma və filmin qırılması da daxil olmaqla əhəmiyyətli dinamik hadisələri bildirdi. Kamm və başqaları. sinxrotron şüalanması ilə AlSi8Mg4 alüminium köpüyün nüvələşməsi və böyümə prosesini öyrənmişdir. Onların tapıntıları göstərdi ki, metal tozunun səthində adsorbatların parçalanması nəticəsində yaranan hidrogen başqa bir əhəmiyyətli nüvələşmə mexanizmini təmsil edir. Bununla belə, prekursor komponentləri arasında qarşılıqlı əlaqə mürəkkəbdir və köpüklənmənin dinamikasına onların tərkibi təsir edə bilər. Həm Al–Si–Cu–Mg toz sistemi, həm də Cf əlavə edilmiş Al–Si–Cu–Mg toz sistemi üçün metal köpüyün başlanğıcını və böyüməsini başa düşmək və araşdırmaq, xassələrini yaxşılaşdırmaq üçün köpükün gələcək struktur inkişafı üçün çox vacibdir. tətbiqlər üçün.

Bu işdə qablaşdırma yuvarlanan toz metallurgiya üsulu ilə metalurji fazalararası əlaqə ilə Cf/AFS və AFS hazırlanmışdır. Cf/AFS və AFS-nin qabarcıqların təkamülü sinxrotron şüalanması ilə yerində müşahidə edilmişdir ki, Cf-nin qabarcıq nüvələşməsi, böyüməsi və birləşməsi və sabitlik mexanizmini aşkara çıxarmaq. Bundan əlavə, Cf/AFS və AFS kameralı sobada 620 ◦C-də 15 dəqiqə ərzində köpükləndi. Daha sonra köpüklənmiş nümunələrin məsamə ölçüsünün paylanması, məsamələrin mikro strukturu və sıxılma mexaniki xüsusiyyətləri xarakterizə edildi və sınaqdan keçirildi. Yuxarıda qeyd olunan tədqiqatlar əsasında Cf/AFS və AFS-nin strukturu və sıxılma gücü sistematik olaraq qiymətləndirilmişdir.

2. Materiallar və üsullar

2.1. Xammal

AFS və Cf/AFS hazırlamaq üçün altı xammaldan istifadə edilmişdir: Al tozu (orta ölçü: 45 μm, təmizlik >99,70%), Si tozu (orta ölçü: 38 μm, təmizlik >99,50%), Cu tozu (orta ölçü: 38 μm, təmizlik >99,90%), Mg tozu (orta ölçü: 75 μm, təmizlik >99,70%), TiH2 tozu (orta ölçü: 45 μm, təmizlik >99,70%) və mislə örtülmüş karbon lifi (orta ölçü: 1～2 mm, mis örtüklü qalınlıq: 1,4 μm).

2.2. Cf/AFS istehsalı

Qablaşdırma yayma tozunun metallurgiya üsulunun sxemi təsvir edilmişdirŞəkil 1. Qarışdırma mərhələsində dördüncül ərintisi AlSi6Mg4Cu4 tozu, müvafiq olaraq 86 ağırlıq%, 6 ağırlıq%, 4 wt% və 4 ağırlıq% nisbətində Al, Si, Cu və Mg tozları ilə hazırlanmışdır. 1 wt% oksidləşmiş TiH2 tozu (havada 1,5 saat 470 ◦C-də istilik müalicəsi) ərimə temperaturunda H2-ni sürətlə buraxaraq əriməni genişləndirən bir üfürmə agenti kimi əlavə edilmişdir. Əlavə olaraq, gücləndirici fazalar kimi 0,5 ağırlıq % karbon lifləri daxil edilmişdir. Xüsusilə, köpüklənmə zamanı lif-alüminium ərimə interfeysində nəmlənmə qabiliyyətini artırmaq və Al4C3 kimi zərərli reaksiyaların qarşısını almaq üçün karbon lifləri elektrokaplama vasitəsilə mislə örtülmüşdür. Elektrokaplama prosesi Refs-də təsvir edilmişdir.Şəkil 2elektriksiz örtük prosesi ilə əldə edilən mis örtüklü karbon liflərini göstərir. Kaplama lif səthinin vahid və davamlı örtüyünə malikdir(Şəkil 2(a)–(b)). Sonradan, bu tədqiqatda istifadə olunan müxtəlif ərinti kompozisiyaları, yuxarıda qeyd olunan tozları Cf ilə və olmayan üç ölçülü qarışdırıcıda 3 saat ərzində hərtərəfli qarışdırmaqla hazırlanmışdır. Vahid şəkildə qarışdırılmış toz möhürlənmiş boşluqda kapsullaşdırılır, ardınca soyuq və isti yayma prosedurları aparılır.

