Χαρακτηριστικά απόδοσης πάνελ σάντουιτς από αφρό αλουμινίου με εναπόθεση χαλκού σε σύγκριση με το συμβατικό πάνελ σάντουιτς από αφρό αλουμινίου

Σάντουιτς με αφρό αλουμινίουΤα πάνελ (AFS) έχουν έναν συνδυασμό δομικών και λειτουργικών χαρακτηριστικών όπως χαμηλή πυκνότητα, υψηλή ειδική αντοχή, ευνοϊκή απορρόφηση ενέργειας, ικανότητα απόσβεσης και ηλεκτρομαγνητική θωράκιση. Αυτές οι εξαιρετικές ιδιότητες κάνουν το AFS να έχει μεγάλες δυνατότητες στην αεροδιαστημική, τις μεταφορές και τα θαλάσσια πεδία. Σε σύγκριση με τους σχεδόν μεταλλικούς αφρούς, οι εξωτερικές μεταλλικές πλάκες του AFS μπορούν να σφραγίσουν αποτελεσματικά τον αφρό και να βελτιώσουν τις ολοκληρωμένες μηχανικές του ιδιότητες, όπως η αντοχή σε εφελκυσμό και κάμψη. Γενικά, το AFS κατασκευάστηκε με τη μέθοδο συγκόλλησης με κόλλα, η οποία συνεπάγεται τη σύνδεση του αφρού αλουμινίου σε συμπαγή μεταλλικά πάνελ χρησιμοποιώντας κόλλα εποξειδικής ρητίνης.

Αν και η μέθοδος συγκόλλησης με κόλλα ενισχύει αποτελεσματικά τη δομική απόσβεση, συνοδεύεται από περιορισμούς, συμπεριλαμβανομένων των προκλήσεων στην ανακύκλωση και της ευαισθησίας σε αστοχία αποκόλλησης κάτω από συνθήκες υψηλής θερμοκρασίας ή διάβρωσης. Για την αντιμετώπιση αυτών των περιορισμών, έχουν αφιερωθεί εκτεταμένες ερευνητικές προσπάθειες για την επίτευξη μεταλλουργικής σύνδεσης μεταξύ του πίνακα και του στρώματος πυρήνα.

Επί του παρόντος, οι κυρίαρχες μέθοδοι προετοιμασίας για AFS που στοχεύουν στην επίτευξη μεταλλουργικής συγκόλλησης ταξινομούνται γενικά σε τρεις κατηγορίες: συγκόλληση, αφρισμός τήγματος και μέθοδος μεταλλουργίας σκόνης έλασης συσκευασίας. Μεταξύ αυτών των μεθόδων, η μέθοδος μεταλλουργίας σκόνης έλασης συσκευασίας θεωρείται ανώτερη για τον έλεγχο της δομής των πόρων και την επίτευξη αφρισμού σε χαμηλή θερμοκρασία. Η προηγούμενη εργασία μας χρησιμοποιούσε αυτήν την τεχνολογία για την κατασκευή AFS μεγάλου μεγέθους με καλύτερες ιδιότητες επέκτασης και κυτταρική δομή για βιομηχανικές εφαρμογές.

Ωστόσο, λόγω των σχετικά χαμηλών συμπιεστικών μηχανικών ιδιοτήτων του πυρήνα αφρού, η βελτίωση της μηχανικής αντοχής του AFS είναι περιορισμένη, επομένως η περαιτέρω βελτίωση της αντοχής του πυρήνα αφρού είναι ζωτικής σημασίας για το AFS.

Μέχρι σήμερα, οι κοινές μέθοδοι έχουν αναφερθεί ότι βελτιώνουν τις συμπιεστικές μηχανικές ιδιότητες τουαφρός αλουμινίουείναι οι εξής: επιφανειακή επεξεργασία, θερμική επεξεργασία και ενίσχυση με προσθήκη σωματιδίων, ινών, στοιχείων κράματος κ.λπ. Μεταξύ αυτών, κοντές ίνες άνθρακα με χαμηλή πυκνότητα, υψηλό μέτρο ελαστικότητας και μεγάλο λόγο διαστάσεων έχουν προσελκύσει ευρεία προσοχή ως πολλά υποσχόμενα ενισχυτικά υλικά. Επιπλέον, η επιφανειακή επιμετάλλωση ινών άνθρακα, με ηλεκτρολυτική ή χημική επιμετάλλωση, όπως επιμετάλλωση χαλκού ή επινικελίωση, βελτιώνει περαιτέρω τη διαβρεξιμότητα των ινών άνθρακα στο τήγμα αλουμινίου και αποφεύγει τις επιβλαβείς διεπιφανειακές αντιδράσεις μεταξύ των ινών άνθρακα και του τήγματος αλουμινίου. Οι κοντές ίνες άνθρακα χρησιμοποιούνται πλέον ευρέως για την ενίσχυση σύνθετων υλικών μήτρας αλουμινίου.

Μπάβ Σινγκετάλ. παρασκευασμένα σύνθετα υλικά μήτρας αλουμινίου με επίστρωση χαλκού με ίνες άνθρακα ενισχυμένα με μέθοδο χύτευσης με ανάδευση. Muetal. κατασκευασμένα σύνθετα μήτρα αλουμινίου ενισχυμένα με ίνες άνθρακα επικαλυμμένες με νικέλιο χρησιμοποιώντας τη μέθοδο χύτευσης δύο κυλίνδρων. Τα αποτελέσματα έδειξαν σημαντική ενίσχυση της αντοχής σε εφελκυσμό των σύνθετων υλικών με την προσθήκη ινών άνθρακα. Ωστόσο, έχει γίνει περιορισμένη έρευνα γιαενισχυμένο με αφρό αλουμινίουμε επικαλυμμένες με χαλκό ίνες άνθρακα. Caoetal. για πρώτη φορά παρασκευάστηκαν επικαλυμμένες με χαλκό ίνες άνθρακα που ενίσχυσαν τον αφρό αλουμινίου μέσω της μεθόδου του αφρισμού τήξης. Τα αποτελέσματα καταδεικνύουν ότι 0,35 vol% Cf μπορεί να σταθεροποιήσει τον αφρό αλουμινίου αποτρέποντας τη ρήξη του υγρού φιλμ και όσο πιο σταθερή είναι η ποσότητα των ινών που προστίθενται στον αφρό. Muetal. έδειξε ότι οι ιδιότητες απόσβεσης του αφρού αλουμινίου που παρασκευάστηκε με τη μέθοδο του αφρισμού τήξης βελτιώθηκαν σημαντικά με την προσθήκη Cf.

