Iš vario nusodinto anglies pluošto aliuminio putplasčio daugiasluoksnės plokštės veikimo charakteristikos, palyginti su įprastomis aliuminio putplasčio daugiasluoksnėmis plokštėmis

Aliuminio putplasčio sumuštinis(AFS) plokštės pasižymi struktūrinėmis ir funkcinėmis savybėmis, tokiomis kaip mažas tankis, didelis savitasis stiprumas, palanki energijos sugertis, slopinimo geba ir elektromagnetinis ekranavimas. Dėl šių puikių savybių AFS turi didelį potencialą aviacijos, transporto ir jūrų srityse. Palyginti su vos metalinėmis putomis, AFS išorinės metalinės plokštės gali efektyviai užsandarinti putas ir pagerinti jo visapusiškas mechanines savybes, tokias kaip tempimo ir lenkimo stiprumas. Paprastai AFS buvo gaminamas naudojant klijų sujungimo metodą, o tai reiškia, kad aliuminio putos pritvirtinamos prie kieto metalo plokščių naudojant epoksidinės dervos klijus.

Nors klijų sujungimo metodas efektyviai padidina struktūrinį slopinimą, jį lydi apribojimai, įskaitant perdirbimo problemas ir jautrumą dilimui, esant aukštai temperatūrai arba korozinėms sąlygoms. Siekiant pašalinti šiuos apribojimus, buvo dedamos didelės mokslinių tyrimų pastangos metalurginiam sujungimui tarp plokštės ir pagrindinio sluoksnio.

Šiuo metu vyraujantys AFS paruošimo metodai, kuriais siekiama metalurginio sujungimo, paprastai skirstomi į tris kategorijas: suvirinimas, lydalo putojimas ir pakavimo valcavimo miltelinės metalurgijos metodas. Tarp šių metodų, pakavimo valcavimo miltelių metalurgijos metodas laikomas geresniu, norint kontroliuoti porų struktūrą ir pasiekti žemos temperatūros putojimą. Ankstesniame mūsų darbe ši technologija buvo naudojama gaminant didelio dydžio AFS, pasižyminčias geresnėmis plėtimosi savybėmis ir korinio struktūra, skirta pramonei.

Tačiau dėl santykinai žemų putplasčio šerdies gniuždymo mechaninių savybių AFS mechaninio stiprumo gerinimas yra ribotas, todėl tolesnis putplasčio šerdies stiprumo gerinimas yra labai svarbus AFS.

Iki šiol buvo pranešta apie bendrus metodus, skirtus pagerinti gniuždymo mechanines savybesaliuminio putosyra šios: paviršiaus apdorojimas, terminis apdorojimas ir sutvirtinimas pridedant dalelių, pluoštų, legiravimo elementų ir kt. Tarp jų trumpi anglies pluoštai, turintys mažą tankį, didelį tamprumo modulį ir didelį kraštinių santykį, sulaukė didelio dėmesio kaip perspektyvios armavimo medžiagos. Be to, anglies pluošto paviršiaus metalizavimas galvanizuojant arba dengiant cheminiu būdu, pvz., dengiant variu arba padengiant nikeliu, dar labiau pagerina anglies pluošto drėkinamumą aliuminio lydaloje ir išvengia kenksmingų sąsajų tarp anglies pluoštų ir aliuminio lydalo. Trumpas anglies pluoštas dabar plačiai naudojamas aliuminio matricos kompozitams sustiprinti.

Bhav Singhetal. paruošti variu dengti anglies pluoštai sustiprinti aliuminio matricos kompozitai maišymo liejimo būdu. Muetal. pagaminti aliuminio matricos kompozitai, sutvirtinti nikeliu dengtais anglies pluoštais, naudojant dviejų ritinių liejimo metodą. Rezultatai parodė reikšmingą kompozitų atsparumo tempimui padidėjimą pridedant anglies pluošto. Tačiau buvo atlikta nedaug tyrimųsustiprintas aliuminio putomissu variu dengtais anglies pluoštais. Caoetal. pirmiausia paruoštas variu dengtas anglies pluoštas, sutvirtintas aliuminio putplasčiu, naudojant lydalo putojimo metodą. Rezultatai rodo, kad 0,35 tūrio% Cf gali stabilizuoti aliuminio putas, užkertant kelią skystos plėvelės plyšimui, ir tuo stabilesnis yra į putas dedamas pluoštų kiekis. Muetal. parodė, kad aliuminio putų, paruoštų lydalo putojimo metodu, slopinimo savybės žymiai pagerėjo pridėjus žr.