Soyuq yuvarlanma mərhələsi bir sıra çoxsaylı keçidlər və kiçik depressiyalar vasitəsilə boşluqlar və hissəciklər arasındakı interstisial boşluqlar içərisindən havanı effektiv şəkildə boşaldır. İsti yayma mərhələsi panelin və tozun birgə deformasiyası vasitəsilə prekursorun 98%-dən çox nisbi sıxlığa nail olmasını təmin edir ki, bu da sonrakı köpüklənmə prosesini asanlaşdırır. Ətraflı yayma prosesi parametrləri Refs-də təsvir edilmişdir. AFS və Cf/AFS köpüklənən prekursorlar yuxarıda qeyd olunan proses vasitəsilə əldə edilir. Nəhayət, hər iki köpüklənən prekursor məsamə ölçüsünün təhlili, mikrostruktur xarakteristikası və sıxılma mexaniki xüsusiyyətlərinin testləri üçün istifadə edilən Cf/AFS və AFS nümunələrini hazırlamaq üçün 15 dəqiqə ərzində 620 ◦C-də qızdırıldı.

2.3. Xarakteristika və sınaq üsulları

2.3.1. Mikrostruktur xarakteristikası

Cf/AFS və AFS-nin mikrostruktur morfologiyası sahə emissiya skan edən elektron mikroskopiyası (SEM, Zeiss Ultra Plus) ilə tədqiq edilmişdir. Köpüklənmiş nümunələrin hüceyrə divarlarında müxtəlif fazaların tərkibini müəyyən etmək üçün enerji dispersiya spektroskopiyasından (EDS) istifadə edilmişdir. Nümunələrin uzununa kəsikləri köpüklənmiş nümunələri elektroboşaltma maşını (EDM, DK7745) istifadə edərək kəsməklə əldə edilmişdir. Bundan sonra, nümunələrin uzununa kəsikləri boya ilə örtülmüş və sonra müvafiq olaraq 800 və 1500 qumlu zımpara ilə zımparalanmış və cilalanmışdır. Nəhayət, cilalanmış nümunənin kəsişməsinin ekvivalent hüceyrə diametrləri (Dmean) görüntü analizi proqramı olan Image Pro Plus 6.0 istifadə edərək müəyyən edilmişdir.

Şəkil 1.Qablaşdırma yayma tozunun metallurgiya üsulunun sxemi.

Şəkil 2.(a) mislə örtülmüş karbon liflərinin SEM şəkilləri və (b) (a)-da qırmızı kvadratla işarələnmiş bölgənin böyüdülmüş görünüşünü göstərir. Şəkillər (c) və (d) (b) bəndindəki A nöqtəsinin EDS nəticələridir.

şək. 3.Sinxrotron radiasiya təcrübəsinin qurulmasının sxematik diaqramı.

2.3.2. Sinxrotron şüalanması ilə yerində köpüklənmə müşahidələri

Sinxrotron radiasiya təcrübəsi qurğusunun sxematik diaqramı təsvir edilmişdirşək. 3. Təcrübələr Pekin Sinxrotron Radiasiya Qurğunun (BSRF, Pekin Yüksək Enerji Fizika İnstitutu, Çin Elmlər Akademiyası, Çin) 4W1A şüa xəttində aparılıb. Adi udma-kontrast görüntüləmədən fərqli olaraq, bu kağız Sinxrotron Radiasiya İşıq Mənbəsi ilə faza-kontrast təsvirindən istifadə edir. Bu yanaşma zəif udulmuş maddələrin vizuallaşdırılması üçün səmərəsiz olan ənənəvi udma görüntüləməsinin məhdudiyyətlərinə müraciət edir. Nümunələrin köpüklənməsi prosesi rentgen şüasının istiqamətinə perpendikulyar yerləşdirilmiş 15 mm-dən 15 mm-ə qədər kvadrat pəncərəyə malik xüsusi dizayn edilmiş köpükləndirici sobada həyata keçirilmişdir. Nümunə ölçüsü, Şəkil 3-də göstərildiyi kimi, 15 mm × 15 mm × 2 mm ölçülür. Nümunə müəyyən sayda keramika təbəqələrindən ibarət köpüklənən qəlibə yerləşdirilir. Köpüklənmə prosesi boyunca rentgen şüaları nümunədən keçə bilər və yüklə əlaqəli cihaz (CCD) kamerası tərəfindən çəkilir. Seçilmiş rentgen mənbəyi 20 Kev intensivliyində işləyirdi və bütün köpüklənmə prosesini hərtərəfli müşahidə etmək üçün maksimum 7,4 mm × 7,4 mm baxış ölçüsü istifadə edilmişdir.