Συνεπώς, μπορεί να συναχθεί το συμπέρασμα ότι η προσθήκη Cf μπορεί να είναι μια αποτελεσματική στρατηγική για την ταυτόχρονη βελτίωση της σταθερότητας αφρισμού και των μηχανικών ιδιοτήτων τουαφροί αλουμινίου. Επιπλέον, δεν έχουν υπάρξει αναφορές για επιμεταλλωμένα πάνελ σάντουιτς από αφρώδες αλουμίνιο ενισχυμένα με ίνες άνθρακα που παρασκευάζονται με τη μέθοδο της μεταλλουργίας σκόνης, η οποία παρακινεί τους ερευνητές να πραγματοποιήσουν πιο εις βάθος μελέτες σε αυτόν τον τομέα.

Έχουν διεξαχθεί πολυάριθμες μελέτες σχετικά με τον μηχανισμό πυρήνωσης και τη σταθερότητα τουαφροί αλουμινίουμε την προσθήκη ενισχυτικών φάσεων. Οι διαφορές στον αριθμό των πόρων και τη μορφολογία των πόρων,

όπως το μέγεθος, η κατανομή και το σχήμα, συνήθως αποδίδονται στους μηχανισμούς πυρήνωσης και στη σταθερότητα. Τα ετερογενή αποτελέσματα πυρηνοποίησης και οι μηχανισμοί σταθεροποίησης του δικτύου οξειδίων στο σύστημα μεταλλουργίας σκόνης έχουν διερευνηθεί εξαντλητικά. Οι σκόνες τεταρτοταγούς κράματος που αποτελούνται από Al–Si–Mg–Cu που χρησιμοποιούνται σε αυτό το έγγραφο έχουν παρουσιάσει εξαιρετικούς ρυθμούς διαστολής και χαμηλές θερμοκρασίες αφρισμού, με θερμοκρασία στερεού 507 ◦C και θερμοκρασία υγρού 596 ◦C. Ωστόσο, υπάρχει έλλειψη έρευνας σχετικά με τον μηχανισμό πυρήνωσης, τη σταθερότητα και τις μηχανικές ιδιότητες συμπίεσης των συμπαγών σκόνης που περιέχουν αυτή τη συγκεκριμένη σύνθεση κράματος, ιδιαίτερα όταν ενσωματώνουν Cf. Σε προηγούμενες εργασίες, οι έρευνες των μηχανισμών πυρήνωσης και σταθεροποίησης διεξήχθησαν κυρίως μέσω μη επιτόπιων μεθόδων, που περιελάμβαναν την τομογραφική ανάλυση δειγμάτων που ψύχονταν γρήγορα μετά από διακοπή αφρισμού. Δυστυχώς, η πυρηνοποίηση φυσαλίδων υπομικρών συμβαίνει κυρίως κατά τη θέρμανση με πρόδρομο και επεκτείνεται γρήγορα μέσα σε χρονικά διαστήματα που εκτείνονται από 100 ms έως 1 s, παρουσιάζοντας συχνά προκλήσεις για παρατήρηση σε πραγματικό χρόνο. Η σύγχρονη τεχνική απεικόνισης ακτίνων Χ με ακτινοβολία σύγχροτρον διαθέτει υψηλή ενεργειακή και χωροχρονική ανάλυση, επιτρέποντας σε πραγματικό χρόνο, in situ παρατήρηση της διαδικασίας πυρήνωσης και ανάπτυξης αφρού αλουμινίου σε υψηλές θερμοκρασίες. Επί του παρόντος, μόνο περιορισμένοι ερευνητές έχουν εξερευνήσει την κινητική αφρισμού της σκόνης κράματος Al-Si-Mg από ακτινοβολία σύγχροτρον. Για παράδειγμα, García-Morenoetal. ανέφεραν σημαντικά δυναμικά φαινόμενα στον υγρό αφρό αλουμινίου, συμπεριλαμβανομένης της πυρήνωσης και της ανάπτυξης, της αναδιάταξης φυσαλίδων, της συστολής υγρού, της συσσωμάτωσης και της ρήξης του φιλμ. Οι Kamm et al. μελέτησε τη διαδικασία πυρήνωσης και ανάπτυξης του αφρού αλουμινίου AlSi8Mg4 με ακτινοβολία σύγχροτρον. Τα ευρήματά τους έδειξαν ότι το υδρογόνο που παράγεται μέσω της αποσύνθεσης προσροφημένων στην επιφάνεια της σκόνης μετάλλου αντιπροσωπεύει έναν άλλο σημαντικό μηχανισμό πυρήνωσης. Ωστόσο, η αλληλεπίδραση μεταξύ των πρόδρομων συστατικών είναι περίπλοκη και η δυναμική του αφρισμού μπορεί να επηρεαστεί από τη σύνθεσή τους. Τόσο για το σύστημα σκόνης Al–Si–Cu–Mg όσο και για το σύστημα σκόνης Al–Si–Cu–Mg με προσθήκη Cf, η κατανόηση και η διερεύνηση της έναρξης και ανάπτυξης του μεταλλικού αφρού είναι ζωτικής σημασίας για την περαιτέρω δομική ανάπτυξη του αφρού για τη βελτίωση των ιδιοτήτων για εφαρμογές.