Atitinkamai galima daryti išvadą, kad Cf pridėjimas gali būti veiksminga strategija, siekiant tuo pat metu pagerinti putojimo stabilumą ir mechanines savybes.aliuminio putos. Be to, nebuvo pranešimų apie variu dengtas anglies pluoštu sustiprintas aliuminio putplasčio daugiasluoksnes plokštes, paruoštas miltelinės metalurgijos metodu, o tai skatina mokslininkus atlikti išsamesnius šios srities tyrimus.

Buvo atlikta daugybė branduolio susidarymo mechanizmo ir stabilumo tyrimųaliuminio putospridedant armavimo fazes. Porų skaičiaus ir porų morfologijos skirtumai,

tokie kaip dydis, pasiskirstymas ir forma, dažniausiai priskiriami branduolių susidarymo mechanizmams ir stabilumui. Išsamiai ištirtas heterogeninis branduolių susidarymo poveikis ir oksidų tinklo stabilizavimo mechanizmai miltelių metalurgijos sistemoje. Šiame darbe naudojami ketvirtinio lydinio milteliai, sudaryti iš Al – Si – Mg – Cu, pasižymi išskirtiniu plėtimosi greičiu ir žema putojimo temperatūra, kurių kietojo kūno temperatūra buvo 507 ◦ C, o skysčio temperatūra – 596 ◦ C. Nepaisant to, trūksta mokslinių tyrimų, susijusių su miltelių suspaudimo, turinčio šią konkrečią lydinio kompoziciją, branduolio susidarymo mechanizmu, stabilumu ir gniuždymo mechaninėmis savybėmis, ypač kai į jas įtraukta žr. Ankstesniuose darbuose branduolių susidarymo ir stabilizavimo mechanizmų tyrimai pirmiausia buvo atliekami ne in situ metodais, apimančiais mėginių, kurie buvo greitai atšaldyti nutraukus putojimą, tomografinę analizę. Deja, submikroninio burbulo branduolių susidarymas pirmiausia įvyksta kaitinant pirmtaką ir greitai plečiasi per laiko intervalus nuo 100 ms iki 1 s, o tai dažnai kelia iššūkių stebint realiuoju laiku. Šiuolaikinė sinchrotroninės spinduliuotės rentgeno vaizdavimo technika pasižymi didele energija ir erdvėlaikine skiriamąja geba, leidžiančia realiu laiku in situ stebėti aliuminio putų branduolio susidarymo ir augimo procesą aukštesnėje temperatūroje. Šiuo metu tik riboti mokslininkai ištyrė Al – Si – Mg lydinio miltelių putojimo kinetiką sinchrotronine spinduliuote. Pavyzdžiui, García-Morenoetal. pranešė apie reikšmingus dinaminius reiškinius skystose aliuminio putose, įskaitant branduolio susidarymą ir augimą, burbuliukų persitvarkymą, skysčio atitraukimą, aglomeraciją ir plėvelės plyšimą. Kamm ir kt. ištyrė AlSi8Mg4 aliuminio putų branduolio susidarymo ir augimo procesą sinchrotronine spinduliuote. Jų išvados parodė, kad vandenilis, susidaręs skylant adsorbatams ant metalo miltelių paviršiaus, yra dar vienas svarbus branduolio susidarymo mechanizmas. Tačiau pirmtakų komponentų sąveika yra sudėtinga, o putojimo dinamiką gali paveikti jų sudėtis. Tiek Al-Si-Cu-Mg miltelių sistemai, tiek Al-Si-Cu-Mg miltelių sistemai su pridėtu Cf, metalo putų susidarymo ir augimo supratimas ir tyrimas yra labai svarbus tolesniam putplasčio struktūriniam vystymuisi, siekiant pagerinti savybes. programoms.

Šiame darbe pakavimo valcavimo miltelinės metalurgijos metodu buvo paruošti Cf/AFS ir AFS su metalurginiu sąsajų sujungimu. Cf / AFS ir AFS burbuliukų evoliucija buvo stebima in situ sinchrotronine spinduliuote, kad būtų atskleistas burbuliukų branduolio susidarymo, augimo ir susiliejimo bei stabilumo Cf mechanizmas. Be to, Cf / AFS ir AFS buvo putoti 620 ◦ C temperatūroje 15 minučių kamerinėje krosnyje. Vėliau buvo apibūdintas ir išbandytas putplasčio mėginių porų dydžio pasiskirstymas, porų mikrostruktūra ir gniuždomosios mechaninės savybės. Remiantis anksčiau minėtais tyrimais, buvo sistemingai vertinama Cf/AFS ir AFS struktūra ir gniuždymo stipris.

2. Medžiagos ir metodai

2.1. Žaliavos

AFS ir Cf/AFS paruošti buvo panaudotos šešios žaliavos: Al milteliai (vidutinis dydis: 45 μm, grynumas >99,70%), Si milteliai (vidutinis dydis: 38 μm, grynumas >99,50%), Cu milteliai (vidutinis dydis: 38 μm, grynumas >99,90 %), Mg milteliai (vidutinis dydis: 75 μm, grynumas >99,70%), TiH2 milteliai (vidutinis dydis: 45 μm, grynumas > 99,70%) ir variu dengtas anglies pluoštas (vidutinis dydis: 1～2 mm, variu dengto storis: 1,4 μm).