Qeyd etmək lazımdır ki, müşahidə edilən nümunələr həm yuvarlanan istiqamətə, həm də tangensial istiqamətə perpendikulyar şəkildə yerləşdirilmişdir. Tərkibində 0,5 wt% Cf və 0,5 wt% Cf olmayan prekursorların yan panelləri EDM istifadə edərək nümunələrin hər iki tərəfindən çıxarılıb. Cf-nin alüminium köpüyün köpüklənmə xüsusiyyətlərinə təsiri tədqiq edilmişdir. Bundan əlavə, müxtəlif tərkibli prekursorlar əvvəlcədən təyin edilmiş 620 ◦C temperaturda eyni istilik sobasında köpükləndi.

2.3.3. Sıxılma mexaniki xüsusiyyətləri testi

Sıxılma nümunələri EDM ilə hündürlüyü 23 mm və diametri 20 mm olan silindrik nümunələrə kəsilmiş və ölçü təsirinin qarşısını almaq üçün hər istiqamətə ən azı 10 tam məsamə daxil edilməsi təmin edilmişdir. Kvazistatik sıxılma sınaqları ISO13314–2011 və GB/T31930–2015 standartlarına uyğun olaraq, maksimum yükgötürmə qabiliyyəti 100 KN olan AG-XPLUS elektron universal material sınaq maşınından istifadə etməklə aparılmışdır. Hər qrup üçün üç nümunə sınaqdan keçirildi və bu sənəddəki sıxılma gərginliyi-deformasiya əyriləri üç sınaqdan keçirilmiş nümunədən əldə edilən orta nəticələri təmsil edir. Bütün sınaqlar otaq temperaturunda 2 mm/dəq (10− 3 s− 1 ilkin deformasiya dərəcəsinə uyğundur) sabit çarpaz baş sürətini saxlayaraq yerdəyişmə nəzarəti altında aparılmışdır.

şək. 4.Cf/AFS köpüklənmə prosesinin zamanla inkişaf etmiş sinxrotron şüalanma təsvirləri: (a) 380 ◦C t0 anında köpüklənməmiş prekursor; (b) – (c) prekursorun əriməsi zamanı elementar misin əriməsi və II növ nüvələşmə; (d) – (g) qabarcıqların heterojen nüvələşmə və böyümə prosesləri; və (h) – (i) qabarcıqların birləşməsi və qopması.

3. Nəticələr və müzakirə

3.1. Sinxrotron şüalanması altında yerində köpüklənmə davranışı

3.1.1. Cf/AFS-nin köpük təkamülü

şək. 4Cf/AFS-nin köpüklənmə prosesini təsvir edən bir sıra sinxrotron radiasiya şəkillərini göstərir. Cf/AFS-nin orijinal şəkilləri(Şəkil 4 (a))matris 380 ◦C-də bərk vəziyyətdə olarkən tutuldu və bu dəfə t0 olaraq təyin edildi. Prekursorun digər komponentləri ilə müqayisədə, Cf əsasən boz rəngli alüminiumla zəngin matrisdə qara görünür. Bu, göstərildiyi kimi, lif səthində yüksək mis tərkibinə aid edilə bilərŞəkil 2(c)–(d), prekursorun digər komponentləri ilə müqayisədə ən böyük nisbi atom kütləsinə malikdir. Üstəlik, Cf-nin əksəriyyətinin, aşağıda göstərildiyi kimi, bir araya toplaşmaq əvəzinə, dağınıq və ayrı olduğu müşahidə edilir.Şəkil 4(a). Bu o deməkdir ki, 0,5 ağırlıq% Cf əlavəsi ilə 3 saatlıq qarışdırma prosesi effektiv şəkildə istənilən dispersiya vəziyyətinə nail ola bilər.