Σε αυτή την εργασία, τα Cf/AFS και AFS με μεταλλουργική διεπιφανειακή συγκόλληση παρασκευάστηκαν με τη μέθοδο της μεταλλουργίας σκόνης έλασης συσκευασίας. Η εξέλιξη των φυσαλίδων των Cf/AFS και AFS παρατηρήθηκε επί τόπου με ακτινοβολία σύγχροτρον για να αποκαλυφθεί ο μηχανισμός της Cf στη δημιουργία πυρήνων φυσαλίδων, την ανάπτυξη και τη συγχώνευση και τη σταθερότητα. Επιπλέον, οι Cf/AFS και AFS αφρίστηκαν στους 620 ◦C για 15 λεπτά σε έναν κλίβανο θαλάμου. Στη συνέχεια, η κατανομή μεγέθους πόρων, η μικροδομή των πόρων και οι μηχανικές ιδιότητες συμπίεσης των αφρισμένων δειγμάτων χαρακτηρίστηκαν και δοκιμάστηκαν. Με βάση τις προαναφερθείσες μελέτες, αξιολογήθηκε συστηματικά η δομή και η αντοχή σε θλίψη των Cf/AFS και AFS.

2. Υλικά και μέθοδοι

2.1. Πρώτες ύλες

Για την παρασκευή του AFS και του Cf/AFS χρησιμοποιήθηκαν έξι πρώτες ύλες: σκόνη Al (μέσο μέγεθος: 45 μm, καθαρότητα >99,70%), σκόνη Si (μέσο μέγεθος: 38 μm, καθαρότητα >99,50%), σκόνη Cu (μέσο μέγεθος: 38 μm, καθαρότητα >99,90%), σκόνη Mg (μέσο μέγεθος: 75 μm, καθαρότητα >99,70%), σκόνη TiH2 (μέσο μέγεθος: 45 μm, καθαρότητα >99,70%) και ανθρακονήματα επικαλυμμένα με χαλκό (μέσο μέγεθος: 1~2 mm, πάχος επικάλυψης με χαλκό: 1,4 μm).

2.2. Κατασκευή Cf/AFS

Η σχηματική απεικόνιση της μεθόδου μεταλλουργίας σκόνης έλασης συσκευασίας απεικονίζεται στοΕικ. 1. Κατά το στάδιο της ανάμιξης, παρασκευάστηκε η σκόνη τεταρτοταγούς κράματος AlSi6Mg4Cu4, με σκόνες Al, Si, Cu και Mg σε αναλογίες 86 wt%, 6 wt%, 4 wt% και 4 wt%, αντίστοιχα. Προστέθηκε 1% κατά βάρος οξειδωμένη σκόνη TiH2 (θερμική επεξεργασία στον αέρα για 1,5 ώρα στους 470°C) ως παράγοντας διογκώσεως που απελευθερώνει το Η2 ταχέως στη θερμοκρασία τήγματος διογκώνοντας το τήγμα. Επιπλέον, 0,5 wt% ινών άνθρακα ενσωματώθηκαν ως ενισχυτικές φάσεις. Συγκεκριμένα, για να ενισχυθεί η διαβρεξιμότητα και να αποτραπούν επιβλαβείς αντιδράσεις όπως το Al4C3 στη διεπιφάνεια τήγματος ινών-αλουμινίου κατά τη διάρκεια του αφρισμού, οι ίνες άνθρακα επικαλύφθηκαν με χαλκό μέσω ηλεκτρολυτικής επιμετάλλωσης. Η διαδικασία ηλεκτρολυτικής επιμετάλλωσης περιγράφηκε στις Αναφ.Εικ. 2δείχνει τις επικαλυμμένες με χαλκό ίνες άνθρακα που λαμβάνονται με τη διαδικασία επιμετάλλωσης χωρίς ηλεκτρισμό. Η επίστρωση έχει ομοιόμορφη και συνεχή κάλυψη της επιφάνειας των ινών(Εικ. 2(α)–(β)). Ακολούθως, οι διάφορες συνθέσεις κραμάτων που χρησιμοποιήθηκαν σε αυτή τη μελέτη παρασκευάστηκαν με επιμελή ανάμιξη των προαναφερθέντων σκονών με και χωρίς Cf σε έναν τρισδιάστατο αναμικτήρα για 3 ώρες. Η ομοιόμορφα αναμεμειγμένη σκόνη εγκλείεται σε μια σφραγισμένη κοιλότητα, ακολουθούμενη από διαδικασίες ψυχρής και θερμής έλασης.

Το στάδιο ψυχρής έλασης εκκενώνει αποτελεσματικά τον αέρα μέσα από τις κοιλότητες και τους ενδιάμεσους χώρους μεταξύ των σωματιδίων μέσω μιας σειράς πολλαπλών διόδων και μικρών κοιλοτήτων. Το στάδιο θερμής έλασης διασφαλίζει ότι ο πρόδρομος επιτυγχάνει σχετική πυκνότητα που υπερβαίνει το 98% μέσω της συν-παραμόρφωσης του πάνελ και της σκόνης, η οποία διευκολύνει την επακόλουθη διαδικασία αφρισμού. Λεπτομερείς παράμετροι διεργασίας έλασης περιγράφονται στις Αναφ. Οι AFS και Cf/AFS αφρίσιμες πρόδρομες ουσίες λαμβάνονται μέσω της προαναφερθείσας διαδικασίας. Τελικά, και οι δύο αφρίσιμες πρόδρομες ουσίες θερμάνθηκαν στους 620 ◦C για 15 λεπτά για την κατασκευή δειγμάτων Cf/AFS και AFS, τα οποία χρησιμοποιήθηκαν για ανάλυση μεγέθους πόρων, χαρακτηρισμό μικροδομής και δοκιμές συμπιεστικών μηχανικών ιδιοτήτων.

