高強(qiáng)度稀土泡沫鋁合金的研制.pdf

1、泡沫鋁合金是近年來發(fā)展起來的一種新型結(jié)構(gòu)功能材料。20世紀(jì)40年代后期開始被人們發(fā)現(xiàn)并研制，但直到近十幾年才得到很大的發(fā)展。由于它具有輕質(zhì)、阻燃、阻尼、高能量吸收等優(yōu)良的物理性能，其應(yīng)用已經(jīng)涉及了航天航空、運(yùn)輸、電子、軍工、化工、環(huán)保、能源、機(jī)械、生物等各個(gè)高科技領(lǐng)域及一般工業(yè)領(lǐng)域。熔體發(fā)泡法生產(chǎn)泡沫鋁合金，因其生產(chǎn)工藝相對(duì)簡(jiǎn)單、成本低，因而最具有工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)的前途。稀土金屬用作鋁合金添加劑，可改變其物理性質(zhì)，增加其耐磨性、耐高溫強(qiáng)度

2、及抗蠕變強(qiáng)度，改善加工性能。因此開發(fā)功能與結(jié)構(gòu)一體化的新型材料—稀土泡沫鋁材，有著十分廣闊的市場(chǎng)前景。 本論文闡述了用ZL102(Al-Si12)、稀土添加劑為基體材料，SiC作增粘劑、Mg粉為活性劑，CaCO3作發(fā)泡劑，用熔體發(fā)泡法制備出平均孔隙率為63-90％，平均孔徑1mm左右的高質(zhì)量、低成本、結(jié)構(gòu)可控的高強(qiáng)度稀土泡沫鋁合金，并在此基礎(chǔ)上通過熔煉、增粘、發(fā)泡、冷卻等各個(gè)工藝的實(shí)驗(yàn)研究，分析各工藝對(duì)制備泡沫鋁合金影響，設(shè)計(jì)稀

3、土加入量、發(fā)泡劑加入量、攪拌時(shí)間、發(fā)泡溫度、保溫時(shí)間等五因素四水平的正交實(shí)驗(yàn)。通過L16(45)正交實(shí)驗(yàn)來考察泡沫鋁合金孔隙結(jié)構(gòu)特性及稀土泡沫鋁合金的靜態(tài)力學(xué)性能，分析發(fā)泡的熱力學(xué)條件，最終確定制備出結(jié)構(gòu)可控的泡沫鋁合金樣品，并得出初步優(yōu)化工藝參數(shù)。 研究結(jié)果表明，對(duì)于實(shí)驗(yàn)采用的稀土鋁合金為基體的材料來說，熔體發(fā)泡制備出孔隙結(jié)構(gòu)均勻，孔隙率可控的稀土泡沫鋁合金，有L16(45)正交實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)可得最優(yōu)條件為：發(fā)泡溫度為680℃

4、，保溫時(shí)間為10min，攪拌時(shí)間為3min，CaCO3含量1.5％，冷卻方式為水冷加空冷。各因素對(duì)孔隙率的影響為CaCO3含量＞發(fā)泡溫度＞攪拌時(shí)間＞保溫時(shí)間。分析發(fā)泡各因素做單獨(dú)的研究，包括其它條件相同時(shí)，對(duì)保溫時(shí)間、發(fā)泡溫度、稀土加入量、發(fā)泡劑的含量及攪拌時(shí)間對(duì)孔隙率的影響，從而確定最佳工藝參數(shù)。 研究還發(fā)現(xiàn)：稀土泡沫鋁合金的抗壓應(yīng)力-應(yīng)變曲線分為線彈性變形階段、塑變屈服階段和致密化階段。稀土加入后，基體材料的抗拉強(qiáng)度和延伸率

5、都有一定的增加，最佳的添加量為0.40％(wt)，稀土對(duì)泡沫鋁合金壓縮行為有顯著的影響，低孔隙率泡沫鋁合金的屈服應(yīng)力比高孔隙率泡沫鋁合金高，孔隙率相同，孔徑的大小對(duì)具有均勻孔結(jié)構(gòu)泡沫鋁合金的壓縮特性基本沒有影響，泡沫鋁合金壓縮流變強(qiáng)度隨著相對(duì)密度的增加而增大。通過這些實(shí)驗(yàn)的研究，從發(fā)泡熱力學(xué)觀點(diǎn)出發(fā)，初步探討了發(fā)泡過程中發(fā)泡劑分解、氣孔的形核、長(zhǎng)大、運(yùn)動(dòng)及穩(wěn)定等熱力學(xué)條件，從而也為氣孔在不同狀態(tài)中的演變趨勢(shì)提供了一定的理論研究，進(jìn)一步豐