t0+194s-də (göründüyü kimiŞəkil 4(b)), boz alüminium matrisində (qırmızı ox ilə işarələnmiş) diametrləri 90 μm-dən 180 μm-ə qədər olan xeyli sayda ağ, demək olar ki, sferik qabarcıqlar müşahidə edilə bilər. Şəkildə göstərildiyi kimi 46 saniyə ərzində baloncukların sayı artmağa davam etdiŞəkil 4(c). Bundan əlavə, matrisdə baş verən digər diqqətəlayiq dəyişiklik, Cu həllolmalarının başlaması ilə Cf səthində bəzi kiçik qabarcıqların əmələ gəlməsidir (qırmızı nöqtəli qutu ilə qeyd olunur). Bu fenomen, çox güman ki, mis tərkibli toz kompaktında baş verən II növ nüvələşmə ilə əlaqələndirilir. Hamılıqla qəbul edilir ki, Cu əlavəsi ərintilərin ərimə temperaturunu əhəmiyyətli dərəcədə azaldır. Bu, qızdırma prosesi zamanı tərkibində mis toz olan toz prekursorunda fərdi toz hissəcikləri ətrafında lokal ərimə ilə nəticələnir və daha aşağı temperaturlarda əhəmiyyətli miqdarda Al-Si-Mg-Cu dördüncü evtektik ərimə əmələ gəlir. Dördüncü evtektik ərimə hovuzu ərintidə zəif bölgə olmağa meyllidir və nüvələşməyə daha çox meyllidir. Nəticədə, lif səthində mislə örtülmüş qabarcıqların nüvələşmə və böyümə ehtimalı daha yüksəkdir. Bundan əlavə, hazırda matrisdəki aşağı maye fraksiya TiH2-nin parçalanması nəticəsində yaranan qazların alüminium matrisdə asanlıqla toplanmasına səbəb olur. II növ nüvələşmə, aşağı maye fraksiya matrisini bir-birindən ayırmağa məcbur edən və maye vasitəsilə çatların yayılmasına səbəb olan, hidrogen miqdarının ciddi itkisi ilə nəticələnən yığılmış qazın qarşısını effektiv şəkildə ala bilər.

Şəkil 4(d)baloncukların əvvəlcə nüvələşdiyini və Cf bölgəsində böyüməsini göstərir, çünki matris tamamilə əriyir və qabarcıq yerləri yoxa çıxan mis örtüklü təbəqəyə uyğun gəlir (qırmızı nöqtəli qutu ilə qeyd olunur). Məlumdur ki, ikincili fazaların əlavə edilməsi heterojen nüvələşmə yerlərinin sayını artırır və bununla da ərinti əriməsi daxilində yeni qabarcıqların əmələ gəlməsi üçün enerji maneəsini azaldır. Eyni zamanda, nüvələşmə dərəcəsi vahid həcmdə ümumi heterojen nüvələşmə sahəsi ilə bağlıdır. Nəticədə, karbon liflərinin yerləşdiyi yerlərdə qabarcıqların əvvəlcə nüvələşdiyini və karbon lifinin uzunluğu boyunca genişləndiyini müşahidə etmək olar. Ərimə fraksiyasının daha da artması ilə çoxlu yeni baloncuklar çıxmağa davam edirŞəkil 4(e)–4(g). Bununla belə, baloncukların lokallaşdırılmış birləşmə və qopma sürəti yavaşdır, bu da qabarcıqların yüksək sabitliyə malik olduğunu göstərir. t0+426s-də qabarcıqların sayı əhəmiyyətli dərəcədə artır və

prekursorun həcmi böyük genişlənmə nümayiş etdirir(Şəkil 4(h)). Bundan əlavə, Ostvaldın yetişməsi nəticəsində kiçik baloncukların daha böyüklər tərəfindən udulduğu bəzi qabarcıqların birləşməsinin (qırmızı ox ilə işarələnmiş) baş verməsi metal köpüklərin təkamülü zamanı qaçılmaz bir prosesdir [40]. Bu olgunlaşma fenomeni həmçinin az sayda böyük və nizamsız qabarcıqların (qırmızı ox ilə işarələnmiş) görünüşü ilə nəticələnir.Şəkil 4(i)).

Şəkil 5.Müxtəlif mərhələlərdə AFS-nin köpüklənmə prosesinin zamanla inkişaf etmiş şəkilləri: (a) 380 ◦C t0 anında əriməmiş prekursor; (b) prekursorun əriməsi zamanı elementar misin əriməsi və II növ nüvələşmə; (c) baloncukların nüvələşmə və böyümə prosesləri; və (d) – (f) qabarcıqların birləşməsi və qopması.