2.3. Χαρακτηρισμός και μέθοδοι δοκιμής

2.3.1. Μικροδομικός χαρακτηρισμός

Η μορφολογία της μικροδομής των Cf/AFS και AFS διερευνήθηκε με ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης εκπομπής πεδίου (SEM, Zeiss Ultra Plus). Η φασματοσκοπία διασποράς ενέργειας (EDS) χρησιμοποιήθηκε για τον προσδιορισμό της σύνθεσης διαφόρων φάσεων στα κυτταρικά τοιχώματα των αφρισμένων δειγμάτων. Οι διαμήκεις τομές των δειγμάτων ελήφθησαν με κοπή των αφρωδών δειγμάτων χρησιμοποιώντας τη μηχανή ηλεκτρο-εκφόρτισης (EDM, DK7745). Στη συνέχεια, οι διαμήκεις τομές των δειγμάτων επικαλύφθηκαν με βαφή και στη συνέχεια τρίφθηκαν και γυαλίστηκαν με γυαλόχαρτο 800 και 1500 κόκκων, αντίστοιχα. Τελικά, οι ισοδύναμες διάμετροι κυψελών (Dmean) της γυαλισμένης διατομής του δείγματος προσδιορίστηκαν χρησιμοποιώντας το λογισμικό ανάλυσης εικόνας, Image Pro Plus 6.0.

Εικ. 1.Σχηματική απεικόνιση της μεθόδου μεταλλουργίας σκόνης έλασης συσκευασίας.

Εικ. 2.Εικόνες SEM των (α) επικαλυμμένων με χαλκό ινών άνθρακα και (β) δείχνει μια μεγεθυμένη άποψη της περιοχής που σημειώνεται από ένα κόκκινο τετράγωνο στο (α). Οι εικόνες (γ) και (δ) είναι τα αποτελέσματα EDS του σημείου Α στο (β).

Εικ. 3.Σχηματικό διάγραμμα της ρύθμισης του πειράματος ακτινοβολίας σύγχροτρον.

2.3.2. Παρατηρήσεις επί τόπου αφρισμού με ακτινοβολία σύγχροτρον

Σκιαγραφείται το σχηματικό διάγραμμα της ρύθμισης του πειράματος ακτινοβολίας σύγχροτρονΕικ. 3. Τα πειράματα διεξήχθησαν στη γραμμή δέσμης 4W1A της Εγκατάστασης Ακτινοβολίας Synchrotron του Πεκίνου (BSRF, Ινστιτούτο Φυσικής Υψηλής Ενέργειας του Πεκίνου, Κινεζική Ακαδημία Επιστημών, Κίνα). Σε αντίθεση με τη συμβατική απεικόνιση αντίθεσης απορρόφησης, αυτό το έγγραφο χρησιμοποιεί απεικόνιση αντίθεσης φάσης με την πηγή φωτός ακτινοβολίας Synchrotron. Αυτή η προσέγγιση αντιμετωπίζει τους περιορισμούς της παραδοσιακής απεικόνισης απορρόφησης, η οποία είναι αναποτελεσματική για την απεικόνιση ουσιών που απορροφούν ασθενώς. Η διαδικασία αφρισμού των δειγμάτων πραγματοποιήθηκε σε έναν ειδικά σχεδιασμένο κλίβανο αφρού, που διαθέτει ένα τετράγωνο παράθυρο 15 mm επί 15 mm τοποθετημένο κάθετα προς την κατεύθυνση της δέσμης ακτίνων Χ. Το μέγεθος του δείγματος, όπως απεικονίζεται στο Σχ. 3, είναι 15 mm × 15 mm × 2 mm. Το δείγμα τοποθετείται σε καλούπι αφρού που αποτελείται από ορισμένο αριθμό κεραμικών φύλλων. Καθ' όλη τη διάρκεια της διαδικασίας αφρισμού, οι ακτίνες Χ μπορούν να περάσουν μέσα από το δείγμα και καταγράφονται από μια κάμερα συζευγμένης συσκευής (CCD). Η επιλεγμένη πηγή ακτίνων Χ λειτουργούσε σε ένταση 20 Kev και χρησιμοποιήθηκε μέγιστο μέγεθος προβολής 7,4 mm × 7,4 mm για να καταστεί δυνατή η ολοκληρωμένη παρατήρηση ολόκληρης της διαδικασίας αφρισμού.

Αξίζει να σημειωθεί ότι τα δείγματα που παρατηρήθηκαν ήταν τοποθετημένα με τρόπο κάθετο τόσο προς την κατεύθυνση κύλισης όσο και προς την εφαπτομενική διεύθυνση. Τόσο οι πρόδρομοι που περιέχουν 0,5 wt% Cf όσο και εκείνοι χωρίς 0,5 wt% Cf αφαιρέθηκαν τα πλευρικά πάνελ τους και από τις δύο πλευρές των δειγμάτων χρησιμοποιώντας EDM. Η επίδραση του Cf στα χαρακτηριστικά αφρισμού του αφρού αλουμινίου διερευνήθηκε. Επιπλέον, οι πρόδρομες ουσίες με διαφορετικές συνθέσεις αφρίστηκαν στον ίδιο κλίβανο θέρμανσης σε προκαθορισμένη θερμοκρασία 620 ◦C.