2.2. Cf/AFS gamyba

Pakuotės valcavimo miltelinės metalurgijos metodo schema pavaizduota1 pav. Maišymo etape buvo paruošti ketvirtinio lydinio AlSi6Mg4Cu4 milteliai su Al, Si, Cu ir Mg milteliais atitinkamai 86 masės%, 6 masės%, 4 masės% ir 4 masės%. 1 masės % oksiduoto TiH2 miltelių (termiškai apdorojant ore 1,5 val. 470 ◦C temperatūroje) buvo pridėta kaip pūtimo agentas, kuris lydymosi temperatūroje greitai išskiria H2, plečiantis lydalą. Be to, 0,5 masės% anglies pluošto buvo įtraukta kaip armavimo fazės. Pažymėtina, kad siekiant padidinti drėkinamumą ir išvengti kenksmingų reakcijų, tokių kaip Al4C3 pluošto ir aliuminio lydalo sąsajoje putojimo metu, anglies pluoštai buvo padengti variu galvanizuojant. Galvanizacijos procesas buvo aprašytas nuorodoje.2 pavparodytas variu dengtas anglies pluoštas, gautas beelektrinio dengimo būdu. Danga vienodai ir nuolat dengia pluošto paviršių(2 pav. (a)–(b). Vėliau šiame tyrime panaudotos skirtingos lydinių kompozicijos buvo paruoštos kruopščiai sumaišant pirmiau minėtus miltelius su Cf ir be jo trimačiame maišytuve 3 valandas. Tolygiai sumaišyti milteliai yra kapsuliuojami į sandarią ertmę, po to atliekamos šalto ir karšto valcavimo procedūros.

Šalto valcavimo pakopa efektyviai pašalina orą iš ertmių ir tarpdalelių tarp dalelių per kelis praėjimus ir mažas įdubas. Karšto valcavimo stadija užtikrina, kad pirmtakas pasiektų santykinį tankį, viršijantį 98 % dėl bendro plokštės ir miltelių deformacijos, o tai palengvina tolesnį putojimo procesą. Išsamūs valcavimo proceso parametrai aprašyti nuorodose. AFS ir Cf/AFS putojantys pirmtakai gaunami naudojant pirmiau minėtą procesą. Galiausiai abu putojantys pirmtakai buvo kaitinami 620 ◦C temperatūroje 15 minučių, kad būtų pagaminti Cf/AFS ir AFS mėginiai, kurie buvo naudojami porų dydžio analizei, mikrostruktūros apibūdinimui ir gniuždomųjų mechaninių savybių tyrimams.

2.3. Apibūdinimas ir tyrimo metodai

2.3.1. Mikrostruktūros apibūdinimas

Cf/AFS ir AFS mikrostruktūros morfologija buvo ištirta lauko emisijos skenuojančia elektronų mikroskopija (SEM, Zeiss Ultra Plus). Energijos dispersinė spektroskopija (EDS) buvo naudojama įvairių fazių sudėčiai putplasčio mėginių ląstelių sienelėse nustatyti. Išilginiai mėginių pjūviai buvo gauti pjaustant putplasčius bandinius naudojant elektros iškrovimo mašiną (EDM, DK7745). Po to bandinių išilginės pjūviai buvo padengti dažais, o po to nušlifuoti ir poliruoti naudojant atitinkamai 800 ir 1500 grūdėtumo švitrinį popierių. Galiausiai poliruoto mėginio skerspjūvio lygiaverčiai ląstelių skersmenys (Dmean) buvo nustatyti naudojant vaizdo analizės programinę įrangą Image Pro Plus 6.0.

1 pav.Pakavimo valcavimo miltelinės metalurgijos metodo schema.

2 pav.(a) variu dengtų anglies pluoštų SEM vaizdai ir (b) rodo padidintą regiono vaizdą, pažymėtą raudonu kvadratu (a). Vaizdai (c) ir (d) yra taško A EDS rezultatai (b).

3 pav.Sinchrotroninės spinduliuotės eksperimento sąrankos schema.