3.1.2. AFS-nin köpük təkamülü

Şəkil 5-də AFS-nin köpüklənmə prosesini əks etdirən bir sıra sinxrotron şüalanma şəkilləri nümayiş etdirilir. Cf/AFS-ə bənzər, sinxrotron şüalanma ardıcıllığı üçün ilkin şəkil AFS 380 ◦C-də bərk fazada olduqda çəkilmişdir (bax:Şəkil 5(a)). Matris solidus temperaturundan yuxarı qızdırıldıqda kiçik ağ baloncuklar görünürŞəkil 5(b) və (c), TiH2-nin parçalanması və Cu ilə zəngin bölgədə II növ nüvələşmənin baş verməsi nəticəsində yaranır. Bununla birlikdə, yaranan baloncukların sayı və onların paylanma sıxlığıŞəkil 5(c)ilə müqayisədə nəzərəçarpacaq dərəcədə aşağıdırŞəkil 4(c). Bu onu göstərir ki, Cf/AFS az maye fraksiyaya malik alüminium matrisdə həddindən artıq çatların əmələ gəlməsinin qarşısını alaraq, nüvələşmə zamanı qazın erkən buraxılması üçün daha çox kanal təmin edir.

Cf/AFS ilə müqayisədə daha az sayda AFS nüvələşmə yerləri və daha yüksək anormal qabarcıq böyüməsi ehtimalı müşahidə edilə bilər.Şəkil 5(d)–(f). AFS baloncuklarının təkamülü qeyri-müntəzəmdir və onların ölçüləri həm mikrometr ölçülü qabarcıqların, həm də qeyri-adi millimetr ölçülü böyük qabarcıqların (qırmızı ox ilə işarələnmiş) birgə mövcudluğu səbəbindən geniş dalğalanmalar nümayiş etdirir. Bundan əlavə, erkən nüvələşmə prosesi zamanı bu qeyri-sabitlik və qeyri-bərabərlik AFS və Cf/AFS arasında son məsamə strukturunda və mexaniki xassələrdə əhəmiyyətli fərqlərə səbəb ola bilər.

3.2. Makrostruktur təhlili

AFS və Cf/AFS arasında makroskopik məsamə morfologiyası və məsamə diametrindəki fərqləri araşdırmaq üçün laboratoriya şəraitində 620 ◦C köpüklənmə temperaturunda 15 dəqiqə ərzində iki sendviç konstruksiya hazırlanmışdır. AFS və Cf/AFS-nin makrostrukturları və hüceyrə ölçüsü paylanması göstərilirŞəkil 6. İki sendviç struktur nümunəsinin şaquli hissələrinin müqayisəsi göstərir ki, Cf/AFS köpükləri daha incə hüceyrələrə və hüceyrələrin qopması və ya birləşməsi kimi daha az qüsurlara malikdir (bax.Şəkil 6 (b)). Əksinə, göstərildiyi kimiŞəkil 6(a), AFS bəzi anormal böyük məsamələrin olması ilə zəif məsamə homojenliyi nümayiş etdirir. Eyni zamanda, AFS və Cf/AFS üçün ekvivalent məsamə diametri müvafiq olaraq 2,9 ± 0,2 mm və 1,9 ± 0,1 mm idi, bu da məsamə diametrinin Cf əlavəsi ilə daha da dəqiqləşdirildiyini göstərir (bax.Şəkil 6(c) və (d)).

Məsamə strukturunun təkamülü iki rəqabət mexanizmindən təsirlənir: TiH2-nin parçalanması və köpükün birləşməsi və qopması. TiH2-nin parçalanması nüvələrin sayının, məsaməliliyin və genişlənmə sürətinin artmasına kömək edir, baloncukların birləşməsi və qopması məsamələrin sayını azaldır və məsamələrin diametrini artırır. Baloncukların birləşməsi və qırılma hadisələrinin azalması daha yaxşı hüceyrə quruluşunun əldə edilməsinə kömək edir. Beləliklə, köpüklənmə prosesi zamanı məsamə strukturunun homojenliyini qorumaq üçün köpüyün yüksək sabitliyi lazımdır. Cf/AFS üçün Cf-nin əlavə edilməsi alüminium əriməsi ilə liflərin islanmasını xeyli yaxşılaşdırır. Ərimiş köpüklənmə üsulu ilə hazırlanan bildirilmiş Cf gücləndirilmiş alüminium köpüyü [44] kimi, Cf əlavə edilməsi hüceyrə divarının qırılmasının qarşısını alaraq və yığılmanı azaltmaqla alüminium köpüyü sabitləşdirir. Eyni zamanda, Cf hüceyrə divarında bir ayırma qüvvəsi yaradan və baloncukların qırılmasının qarşısını alan, beləliklə, hüceyrə quruluşunu, köpük sabitliyini və məsamələrin paylanmasının vahidliyini yaxşılaşdıran şəbəkəyə bənzər bir quruluş yarada bilər.