2.3.3. Δοκιμή μηχανικών ιδιοτήτων συμπίεσης

Τα δείγματα συμπίεσης κόπηκαν σε κυλινδρικά δείγματα με ύψος 23 mm και διάμετρο 20 mm με EDM και διασφαλίστηκε ότι κάθε κατεύθυνση περιλαμβάνει τουλάχιστον 10 πλήρεις πόρους για να αποφευχθεί η επίδραση του μεγέθους. Οι οιονεί στατικές δοκιμές συμπίεσης διεξήχθησαν σύμφωνα με τα πρότυπα ISO13314–2011 και GB/T31930–2015, χρησιμοποιώντας μια μηχανή δοκιμών υλικού γενικής χρήσης ηλεκτρονίων AG-XPLUS με μέγιστη χωρητικότητα φορτίου 100 KN. Τρία δείγματα δοκιμάστηκαν για κάθε ομάδα και οι καμπύλες θλιπτικής τάσης-παραμόρφωσης σε αυτό το έγγραφο αντιπροσωπεύουν τα μέσα αποτελέσματα που προέκυψαν από τα τρία δείγματα που δοκιμάστηκαν. Όλες οι δοκιμές πραγματοποιήθηκαν υπό έλεγχο μετατόπισης, διατηρώντας σταθερή ταχύτητα διασταύρωσης 2 mm/min (που αντιστοιχεί σε αρχικό ρυθμό καταπόνησης 10− 3 s− 1) σε θερμοκρασία δωματίου.

Εικ. 4.Εικόνες ακτινοβολίας σύγχροτρον που έχουν εξελιχθεί στο χρόνο της διαδικασίας αφρισμού Cf/AFS: (α) μη αφρισμένος πρόδρομος σε t0 ροπή 380 ◦C. (β)–(γ) διάλυση στοιχειακού χαλκού και πυρήνωση τύπου II κατά τη διάρκεια της πρόδρομης τήξης. (δ)–(ζ) ετερογενείς διαδικασίες πυρήνωσης και ανάπτυξης φυσαλίδων. και (η)–(i) συγχώνευση και ρήξη φυσαλίδων.

3. Αποτελέσματα και συζήτηση

3.1. Συμπεριφορά επί τόπου αφρισμού υπό ακτινοβολία σύγχροτρον

3.1.1. Εξέλιξη αφρού Cf/AFS

Εικ. 4εμφανίζει μια σειρά εικόνων ακτινοβολίας σύγχροτρον που απεικονίζουν τη διαδικασία αφρισμού του Cf/AFS. Οι αρχικές εικόνες του Cf/AFS(Εικ. 4 (α))καταγράφηκαν όταν η μήτρα ήταν σε στερεή κατάσταση στους 380 ◦C, και αυτή η ώρα ορίστηκε ως t0. Σε σύγκριση με τα άλλα συστατικά στον πρόδρομο, το Cf εμφανίζεται μαύρο εντός της κυρίως γκρι μήτρας πλούσιας σε αλουμίνιο. Αυτό μπορεί να αποδοθεί στην υψηλή περιεκτικότητα σε χαλκό στην επιφάνεια των ινών, όπως φαίνεται στοΕικ. 2(γ)–(δ), που έχει τη μεγαλύτερη σχετική ατομική μάζα σε σύγκριση με τα άλλα συστατικά του προδρόμου. Επιπλέον, η πλειονότητα των Cf παρατηρείται ότι είναι διασκορπισμένα και χωριστά, αντί να συγκεντρώνονται μαζί, όπως φαίνεται στοΕικ. 4(α). Αυτό σημαίνει ότι με προσθήκη 0,5 wt% Cf, μια διαδικασία ανάδευσης 3 ωρών μπορεί να επιτύχει αποτελεσματικά την επιθυμητή κατάσταση διασποράς.

Στο t0+194s (όπως φαίνεται στοΕικ. 4(β)), ένας σημαντικός αριθμός λευκών, σχεδόν σφαιρικών φυσαλίδων με διαμέτρους που κυμαίνονται από 90 μm έως 180 μm μπορεί να παρατηρηθεί στην γκρίζα μήτρα αλουμινίου (σημειωμένη με το κόκκινο βέλος). Ο αριθμός των φυσαλίδων συνέχισε να αυξάνεται εντός 46 δευτερολέπτων, όπως φαίνεται στοΕικ. 4(γ). Επιπλέον, μια άλλη αξιοσημείωτη αλλαγή που λαμβάνει χώρα στη μήτρα είναι ότι μερικές μικρές φυσαλίδες τείνουν να σχηματίζονται στην επιφάνεια του Cf με την έναρξη των διαλυτών Cu (σημειωμένες με το κόκκινο διάστικτο πλαίσιο). Αυτό το φαινόμενο πιθανότατα αποδίδεται στην πυρήνωση τύπου II που συμβαίνει εντός του συμπαγούς σκόνης που περιέχει χαλκό. Είναι ευρέως αποδεκτό ότι η προσθήκη Cu μειώνει σημαντικά τη θερμοκρασία τήξης των κραμάτων. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα την τοπική τήξη γύρω από μεμονωμένα σωματίδια σκόνης στον πρόδρομο σκόνης που περιέχει σκόνη χαλκού κατά τη διάρκεια της διαδικασίας θέρμανσης, δημιουργώντας μια σημαντική ποσότητα τεταρτοταγούς ευτηκτικής τήξης Al–Si–Mg–Cu σε χαμηλότερες θερμοκρασίες. Η δεξαμενή τεταρτοταγούς ευτηκτικής τήξης τείνει να είναι μια αδύναμη περιοχή στο κράμα και είναι πιο επιρρεπής σε πυρήνωση. Ως αποτέλεσμα, οι φυσαλίδες είναι πιο πιθανό να πυρηνωθούν και να αναπτυχθούν κοντά στην επικαλυμμένη με χαλκό στην επιφάνεια της ίνας. Επιπλέον, το χαμηλό κλάσμα υγρού στη μήτρα αυτή τη στιγμή κάνει τα αέρια από την αποσύνθεση του TiH2 να συσσωρεύονται εύκολα στη μήτρα αλουμινίου. Η πυρηνοποίηση τύπου II μπορεί αποτελεσματικά να αποτρέψει το συσσωρευμένο αέριο που εξαναγκάζει τη μήτρα χαμηλού υγρού κλάσματος να διαχωρίσει και να διαδώσει ρωγμές μέσω του υγρού, με αποτέλεσμα σοβαρή απώλεια της ποσότητας υδρογόνου.