2.3.2. In situ putojimo stebėjimai sinchrotronine spinduliuote

Pavaizduota sinchrotroninės spinduliuotės eksperimento sąrankos schema3 pav. Eksperimentai buvo atlikti Pekino sinchrotroninės spinduliuotės įrenginio (BSRF, Pekino didelės energijos fizikos instituto, Kinijos mokslų akademijos, Kinija) spindulio linijoje 4W1A. Skirtingai nuo įprasto sugerties kontrasto vaizdo, šiame dokumente naudojamas fazinis kontrastas su sinchrotrono spinduliuotės šviesos šaltiniu. Šis metodas pašalina tradicinio absorbcinio vaizdo, kuris yra neveiksmingas vizualizuoti silpnai sugeriančias medžiagas, apribojimus. Mėginių putojimo procesas buvo atliktas specialiai suprojektuotoje putojimo krosnyje, turinčioje 15 mm x 15 mm kvadratinį langelį, statmeną rentgeno spindulio krypčiai. Mėginio dydis, kaip parodyta 3 pav., yra 15 mm × 15 mm × 2 mm. Mėginys dedamas į putojančią formą, susidedančią iš tam tikro skaičiaus keraminių lakštų. Viso putojimo proceso metu rentgeno spinduliai gali prasiskverbti pro mėginį ir užfiksuoti įkrovimo prijungto įrenginio (CCD) kamera. Pasirinktas rentgeno šaltinis veikė 20 Kev intensyvumu, o maksimalus matymo dydis buvo 7, 4 mm × 7, 4 mm, kad būtų galima visapusiškai stebėti visą putojimo procesą.

Verta paminėti, kad stebimi mėginiai buvo išdėstyti statmenai tiek riedėjimo krypčiai, tiek tangentinei krypčiai. Tiek pirmtakų, kurių sudėtyje yra 0,5 masės% Cf, ir tų, kurių Cf nėra 0,5 masės%, šoninės plokštės buvo pašalintos iš abiejų mėginių pusių naudojant EDM. Ištirtas Cf poveikis aliuminio putų putojimo savybėms. Be to, skirtingos sudėties pirmtakai buvo putoti toje pačioje kaitinimo krosnyje iš anksto nustatyta 620 ◦C temperatūra.

2.3.3. Suspaudimo mechaninių savybių bandymas

Suspaudimo bandiniai EDM buvo supjaustyti į cilindrinius 23 mm aukščio ir 20 mm skersmens bandinius, o kiekviena kryptimi buvo užtikrinta, kad būtų bent 10 pilnų porų, kad būtų išvengta dydžio poveikio. Kvazistatinio suspaudimo bandymai buvo atlikti pagal ISO13314–2011 ir GB/T31930–2015 standartus, naudojant universalią medžiagų testavimo mašiną AG-XPLUS elektroniniu būdu, kurios maksimali apkrova yra 100 KN. Buvo išbandyti trys kiekvienos grupės mėginiai, o gniuždymo įtempių ir deformacijų kreivės šiame dokumente atspindi vidutinius rezultatus, gautus iš trijų išbandytų mėginių. Visi bandymai buvo atlikti kontroliuojant poslinkį, išlaikant pastovų 2 mm/min skersinio galvutės greitį (atitinkantį pradinį 10–3 s–1 deformacijos greitį) kambario temperatūroje.

4 pav.Cf/AFS putojimo proceso sinchrotroninės spinduliuotės vaizdai: a) neputotas pirmtakas t0 momentu 380 ◦C; b)–c) elementinio vario ištirpimas ir II tipo branduolių susidarymas pirmtakų lydymosi metu; (d)–(g) nevienalyčiai burbuliukų branduolių susidarymo ir augimo procesai; ir (h)–(i) burbuliukai susilieja ir plyšta.

3. Rezultatai ir diskusija

3.1. In situ putojimas veikiant sinchrotroninei spinduliuotei

3.1.1. Cf/AFS putų evoliucija

4 pavrodo sinchrotroninės spinduliuotės vaizdų seriją, vaizduojančią Cf / AFS putojimo procesą. Originalūs Cf/AFS vaizdai(4 pav. (a))buvo užfiksuoti, kai matrica buvo kietoje būsenoje esant 380 ◦C, ir šis laikas buvo nustatytas kaip t0. Palyginti su kitais pirmtako komponentais, daugiausia pilka aliuminio turinčioje matricoje Cf atrodo juoda. Tai gali būti siejama su dideliu vario kiekiu pluošto paviršiuje, kaip parodyta2 pav. (c)–(d), kurios santykinė atominė masė yra didžiausia, palyginti su kitais pirmtako komponentais. Be to, pastebima, kad dauguma Cf yra išsklaidytos ir atskirtos, o ne sugrupuotos kartu, kaip parodyta4 pav. (a). Tai reiškia, kad pridėjus 0,5 masės % Cf, 3 valandų maišymo procesas gali veiksmingai pasiekti norimą dispersijos būseną.