3.3. Mikrostruktur xarakteristikası

Şəkil 7(a)AFS ilə köpükləndikdən sonra hüceyrə divarının mikrostrukturunu göstərir. AlSi6Cu4Mg4 ərinti köpükləri üçün bildirildiyi kimi, eutektik Al–Si, Mg2Si, Al2Cu və Al5Cu2Mg8Si6 ərintidə mövcuddur ki, bu da EDS analizindən əldə edilən nəticələrlə uyğundur.Şəkil 7(b). Bu kövrək fazalar məsamə divarını zəiflədərək və ya deformasiya zamanı çatların mənbəyi kimi çıxış edərək alüminium köpüyün mexaniki xüsusiyyətlərini azaldır. Buna görə də, möhkəmləndirici fazaların əlavə edilməsi yolu ilə məsamə divarının mexaniki xüsusiyyətlərinin artırılması real və effektiv strategiyadır.

Cf/AFS üçün onu müşahidə etmək olarŞəkil 7(c) və (d)Cf-nin hüceyrə divarının içərisində və ya hüceyrə divarının kənarında paylanması, Cf-nin alüminium əriməsi ilə əla ıslanma qabiliyyətinə malik olduğunu göstərir. Bundan əlavə, nəzərə çarpır (baxŞəkil 7(d)) liflər və alüminium əriməsi arasındakı interfeysdə Al2Cu çöküntüsü fazasının az bir hissəsi əmələ gəlir. Bu fenomen liflər və matris arasında güclü bir əlaqə əldə etməyə kömək edir. Bu diffuziya reaksiyasının gedişatını intuitiv şəkildə müşahidə etmək olarŞəkil 4(a)–(c). Qeyd edək ki, çökmüş faza karbon liflərini tam əhatə etmir və bu paylanmanın vəziyyəti və miqdarı Cf/AFS üçün faydalıdır. Lv və digərlərinin, Cf ilə gücləndirilmiş alüminium matriksli kompozit materiallar üzərində apardıqları araşdırmaya əsasən, çöküntülü fazanın müvafiq miqdarının fazalararası birləşmənin möhkəmliyinə təsir göstərə və tənzimləyə biləcəyi nümayiş etdirildi.

Şəkil 6.Nümunəvi nümunənin şaquli bölmələri (a) AFS və (b) Cf/AFS. (a) və (b) bəndlərinə uyğun olan ekvivalent diametr və sahə fraksiyaları müvafiq olaraq (c) və (d) bəndlərində təsvir edilmişdir. (c) və (d)-dəki möhkəm davamlı xətt log-normal uyğunluğu təmsil edir. Reqressiya (R2) uyğunluğun yaxşılığını təmsil edir.

Şəkil 7.SEM şəkilləri (a) və (b) uyğun mikrostrukturları göstərirŞəkil 6(a) AFS vəŞəkil 6(b) Cf/AFS, müvafiq olaraq, bundan əlavə,Şəkil 7(b) və (d) lokallaşdırılmış böyütmələrini göstərirŞəkil 7(a) və (c) müvafiq olaraq.

3.4. Al-Si-Mg-Cu köpüyü sabitləşdirən Cf mexanizmi

Yuxarıda qeyd olunan təhlilə əsasən, Cf/AFS və AFS üçün köpüklənmə mexanizminin sxematik təsviri ümumiləşdirilmişdir.Şəkil 8. Nüvələşmə mərhələsində, qabarcıq böyüməsi və birləşmə mərhələsində və tədricən bərkimə mərhələsində Cf/AFS və AFS arasındakı əhəmiyyətli fərqlər, aşağıda göstərildiyi kimiŞəkil 8(a) və (b).

Şəkil 8.Cf/AFS və AFS köpüklənmə davranışının sxematik diaqramı: (a) Cf/AFS; və (b) AFS.