Εικ. 4(δ)δείχνει ότι οι φυσαλίδες αρχικά σχηματίζουν πυρήνα και αναπτύσσονται στην περιοχή του Cf καθώς η μήτρα λιώνει πλήρως και οι θέσεις των φυσαλίδων αντιστοιχούν στο εξαφανιζόμενο στρώμα με επικάλυψη χαλκού (σημειώνεται με το κόκκινο διάστικτο πλαίσιο). Είναι καλά τεκμηριωμένο ότι η προσθήκη δευτερογενών φάσεων αυξάνει τον αριθμό των ετερογενών θέσεων πυρήνωσης, μειώνοντας έτσι το ενεργειακό φράγμα για το σχηματισμό νέων φυσαλίδων μέσα στο τήγμα του κράματος. Εν τω μεταξύ, ο ρυθμός πυρήνωσης σχετίζεται με τη συνολική ετερογενή περιοχή πυρήνωσης ανά μονάδα όγκου. Συνεπώς, μπορεί να παρατηρηθεί ότι οι φυσαλίδες αρχικά σχηματίζουν πυρήνα στις θέσεις όπου βρίσκονται οι ίνες άνθρακα και διαστέλλονται κατά μήκος της ίνας άνθρακα. Με μια περαιτέρω αύξηση του κλάσματος τήγματος, πολλές νέες φυσαλίδες συνεχίζουν να αναδύονται απόΕικ. 4(ε)–4(ζ). Ωστόσο, ο ρυθμός τοπικής συγχώνευσης και ρήξης των φυσαλίδων είναι αργός, υποδεικνύοντας ότι οι φυσαλίδες διαθέτουν υψηλή σταθερότητα. Στο t0+426s, ο αριθμός των φυσαλίδων αυξάνεται σημαντικά και

ο όγκος του προδρόμου παρουσιάζει μεγάλη διαστολή(Εικ. 4(η)). Επιπλέον, η εμφάνιση κάποιας συγχώνευσης φυσαλίδων (σημειωμένη με το κόκκινο βέλος), όπου μικρές φυσαλίδες απορροφώνται από μεγαλύτερες λόγω ωρίμανσης Ostwald, είναι μια αναπόφευκτη διαδικασία κατά την εξέλιξη των μεταλλικών αφρού [40]. Αυτό το φαινόμενο ωρίμανσης έχει επίσης ως αποτέλεσμα την εμφάνιση ενός μικρού αριθμού μεγάλων και ακανόνιστων φυσαλίδων (που σημειώνονται με το κόκκινο βέλος στοΕικ. 4(i)).

Εικ. 5.Εικόνες της διαδικασίας αφρισμού του AFS που έχουν εξελιχθεί στο χρόνο σε διαφορετικά στάδια: (α) μη λιωμένος πρόδρομος σε t0 ροπή 380 ◦C. (β) διάλυση του στοιχειακού χαλκού και πυρήνωση τύπου II κατά τη διάρκεια της τήξης του προδρόμου. (γ) διεργασίες πυρήνωσης και ανάπτυξης φυσαλίδων. και (δ)–(στ) συγχώνευση και ρήξη φυσαλίδων.

3.1.2. Εξέλιξη αφρού του AFS

Το Σχ. 5 δείχνει μια σειρά εικόνων ακτινοβολίας σύγχροτρον που απεικονίζουν τη διαδικασία αφρισμού του AFS. Παρόμοια με το Cf/AFS, η αρχική εικόνα για την ακολουθία ακτινοβολίας σύγχροτρον καταγράφηκε όταν το AFS ήταν στη στερεά φάση στους 380 ◦C (βλ.Εικ. 5(α)). Όταν η μήτρα θερμαίνεται πάνω από τη θερμοκρασία στερεού, μικρές λευκές φυσαλίδες γίνονται ορατές μέσαΕικ. 5(β) και (γ), που προκύπτει από την αποσύνθεση του TiH2 και την εμφάνιση πυρήνων τύπου II στην πλούσια σε Cu περιοχή. Ωστόσο, ο αριθμός των φυσαλίδων που δημιουργούνται και η πυκνότητα κατανομής τους σεΕικ. 5(γ)είναι σημαντικά χαμηλότερο σε σύγκριση μεΕικ. 4(γ). Αυτό υποδηλώνει ότι το Cf/AFS παρέχει περισσότερα κανάλια για πρώιμη απελευθέρωση αερίου κατά τη διάρκεια της πυρήνωσης, αποτρέποντας τον υπερβολικό σχηματισμό ρωγμών σε μήτρα αλουμινίου με χαμηλό κλάσμα υγρού.

Λιγότερος αριθμός θέσεων πυρήνωσης AFS και μεγαλύτερη πιθανότητα μη φυσιολογικής ανάπτυξης φυσαλίδων σε σύγκριση με το Cf/AFS μπορεί να παρατηρηθεί απόΕικ. 5(δ)–(στ). Η εξέλιξη των φυσαλίδων AFS είναι ακανόνιστη και τα μεγέθη τους παρουσιάζουν μεγάλες διακυμάνσεις λόγω της συνύπαρξης φυσαλίδων μεγέθους μικρομέτρων και μεγάλων φυσαλίδων ασυνήθιστα μεγέθους χιλιοστού (σημειωμένες με το κόκκινο βέλος). Επιπλέον, αυτή η αστάθεια και η ανομοιογένεια κατά τη διάρκεια της πρώιμης διαδικασίας πυρήνωσης μπορεί να οδηγήσει σε σημαντικές διαφορές στη δομή των τελικών πόρων και στις μηχανικές ιδιότητες μεταξύ AFS και Cf/AFS.