Esant t0+194s (kaip matyti iš4 pav. (b)), pilkoje aliuminio matricoje (pažymėtoje raudona rodykle) galima pastebėti daug baltų, beveik sferinių burbuliukų, kurių skersmuo svyruoja nuo 90 μm iki 180 μm. Kaip parodyta 46 s, burbuliukų skaičius toliau didėjo4 pav. (c). Be to, dar vienas pastebimas pokytis, vykstantis matricoje, yra tas, kad kai kurie maži burbuliukai linkę susidaryti Cf paviršiuje, kai pradeda tirpti Cu (pažymėta raudonu taškiniu langeliu). Tikėtina, kad šis reiškinys siejamas su II tipo branduolių susidarymu vario turinčioje miltelių pakuotėje. Plačiai pripažįstama, kad Cu pridėjimas žymiai sumažina lydinių lydymosi temperatūrą. Tai lemia vietinį tirpimą aplink atskiras miltelių daleles miltelių pirmtakuose, kuriuose yra vario miltelių, kaitinimo metu, todėl žemesnėje temperatūroje susidaro didelis kiekis Al-Si-Mg-Cu ketvirtinio eutektinio lydalo. Ketvirtinis eutektinis lydalo telkinys paprastai yra silpna lydinio sritis ir yra labiau linkusi į branduolio susidarymą. Dėl to burbuliukai dažniau formuojasi ir auga šalia variu padengto pluošto paviršiaus. Be to, dėl mažos skysčio frakcijos matricoje šiuo metu aliuminio matricoje lengvai kaupiasi dujos, atsirandančios dėl TiH2 irimo. II tipo branduolių sudarymas gali veiksmingai išvengti susikaupusių dujų, kurios išskiria mažos skysčio frakcijos matricą ir sklinda per skystį įtrūkimus, dėl kurių smarkiai prarandamas vandenilio kiekis.

4 pav. (d)parodyta, kad burbuliukai iš pradžių formuojasi branduoliais ir auga Cf srityje, kai matrica visiškai ištirpsta, o burbuliukų vietos atitinka nykstantį variu dengtą sluoksnį (pažymėtą raudonu taškiniu langeliu). Nustatyta, kad antrinių fazių pridėjimas padidina nevienalyčių branduolių susidarymo vietų skaičių ir taip sumažina energijos barjerą naujų burbuliukų susidarymui lydinio lydalo viduje. Tuo tarpu branduolio susidarymo greitis yra susijęs su bendru heterogeninio branduolio plotu tūrio vienete. Todėl galima pastebėti, kad burbuliukai iš pradžių formuojasi tose vietose, kur yra anglies pluoštai, ir plečiasi išilgai anglies pluošto. Toliau didėjant lydalo frakcijai, iš jos ir toliau atsiranda daug naujų burbuliukų4(e)–4(g) pav.. Tačiau vietinio burbuliukų susiliejimo ir plyšimo greitis yra lėtas, o tai rodo, kad burbuliukai turi didelį stabilumą. Esant t0+426s, burbuliukų skaičius žymiai padidėja, ir

pirmtako tūris labai išsiplėtė(4 pav. (h)). Be to, kai kurių burbuliukų susiliejimas (pažymėtas raudona rodykle), kai maži burbuliukai absorbuojami didesnių dėl Ostvaldo brendimo, yra neišvengiamas metalinių putų evoliucijos procesas [40]. Dėl šio brendimo reiškinio taip pat atsiranda nedidelis skaičius didelių ir netaisyklingų burbuliukų (pažymėtų raudona rodykle4 pav. (i)).

5 pav.Laikui bėgant sukurti AFS putojimo proceso vaizdai įvairiais etapais: a) neištirpęs pirmtakas t0 momentu 380 ◦C; b) elementinio vario ištirpimas ir II tipo branduolių susidarymas pirmtakų lydymosi metu; c) burbuliukų susidarymo ir augimo procesai; ir (d)–(f) burbuliukai susilieja ir plyšta.

3.1.2. AFS putplasčio evoliucija

5 pav. parodyta sinchrotroninės spinduliuotės vaizdų serija, iliustruojanti AFS putojimo procesą. Panašiai kaip Cf/AFS, pradinis sinchrotroninės spinduliuotės sekos vaizdas buvo užfiksuotas, kai AFS buvo kietoje fazėje esant 380 ◦C (žr.5 pav. (a)). Kai matrica kaitinama aukščiau kietojo kūno temperatūros, joje matomi maži balti burbuliukai5 pav. (b) ir (c), atsirandantis dėl TiH2 skilimo ir II tipo branduolių susidarymo Cu turtingoje srityje. Tačiau susidariusių burbulų skaičius ir jų pasiskirstymo tankis5 pav. (c)yra žymiai mažesnis, palyginti su4 pav. (c). Tai rodo, kad Cf / AFS suteikia daugiau kanalų ankstyvam dujų išsiskyrimui branduolio susidarymo metu, užkertant kelią pernelyg dideliam įtrūkimų susidarymui aliuminio matricoje su maža skysčio frakcija.