AlSi6Cu4Mg4 xəlitəli köpüklərin nüvələşmə mərhələsində baloncuklar TiH2 hissəciklərinin yerləşdiyi yerdə nüvələşməyə deyil, mis hissəcikləri əhatə edən maye dördüncü evtektikada nüvələşməyə meyllidirlər. Prekursorun ən zəif bölgəsindəki bu növ nüvələşmə (II növ nüvələşmə) TiH2-nin parçalanması ilə ayrılan qazlar üçün daha çox qaçış kanalları təmin edir, qazların yığılmasının qarşısını alır və alüminium əriməsində çatların yayılmasına səbəb olur. Mislə örtülmüş karbon liflərinin əlavə edilməsi, görünür, H2-nin sərbəst buraxılması üçün daha çox kanal yaradır. Bununla belə, alüminium əriməsinin bu mərhələdə kifayət qədər maye hissəsi olmadığı üçün belə kiçik baloncukların böyüməyə davam etməsi üçün kifayət qədər H2 mənbəyinə malik olması çətindir. Nəticədə, temperatur yüksəldikcə bu kiçik baloncuklar ərimə içərisində qopur. Prekursor tamamilə əridildikdə, TiH2-nin şiddətli dehidrogenləşmə reaksiyasından ayrılan H2 nüvələşəcək və nüvələşmə nöqtəsinə əsasən sürətlə böyüyəcəkdir. Cf, nüvələşmə sürətini əhəmiyyətli dərəcədə artıran qabarcıqların yaranması üçün çoxsaylı heterojen nüvələşmə sahələrini təmin edir. Eyni zamanda, Cf-nin olması ilkin baloncukların təmasını və birləşməsini effektiv şəkildə maneə törədir və anomal olaraq böyük baloncukların yaranmasının qarşısını alır.

Baloncukların böyüməsi və birləşməsi mərhələsində Cf əlavə edilməsi köpük sabitliyini əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşdırır. Bunun səbəbi, Cf və alüminium əriməsinin yaxşı nəmlənmə qabiliyyətinə malik olmasıdır və liflər şəbəkə strukturu yaratmaq üçün iki qaz-maye interfeysi arasında asanlıqla tutula bilər (şəbəkədə göstərildiyi kimi).Şəkil 7(c)). Maye film nazikləşdikcə, liflər yayla sərhədindən əmməyə müqavimət göstərmək üçün bir ayırma təzyiqi yarada bilər və beləliklə, maye filmin parçalanmasının qarşısını alır. Beləliklə, Cf/AFS AFS ilə müqayisədə daha uzun köpüklənmə vaxtına ehtiyac duyur, köpüyün təkamülü zamanı məsamə strukturunun vahidliyini saxlaya bilən daha yüksək sabitliyə malikdir.

Yavaş bərkimə mərhələsində Cf/AFS-də qabarcıqlar artıq böyümür və liflər hüceyrə divarının içərisinə yerləşdirilir (qırmızı nöqtəli qutu ilə qeyd olunur). Liflərin bu cür saxlanması, Ostwald olgunlaşmasında göründüyü kimi kiçik baloncukların daha böyüklər tərəfindən udulmasının qarşısını alır və bərkimə genişlənməsi səbəbindən hüceyrə divarının qırılmasını maneə törədir. Nəticədə, Cf/AFS AFS ilə müqayisədə daha homojen məsamə strukturu və daha az məsamə qüsurları nümayiş etdirir.

3.5. Mexanik xüsusiyyətlər

Cf/AFS və AFS üçün sıxılma gərginliyi-deformasiya əyriləri demək olar ki, eyni məsaməliliyə (müvafiq olaraq 83,2% və 81,4%) təqdim olunur.Şəkil 9(a). Sıxıcı gərginlik-deformasiya əyrisi xətti elastik bölgəni, yayla bölgəsini və sıxlaşma bölgəsini əhatə edən fərqli üç mərhələli xarakteristika göstərir. AFS və Cf/AFS-nin sıxılma qabiliyyətinin gücü müvafiq olaraq 8,44 MPa və 11,87 MPa olmuşdur. Cf/AFS-nin sıxılma qabiliyyəti AFS ilə müqayisədə 40,6% artmışdır. Eyni zamanda, Cf/AFS-nin enerji udma qabiliyyəti, aşağıda göstərildiyi kimi, eyni gərginlikdə AFS-dən daha yaxşıdır.Şəkil 9(b). AFS və Cf/AFS-nin enerji udma imkanları müvafiq olaraq təxminən 3,3 MJ/m3 və 6,1 MJ/m3 təşkil edir. Cf/AFS-nin enerji udma qabiliyyəti AFS ilə müqayisədə 84,8% yaxşılaşmışdır.