3.2. Ανάλυση μακροδομών

Για να διερευνηθούν οι διαφορές στη μακροσκοπική μορφολογία πόρων και στη διάμετρο πόρων μεταξύ AFS και Cf/AFS, παρασκευάστηκαν δύο δομές σάντουιτς υπό εργαστηριακές συνθήκες σε θερμοκρασία αφρισμού 620 ◦C για 15 λεπτά. Οι μακροδομές και η κατανομή μεγέθους κελιών των AFS και Cf/AFS φαίνονται στοΕικ. 6. Η σύγκριση των κατακόρυφων τομών των δύο δειγμάτων δομών σάντουιτς αποκαλύπτει ότι οι αφροί Cf/AFS έχουν λεπτότερες κυψέλες και λιγότερα ελαττώματα όπως ρήξη ή συγχώνευση κυψελών (βλ.Εικ. 6 (β)). Αντίθετα, όπως φαίνεται στοΕικ. 6(α), το AFS παρουσιάζει κακή ομοιογένεια πόρων με την παρουσία μερικών ασυνήθιστα μεγάλων πόρων. Εν τω μεταξύ, η ισοδύναμη διάμετρος πόρων για το AFS και το Cf/AFS ήταν 2,9 ± 0,2 mm και 1,9 ± 0,1 mm, αντίστοιχα, υποδηλώνοντας ότι η διάμετρος πόρων βελτιώθηκε περαιτέρω με την προσθήκη Cf (βλ.Εικ. 6(γ) και (δ)).

Η εξέλιξη της δομής των πόρων επηρεάζεται από δύο ανταγωνιστικούς μηχανισμούς: την αποσύνθεση του TiH2 και τη συγχώνευση και ρήξη του αφρού. Η αποσύνθεση του TiH2 συμβάλλει στην αύξηση του αριθμού των πυρήνων, του πορώδους και του ρυθμού διαστολής, ενώ η συγχώνευση και η ρήξη των φυσαλίδων μειώνει τον αριθμό των πόρων και αυξάνει τη διάμετρο των πόρων. Η μείωση των συμβάντων συγχώνευσης και ρήξης φυσαλίδων συμβάλλει στην απόκτηση καλύτερης κυτταρικής δομής. Ως εκ τούτου, η υψηλή σταθερότητα του αφρού είναι απαραίτητη για τη διατήρηση της ομοιογένειας της δομής των πόρων κατά τη διάρκεια της διαδικασίας αφρισμού. Για το Cf/AFS, η προσθήκη Cf βελτιώνει σημαντικά τη διαβρεξιμότητα των ινών με το τήγμα αλουμινίου. Παρόμοια με τον αναφερόμενο αφρό αλουμινίου ενισχυμένο με Cf [44] που παρασκευάζεται με τη μέθοδο αφρισμού τήξης, η προσθήκη Cf σταθεροποιεί τον αφρό αλουμινίου αποτρέποντας τη ρήξη του κυτταρικού τοιχώματος και μειώνοντας τη συσσωμάτωση. Εν τω μεταξύ, το Cf μπορεί να δημιουργήσει μια δομή σαν δίχτυ στο κυτταρικό τοίχωμα, η οποία δημιουργεί μια δύναμη διαχωρισμού και αποτρέπει τη ρήξη των φυσαλίδων, βελτιώνοντας έτσι τη δομή των κυττάρων, τη σταθερότητα του αφρού και την ομοιομορφία της κατανομής των πόρων.

3.3. Μικροδομικός χαρακτηρισμός

Εικ. 7(α)δείχνει τη μικροδομή του κυτταρικού τοιχώματος μετά τον αφρισμό με AFS. Όπως αναφέρεται για τους αφρούς κραμάτων AlSi6Cu4Mg4, ευτηκτικό Al–Si, Mg2Si, Al2Cu και Al5Cu2Mg8Si6, υπάρχουν στο κράμα, κάτι που συμφωνεί με τα ευρήματα που προέκυψαν από την ανάλυση EDS στοΕικ. 7(β). Αυτές οι εύθραυστες φάσεις μειώνουν τις μηχανικές ιδιότητες του αφρού αλουμινίου αποδυναμώνοντας το τοίχωμα των πόρων ή λειτουργώντας ως πηγή ρωγμών κατά τη διάρκεια της παραμόρφωσης. Επομένως, η ενίσχυση των μηχανικών ιδιοτήτων του τοιχώματος των πόρων μέσω της προσθήκης ενισχυτικών φάσεων είναι μια βιώσιμη και αποτελεσματική στρατηγική.

Για Cf/AFS, μπορεί να παρατηρηθεί απόΕικ. 7(γ) και (δ)ότι το Cf κατανέμεται μέσα στο κυτταρικό τοίχωμα ή στο άκρο του κυτταρικού τοιχώματος, υποδεικνύοντας ότι το Cf έχει εξαιρετική διαβρεξιμότητα με το τήγμα αλουμινίου. Επιπλέον, είναι αξιοσημείωτο (βλΕικ. 7(δ)) ότι μια μικρή ποσότητα της καταβυθισμένης φάσης Al2Cu σχηματίζεται στη διεπιφάνεια μεταξύ των ινών και του τήγματος αλουμινίου. Αυτό το φαινόμενο συμβάλλει στην επίτευξη ισχυρού δεσμού μεταξύ των ινών και της μήτρας. Η εξέλιξη αυτής της αντίδρασης διάχυσης μπορεί να παρατηρηθεί διαισθητικά στοΕικ. 4(α)–(γ). Σημειώστε ότι, η καταβυθισμένη φάση δεν περιβάλλει πλήρως τις ίνες άνθρακα και η κατάσταση και η ποσότητα αυτής της κατανομής είναι ευεργετικές για το Cf/AFS. Με βάση τη μελέτη των Lv et al, σε σύνθετα υλικά μήτρας αλουμινίου ενισχυμένα με Cf, αποδείχθηκε ότι η κατάλληλη ποσότητα κατακρημνιζόμενης φάσης μπορεί να επηρεάσει και να ρυθμίσει την αντοχή της διεπιφανειακής σύνδεσης.