Galima pastebėti mažiau AFS branduolių susidarymo vietų ir didesnę nenormalaus burbulo augimo tikimybę, palyginti su Cf/AFS.5 pav. (d)–(f). AFS burbuliukų raida yra netaisyklinga, o jų dydžiai labai svyruoja dėl to, kad kartu egzistuoja ir mikrometro dydžio burbuliukai, ir neįprastai milimetro dydžio dideli burbuliukai (pažymėti raudona rodykle). Be to, dėl šio nestabilumo ir nehomogeniškumo ankstyvojo branduolio susidarymo proceso metu gali atsirasti reikšmingų galutinių porų struktūros ir mechaninių savybių skirtumų tarp AFS ir Cf / AFS.

3.2. Makrostruktūros analizė

Norint ištirti makroskopinių porų morfologijos ir porų skersmens skirtumus tarp AFS ir Cf/AFS, laboratorinėmis sąlygomis buvo paruoštos dvi daugiasluoksnės struktūros, esant 620 ◦C putojimo temperatūrai 15 min. AFS ir Cf / AFS makrostruktūros ir ląstelių dydžio pasiskirstymas parodytos6 pav. Palyginus dviejų sumuštinių struktūrų mėginių vertikalias dalis, paaiškėja, kad Cf / AFS putos turi smulkesnes ląsteles ir mažiau defektų, tokių kaip ląstelių plyšimas ar susiliejimas (žr.6 pav. (b)). Priešingai, kaip parodyta6 pav. (a), AFS turi prastą porų homogeniškumą, kai yra kai kurių neįprastai didelių porų. Tuo tarpu lygiavertis AFS ir Cf/AFS porų skersmuo buvo atitinkamai 2,9 ± 0,2 mm ir 1,9 ± 0,1 mm, o tai rodo, kad porų skersmuo buvo dar patobulintas pridedant Cf (žr.6 pav. (c) ir (d)).

Porų struktūros raidą įtakoja du konkurenciniai mechanizmai: TiH2 skilimas ir putų susiliejimas bei plyšimas. TiH2 skilimas prisideda prie branduolių susidarymo, poringumo ir plėtimosi greičio padidėjimo, o burbuliukų susiliejimas ir plyšimas sumažina porų skaičių ir padidina porų skersmenį. Burbulų susiliejimo ir plyšimo įvykių mažinimas prisideda prie geresnės ląstelių struktūros. Taigi, norint išlaikyti porų struktūros homogeniškumą putojimo proceso metu, būtinas didelis putų stabilumas. Cf/AFS atveju, pridėjus Cf, labai pagerėja pluoštų drėkinamumas su aliuminio lydalu. Panašiai kaip pranešta Cf sustiprintos aliuminio putos [44], paruoštos lydalo putplasčio metodu, Cf pridėjimas stabilizuoja aliuminio putas, užkertant kelią ląstelių sienelių plyšimui ir sumažinant aglomeraciją. Tuo tarpu Cf ląstelės sienelėje gali sukurti į tinklą panašią struktūrą, kuri sukuria atskyrimo jėgą ir apsaugo nuo burbuliukų plyšimo, taip pagerindama ląstelių struktūrą, putų stabilumą ir porų pasiskirstymo vienodumą.

3.3. Mikrostruktūros apibūdinimas

7 pav. (a)parodyta ląstelės sienelės mikrostruktūra po putojimo su AFS. Kaip pranešama apie AlSi6Cu4Mg4 lydinio putas, lydinyje yra eutektinių Al-Si, Mg2Si, Al2Cu ir Al5Cu2Mg8Si6, o tai sutampa su išvadomis, gautomis atlikus EDS analizę7 pav. (b). Šios trapios fazės sumažina aliuminio putų mechanines savybes, susilpnindamos porų sienelę arba veikdamos kaip įtrūkimų šaltinis deformacijos metu. Todėl porų sienelės mechaninių savybių gerinimas pridedant armavimo fazes yra perspektyvi ir veiksminga strategija.

Cf/AFS atveju tai galima pastebėti iš7 pav. (c) ir (d)kad Cf pasiskirsto ląstelės sienelės viduje arba ląstelės sienelės krašte, o tai rodo, kad Cf puikiai drėkina aliuminio lydalą. Be to, tai pastebima (žr7 pav. (d)), kad pluoštų ir aliuminio lydalo sąsajoje susidaro nedidelis kiekis nusodintos fazės Al2Cu. Šis reiškinys padeda pasiekti stiprų ryšį tarp pluoštų ir matricos. Šios difuzijos reakcijos progresavimą galima intuityviai stebėti4 pav. (a)–(c). Atkreipkite dėmesį, kad nusodinta fazė nevisiškai supa anglies pluoštus, o šio pasiskirstymo būsena ir kiekis yra naudingi Cf / AFS. Remiantis Lv ir kt. tyrimu, naudojant Cf sustiprintos aliuminio matricos kompozitines medžiagas, buvo įrodyta, kad tinkamas nusodintos fazės kiekis gali turėti įtakos ir reguliuoti sąsajos jungties stiprumą.

