高空隙率多孔鋁合金的形成及其性能研究.pdf

1、航天、機(jī)載電子設(shè)備、輕武器等國(guó)家高技術(shù)領(lǐng)域的現(xiàn)實(shí)和前瞻性需求,使通孔多孔鋁合金成為前沿?zé)狳c(diǎn)之一。本文在高技術(shù)目標(biāo)牽引下,研究了寬范網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)(P=57.3％～95.5％,d=1.0～7.0mm)通孔多孔鋁合金的形成及性能。
　　 以兵器消聲器為目標(biāo)牽引,采用熔體滲流法制備了孔隙率P=57.3％～70.0％、孔徑d=1.0～7.0mm的多孔鋁合金,并分析了其孔結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明:①隨著通孔度的增大,多孔鋁的比表面積降低,孔隙率增大。②多

2、孔鋁的孔隙率在凝固過(guò)程中略有提高?？蓪⒖紫堵时硎緸轭w粒堆積致密度與附加孔隙率之和。③多孔鋁合金可以滿足兵器消聲器對(duì)多孔鋁消聲、輕質(zhì)、高比強(qiáng)、長(zhǎng)壽命的要求。
　　 建立了熔體在多孔介質(zhì)中的滲流動(dòng)力方程,通過(guò)數(shù)值模擬得到了熔體滲流長(zhǎng)度與時(shí)間的關(guān)系。研究表明:①數(shù)值模擬結(jié)果與試驗(yàn)?zāi)M結(jié)果及鋁熔體滲流試驗(yàn)結(jié)果相吻合,表明了數(shù)值模擬的合理性。②滲流速度在初始階段迅速變大,并很快達(dá)到峰值,然后隨滲流時(shí)間緩慢降低。③滲流速度隨顆粒直徑和壓力的

3、增大而增大,隨堆積致密度的增大而減小。
　　 建立了顆粒堆積體的微管束模型和鋁熔體與顆粒間的傳熱模型,通過(guò)數(shù)值計(jì)算得到了鋁熔體的滲流能力。結(jié)果表明:①熔體滲流能力的數(shù)值模擬結(jié)果與鋁熔體的滲流試驗(yàn)相吻合。②滲流能力隨著顆粒預(yù)熱溫度的升高而增大:L=a(1-Tp/TM)b。③滲流能力隨著鋁熔體澆注溫度的升高而增大:L=a(TAl/TM-1)b+c。④滲流能力隨著驅(qū)動(dòng)壓力的增大而增大:L=a(△P/atm)b。⑤滲流能力隨著堆積致密度

4、的增大而降低:L=a(1-P,/100)b。⑥滲流能力與顆粒直徑基本成線性關(guān)系:L=ad。
　　 為了滿足TM對(duì)多孔鋁輕質(zhì)、高比強(qiáng)、散熱、阻尼多功能兼容的要求,采用如下新方法擴(kuò)大了多孔鋁的孔隙率范圍:①通過(guò)控制鋁熔體在顆粒堆積體中的滲入量,得到P=70.0％～90.0％、d=3.0～7.0mm的多孔鋁。②將熔模鑄造與熔體滲流相結(jié)合,得到P=92.0％～96.0％、d=2.5～5.5mm的海綿鋁。③通過(guò)鋁熔體在塑料顆粒自然堆積體中

5、的滲流,得到P=74.5％～87.3％、d=2.0～6.0mm的多孔鋁。④通過(guò)提高塑料顆粒的堆積致密度,得到P=74.5％～94.0％、d=2.0～6.0mm的多孔鋁。⑤將塑料顆粒與NaCl顆粒按比例混合堆積,得到P=57.3％～87.3％、d=2.0mm～6.0mm的多孔鋁。
　　 研究了多孔鋁的壓縮性能、流通特性、熱膨脹特性及電磁屏蔽性能。結(jié)果表明:①多孔鋁的壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線可以分為線彈性變形、平緩塑性變形和壓縮緊實(shí)三個(gè)階

6、段。多孔鋁合金的屈服強(qiáng)度隨著孔隙率的增加而降低,且符合比例定律。高孔隙率多孔鋁具有吸收大量塑性變形的能力。②多孔鋁具有與基體相當(dāng)?shù)木€膨脹系數(shù)。③多孔鋁的滲透系數(shù)隨著孔徑和孔隙率的增大而增大。④多孔鋁良好的導(dǎo)電性使其具有優(yōu)良的電磁屏蔽性能。與鋁制蜂窩波導(dǎo)窗相比,多孔鋁具有導(dǎo)電連續(xù)、各向同性、孔結(jié)構(gòu)可調(diào)、多種金屬基體、強(qiáng)度高、可螺釘連接等優(yōu)點(diǎn)。
　　 研究了多孔鋁散熱器在頂吹風(fēng)扇冷卻、強(qiáng)制空氣冷卻和強(qiáng)制流水冷卻條件下的散熱性能。建立

7、了單吹法非穩(wěn)態(tài)實(shí)驗(yàn)裝置,獲得了多孔鋁的體積對(duì)流換熱系數(shù)hv。結(jié)果表明:①多孔鋁散熱器的散熱效果主要受熱導(dǎo)率、流通能力、比表面積等因素的影響。②散熱效果隨流量增大而提高,且遵循對(duì)流換熱準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式Nu=CRem。③在相同風(fēng)速下,散熱效果隨孔徑和孔隙率的減小而提高。④在風(fēng)機(jī)功率一定的條件下,P=78.0％～83.9％、d=3.8～6.0mm的多孔鋁散熱器具有較好的散熱效果。⑤強(qiáng)制流水冷卻散熱效果遠(yuǎn)高于強(qiáng)制空氣冷卻和項(xiàng)吹風(fēng)扇冷卻。⑥體積對(duì)流換熱