泡沫鋁基復(fù)合材料制備工藝及壓縮性能研究.pdf

1、泡沫鋁集輕質(zhì)、良好的隔音吸聲、能量吸收、阻尼減振、隔熱保溫和電磁屏蔽等性能于一身，因此在建筑和交通運輸行業(yè)，尤其是汽車、航空航天工業(yè)中具有廣闊的應(yīng)用前景。隨著泡沫鋁的商業(yè)化生產(chǎn)，其應(yīng)用在多個領(lǐng)域逐步開展，暴露出泡沫鋁合金強(qiáng)度不足的問題。鋁基復(fù)合材料具有較高的比強(qiáng)度、比剛度、彈性模量、耐磨性和低的熱膨脹系數(shù)等優(yōu)良特性，因此泡沫鋁基復(fù)合材料具有提高泡沫鋁強(qiáng)度的內(nèi)在潛力，引起了研究者的廣泛關(guān)注。
　　本文首先研究純鋁基泡沫鋁熔體發(fā)泡法的

2、制備工藝，通過對TiH2進(jìn)行預(yù)熱處理，調(diào)節(jié)Ca的加入量和攪拌工藝參數(shù)，控制發(fā)泡溫度和時間，制備出孔結(jié)構(gòu)均勻的純鋁基泡沫鋁試樣。研究Ca在Al熔體內(nèi)的增粘作用機(jī)理和試樣的靜態(tài)壓縮性能，發(fā)現(xiàn):細(xì)小的Al+Al4Ca共晶組織彌散分布狀態(tài)和Al-Ca-O復(fù)合氧化物薄膜對Al-Ca合金熔體粘度均有影響;試樣的平均孔徑隨密度增大而減小;試樣的靜態(tài)壓縮曲線呈現(xiàn)三階段特征，即彈性變形階段、應(yīng)力平臺階段和密實階段;壓縮強(qiáng)度和平臺應(yīng)力總體上隨試樣密度增加而

3、增大，然而密度較小的試樣由于局部大孔數(shù)量較多，壓縮強(qiáng)度出現(xiàn)隨密度變化的反?，F(xiàn)象;局部大孔在壓縮過程中容易破裂，造成應(yīng)力平臺區(qū)出現(xiàn)波動。
　　隨后以SiCp/Al復(fù)合材料為發(fā)泡基體，通過向熔體中加入Mg，并對SiC顆粒進(jìn)行高溫預(yù)熱處理，改善了熔體對SiC顆粒的潤濕性并利用熔體發(fā)泡法制備出泡沫試樣。對試樣進(jìn)行靜態(tài)壓縮性能測試和孔壁微觀組織觀察，研究發(fā)現(xiàn):SiCp/AlSi10Mg復(fù)合材料作為發(fā)泡基體脆性過大，泡孔結(jié)構(gòu)易于坍塌;與純鋁基

4、泡沫鋁相比，泡沫SiCp/Al-5wt.％Mg復(fù)合材料的壓縮強(qiáng)度較高，泡沫SiCp/AlSi10Mg復(fù)合材料的壓縮強(qiáng)度較低;SiC顆粒分布在氣孔和孔壁的界面上，表明SiC顆粒在發(fā)泡過程中分布在氣—液界面上，阻礙了氣泡的排液長大過程，增大了氣泡的穩(wěn)定性;兩種試樣不同的孔壁微觀組織是造成二者泡孔結(jié)構(gòu)和壓縮強(qiáng)度差異的根本原因。
　　此外以原位自生Mg2Si/Al復(fù)合材料為發(fā)泡基體，CaCO3作發(fā)泡劑，制備出孔結(jié)構(gòu)均勻的泡沫Al-10wt

5、.％Mg2Si和Al-15wt.％Mg2Si試樣，并對試樣進(jìn)行靜態(tài)壓縮性能測試、人工時效熱處理和孔壁微觀組織觀察。研究發(fā)現(xiàn):CaCO3作發(fā)泡劑制備出的試樣孔徑均勻細(xì)小;兩種試樣的靜態(tài)壓縮性能曲線均具備泡沫金屬壓縮變形的三階段特征，壓縮強(qiáng)度隨試樣密度增加而增大，壓縮應(yīng)力—應(yīng)變曲線的應(yīng)力平臺區(qū)出現(xiàn)鋸齒狀波動，暴露出孔壁的脆性破裂特征;人工時效熱處理能夠顯著增大試樣的壓縮強(qiáng)度和平臺應(yīng)力;孔壁中粗大的Al+Mg2Si偽共晶組織割裂了Al基體，使