6 pav.Vertikalūs reprezentatyvaus mėginio pjūviai (a) AFS ir (b) Cf/AFS. Ekvivalenčio skersmens ir ploto frakcijos diagramos, atitinkančios (a) ir (b), pavaizduotos atitinkamai (c) ir (d). Ištisinė ištisinė linija (c) ir (d) rodo logaritminį normalų pritaikymą. Regresija (R2 ) reiškia tinkamumo gerumą.

7 pav.SEM vaizdai (a) ir (b) rodo mikrostruktūras, atitinkančias6 pava) AFS ir6 pavb) atitinkamai Cf/AFS, be to,7 pav(b) ir (d) rodo lokalizuotus padidinimus7 pav(a) ir (c) atitinkamai.

3.4. Cf stabilizuojančių Al-Si-Mg-Cu putų mechanizmas

Remiantis aukščiau minėta analize, scheminis Cf/AFS ir AFS putojimo mechanizmo vaizdas yra apibendrintas8 pav. Reikšmingi skirtumai tarp Cf/AFS ir AFS branduolio susidarymo stadijoje, burbulų augimo ir susiliejimo stadijoje bei laipsniško kietėjimo stadijoje, kaip parodyta8 pav. (a) ir (b).

8 pav.Cf/AFS ir AFS putojimo elgesio schema: (a) Cf/AFS; ir b) AFS.

AlSi6Cu4Mg4 lydinio putų branduolių susidarymo stadijoje burbuliukai linkę susidaryti branduolį skystoje ketvirtinėje eutektikoje, supančioje vario daleles, o ne formuotis TiH2 dalelių vietoje. Šio tipo branduolių susidarymas silpniausioje pirmtako srityje (II tipo branduolys) suteikia daugiau pabėgimo kanalų dujoms, išsiskiriančioms skaidant TiH2, išvengiant dujų kaupimosi ir aliuminio lydalo plitimo įtrūkimų. Variu dengtų anglies pluoštų pridėjimas, matyt, dar labiau sukuria daugiau kanalų H2 išleidimui. Tačiau kadangi šiame etape aliuminio lydalas neturi pakankamai skystos frakcijos, tokiems mažiems burbuliukams sunku turėti pakankamą H2 šaltinį, kad galėtų toliau augti. Dėl to šie maži burbuliukai plyšta lydalo viduje kylant temperatūrai. Kai pirmtakas visiškai ištirps, H2, išsiskiriantis iš smarkios TiH2 dehidrogenizacijos reakcijos, susidarys branduolys ir greitai augs, atsižvelgiant į branduolio susidarymo tašką. Cf suteikia daugybę nevienalyčių branduolių susidarymo vietų burbulams generuoti, kurios labai padidina branduolio susidarymo greitį. Tuo pačiu metu Cf veiksmingai slopina pirminių burbuliukų kontaktą ir susiliejimą bei išvengia neįprastai didelių burbuliukų susidarymo.

Burbulų augimo ir susiliejimo stadijoje Cf pridėjimas žymiai pagerina putų stabilumą. Priežastis ta, kad Cf ir aliuminio lydalas gerai drėkina, o pluoštai gali būti lengvai įstrigę tarp dviejų dujų ir skysčio sąsajų, kad susidarytų tinklo struktūra (kaip parodyta7 pav. (c)). Kai skystoji plėvelė yra ploninama, pluoštai gali sukurti atskyrimo slėgį, kad atsispirtų siurbimui nuo plokščiakalnio ribos, taip užkertant kelią skysčio plėvelės plyšimui. Taigi Cf / AFS reikia ilgesnio putojimo laiko, palyginti su AFS, su didesniu stabilumu, kuris gali išlaikyti porų struktūros vienodumą putų evoliucijos metu.

Lėto kietėjimo stadijoje burbuliukai Cf/AFS nebeauga, o pluoštai įterpiami į ląstelės sienelę (pažymėta raudonu taškiniu langeliu). Šis skaidulų sulaikymas neleidžia absorbuoti mažų burbuliukų didesniems, kaip matyti Ostwald brendimo metu, ir slopina ląstelės sienelės plyšimą dėl kietėjimo išsiplėtimo. Dėl to Cf / AFS, palyginti su AFS, turi homogeniškesnę porų struktūrą ir mažiau porų defektų.