şək. 9.Cf/AFS və AFS-nin sıxılma gərginliyi-qatar əyriləri və enerji udma qabiliyyəti əyriləri: (a) sıxıcı gərginlik-qatar əyriləri; (b) enerji udma qabiliyyəti əyriləri.

Cf-nin birləşdirilməsi köpük nüvəsinin mexaniki xüsusiyyətlərini əhəmiyyətli dərəcədə artırdı. Məlumdur ki, mexaniki xassələrialüminium köpükməsamə quruluşu və dayaq mexaniki xüsusiyyətləri ilə sıx bağlıdır. Makrostruktur təhlili göstərdi ki, Cf əlavəsi məsamə ölçüsünü təmizlədi, məsamələrin paylanmasını yaxşılaşdırdı və məsamə qüsurlarını azaldır. Sasikumar və digərlərinin tapıntılarına bənzəyir. və Yangetal. kiçik məsamə diametri və dar məsamə paylanması sıxılma gücünü və enerji udma səmərəliliyini artırmaq üçün daha faydalıdır. Üstəlik, mikrostrukturun köpükün mexaniki xassələrinə təsiri, əsasən, köpüyün məsamə divarlarına daxil edilmiş Cf ilə bağlıdır. Mislə örtülmüş karbon liflərinin alüminium matrisdə yayılması və əriməsi liflər və alüminium matris arasında daha möhkəm bir interfasial əlaqə əldə edə bilər ki, bu da yükün ötürülməsinə kömək edir. Məsamə divarına bərkidilmiş yüksək modullu karbon lifi sıxılma yükü altında məsamə divarının deformasiyasını məhdudlaşdıra və yükdaşıma qabiliyyətini yaxşılaşdıra bilər. Bütün bu amillər AFS ilə müqayisədə daha yüksək məhsuldarlıq gücü və enerji udma qabiliyyətinə nail olmaq üçün Cf/AFS-yə üstünlük verir.

4. Nəticələr

Bu işdə Cf/AFS və AFS qablaşdırma yayma toz metallurgiyası üsulu ilə hazırlanmışdır. Cf/AFS və AFS-nin köpüklənmə davranışı dinamik olaraq sinxrotron şüalanması vasitəsilə müşahidə edilmişdir.

Cf-nin qabarcığın nüvələşməsinə və böyüməsinə təsirini araşdırın. Bundan əlavə, alüminium köpüklərin məsamə morfologiyası, məsamə paylanması və sıxılma xüsusiyyətlərinə dair Cf hərtərəfli təhlil edilmişdir. Əsas nəticələr aşağıdakılardır:

(1) Sinxrotron şüalanma yerində müşahidələr göstərir ki, həm Cf/AFS, həm də AFS köpüklənmə prosesləri üç fərqli mərhələ nümayiş etdirir: qabarcıq nüvələrinin əmələ gəlməsi, qabarcıqların böyüməsi və birləşməsi və bərkiməsi.

AFS ilə müqayisədə, Cf/AFS-nin köpüklənmə prosesi daha yüksək sabitlik və qabarcıq vahidliyi nümayiş etdirir. AFS məsamələrin təkamül prosesi zamanı anormal böyük və qaba məsamələrin əmələ gəlməsinə daha çox meyllidir. Bundan əlavə, uyğunsuzluq Cf-nin heterojen nüvə təsirinə aid edilir, bu da qabarcıq divarının qırılmasının qarşısını alır və nüvələşmə sürətini artırarkən birləşməni azaldır.

(2) 0,5 wt.% Cf əlavə edilməsi ekvivalent məsamə diametrini 2,9 ± 0,2 mm-dən 1,9 ± 0,1 mm-ə qədər dəqiqləşdirir, qaba məsamə qüsurlarını əhəmiyyətli dərəcədə azaldır. Eyni zamanda, mikrostruktur məsamə divarı və qaz-bərk interfeysi boyunca paylanan Cf-nin yaxşı nəmlənmə qabiliyyətini ortaya qoyur və bununla da köpük sabitliyini artırır.

(3) AFS ilə müqayisədə, Cf/AFS-nin sıxılma qabiliyyəti və enerji udma qabiliyyəti müvafiq olaraq təxminən 40,6% və 84,8% artmışdır. Bu tədqiqatın nəticələri avtomobil və aerokosmik sənaye sahəsində mühəndislik tətbiqləri üçün potensiala malik olan metalurji birləşmə interfeysləri ilə alüminium köpük sendviç panellərinin möhkəmləndirilməsi üçün fikirlər verə bilər.

Materials Research and Technology jurnalından məqalə