3.5. Mechaninės savybės

Beveik vienodo poringumo (atitinkamai 83,2 % ir 81,4 %) Cf/AFS ir AFS gniuždymo įtempių ir deformacijų kreivės pateiktos9 pav. (a). Gniuždymo įtempių ir deformacijų kreivė rodo atskirą trijų pakopų charakteristiką, apimančią linijinę elastinę sritį, plokščiakalnio sritį ir tankinimo sritį. AFS ir Cf/AFS gniuždymo takumo riba buvo atitinkamai 8,44 MPa ir 11,87 MPa. Cf/AFS takumo riba gniuždant buvo padidinta 40,6%, lyginant su AFS. Tuo tarpu Cf / AFS energijos sugerties pajėgumas yra geresnis nei AFS toje pačioje deformacijoje, kaip parodyta9 pav. (b). AFS ir Cf/AFS energijos sugerties pajėgumai yra atitinkamai apie 3,3 MJ/m3 ir 6,1 MJ/m3. Cf/AFS energijos sugėrimo geba pagerėjo 84,8%, lyginant su AFS.

9 pav.Cf/AFS ir AFS gniuždymo įtempių ir energijos sugerties kreivės: a) gniuždymo įtempių ir traukos kreivės; b) energijos sugerties pajėgumo kreivės.

Cf įtraukimas žymiai pagerino putplasčio šerdies mechanines savybes. Gerai žinoma, kad mechaninės savybėsaliuminio putosyra glaudžiai susiję su porų struktūra ir statramsčio mechaninėmis savybėmis. Makrostruktūrinė analizė parodė, kad Cf pridėjimas pagerino porų dydį, pagerino porų pasiskirstymą ir sumažino porų defektus. Panašiai kaip Sasikumar ir kt. ir Jangetalio. mažas porų skersmuo ir siauras porų pasiskirstymas yra naudingesni siekiant padidinti gniuždymo stiprumą ir energijos sugėrimo efektyvumą. Be to, mikrostruktūros poveikį mechaninėms putų savybėms daugiausia lemia Cf, įterptas į putų porų sieneles. Aliuminio matricoje esantį anglies pluoštą, padengtą variu, difuzija ir ištirpinimas gali užtikrinti tvirtesnį pluoštų ir aliuminio matricos sąsają, o tai prisideda prie apkrovos perdavimo. Didelio modulio anglies pluoštas, susegtas porų sienelėje, gali apriboti porų sienelės deformaciją esant suspaudimo apkrovai ir pagerinti laikomąją galią. Visi šie veiksniai skatina Cf/AFS pasiekti didesnį takumo ribą ir energijos sugėrimo pajėgumą, palyginti su AFS.

4. Išvados

Šiame darbe Cf/AFS ir AFS buvo paruošti pakavimo valcavimo miltelinės metalurgijos metodu. Cf / AFS ir AFS putojimo elgesys buvo dinamiškai stebimas naudojant sinchrotroninę spinduliuotę

ištirti Cf įtaką burbulo formavimuisi ir augimui. Be to, buvo kruopščiai ištirta aliuminio putų porų morfologija, porų pasiskirstymas ir suspaudimo savybės. Pagrindinės išvados yra šios:

(1) Sinchrotroninės spinduliuotės in situ stebėjimai rodo, kad tiek Cf / AFS, tiek AFS putojimo procesai turi tris skirtingus etapus: burbuliukų susidarymą, burbulų augimą ir susiliejimą bei kietėjimą.

Palyginti su AFS, Cf / AFS putojimo procesas rodo didesnį stabilumą ir burbulų vienodumą. AFS yra labiau linkęs formuoti neįprastai dideles ir šiurkščias poras porų evoliucijos proceso metu. Be to, skirtumas siejamas su nevienalyčiu Cf branduolių susidarymo efektu, kuris apsaugo nuo burbulo sienelės plyšimo ir sumažina susiliejimą, tuo pačiu padidindamas branduolio susidarymo greitį.

(2) Pridėjus 0,5 masės % Cf, lygiavertis porų skersmuo pagerinamas nuo 2,9 ± 0,2 mm iki 1,9 ± 0,1 mm, o tai žymiai sumažina stambių porų defektus. Tuo pačiu metu mikrostruktūra atskleidžia gerą Cf drėkinamumą, kuris pasiskirsto išilgai porų sienelės ir dujų ir kietos sąsajos, taip padidindamas putų stabilumą.

(3) Palyginti su AFS, Cf/AFS gniuždymo takumo riba ir energijos sugerties pajėgumas padidėjo atitinkamai maždaug 40,6 % ir 84,8 %. Šio tyrimo išvados gali pasiūlyti idėjų, kaip sustiprinti aliuminio putplasčio daugiasluoksnes plokštes su metalurginio sujungimo sąsajomis, kurios gali būti pritaikytos inžinerinėms reikmėms automobilių ir aviacijos pramonėje.

Straipsnis iš medžiagų tyrimų ir technologijų žurnalo