Εικ. 6.Κατακόρυφες τομές αντιπροσωπευτικού δείγματος (α) AFS και (β) Cf/AFS. Τα ισοδύναμα διαγράμματα κλασμάτων διαμέτρου έναντι εμβαδού που αντιστοιχούν στα (α) και (β) απεικονίζονται στα (γ) και (δ), αντίστοιχα. Η συνεχής συνεχής γραμμή στα (c) και (d) αντιπροσωπεύει την κανονική προσαρμογή. Η παλινδρόμηση (R2) αντιπροσωπεύει την καλή προσαρμογή.

Εικ. 7.Οι εικόνες SEM (α) και (β) δείχνουν τις μικροδομές που αντιστοιχούνΕικ. 6(α) AFS καιΕικ. 6(β) Cf/AFS, αντίστοιχα, επιπλέον,Εικ. 7(β) και (δ) δείχνουν τοπικές μεγεθύνσεις τουΕικ. 7(α) και (γ), αντίστοιχα.

3.4. Μηχανισμός σταθεροποίησης Cf αφρού Al–Si–Mg–Cu

Με βάση την προαναφερθείσα ανάλυση, μια σχηματική αναπαράσταση του μηχανισμού αφρισμού για Cf/AFS και AFS συνοψίζεται σεΕικ. 8. Οι σημαντικές διαφορές μεταξύ Cf/AFS και AFS στο στάδιο της πυρήνωσης, της ανάπτυξης φυσαλίδων και του σταδίου συγχώνευσης και στο στάδιο σταδιακής στερεοποίησης, όπως φαίνεται στοΕικ. 8(α) και (β).

Εικ. 8.Σχηματικό διάγραμμα συμπεριφοράς αφρισμού Cf/AFS και AFS: (α) Cf/AFS; και (β) AFS.

Στο στάδιο της πυρήνωσης των αφρωδών κράματος AlSi6Cu4Mg4, οι φυσαλίδες τείνουν να σχηματίζουν πυρήνες εντός της υγρής τεταρτοταγούς ευτηκτικής που περιβάλλει τα σωματίδια χαλκού, αντί να σχηματίζουν πυρήνα στη θέση των σωματιδίων TiH2. Αυτός ο τύπος πυρήνωσης στην πιο αδύναμη περιοχή του προδρόμου (πυρήνωση τύπου II) παρέχει περισσότερα κανάλια διαφυγής για τα αέρια που απελευθερώνονται από την αποσύνθεση του TiH2, αποφεύγοντας τη συσσώρευση αερίων και προκαλώντας τη διάδοση ρωγμών στο τήγμα αλουμινίου. Η προσθήκη επικαλυμμένων με χαλκό ινών άνθρακα προφανώς δημιουργεί περαιτέρω περισσότερα κανάλια για την απελευθέρωση H2. Ωστόσο, δεδομένου ότι το τήγμα αλουμινίου δεν έχει επαρκές υγρό κλάσμα σε αυτό το στάδιο, είναι δύσκολο για τέτοιες μικρές φυσαλίδες να έχουν επαρκή πηγή Η2 για να συνεχίσουν να αναπτύσσονται. Ως αποτέλεσμα, αυτές οι μικρές φυσαλίδες σπάνε μέσα στο τήγμα καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία. Όταν ο πρόδρομος λιώσει πλήρως, το Η2 που απελευθερώνεται από τη βίαιη αντίδραση αφυδρογόνωσης του TiH2 θα πυρηνωθεί και θα αναπτυχθεί γρήγορα με βάση το σημείο πυρήνωσης. Το Cf παρέχει πολυάριθμες ετερογενείς θέσεις πυρήνωσης για τη δημιουργία φυσαλίδων, οι οποίες αυξάνουν σημαντικά τους ρυθμούς πυρήνωσης. Ταυτόχρονα, η παρουσία του Cf αναστέλλει αποτελεσματικά την επαφή και τη συγχώνευση των πρωτογενών φυσαλίδων και αποφεύγει το σχηματισμό ασυνήθιστα μεγάλων φυσαλίδων.

Κατά το στάδιο ανάπτυξης και συγχώνευσης των φυσαλίδων, η προσθήκη Cf βελτιώνει σημαντικά τη σταθερότητα του αφρού. Ο λόγος είναι ότι το Cf και το τήγμα αλουμινίου έχουν καλή διαβρεξιμότητα και οι ίνες μπορούν εύκολα να παγιδευτούν μεταξύ των δύο διεπαφών αερίου-υγρού για να σχηματίσουν μια δομή δικτύου (όπως φαίνεται στοΕικ. 7(γ)). Καθώς το υγρό φιλμ αραιώνεται, οι ίνες μπορούν να δημιουργήσουν μια πίεση διαχωρισμού για να αντισταθούν στην αναρρόφηση από το όριο του οροπεδίου, αποτρέποντας έτσι τη ρήξη του υγρού φιλμ. Έτσι το Cf/AFS χρειάζεται μεγαλύτερο χρόνο αφρισμού σε σύγκριση με το AFS, με υψηλότερη σταθερότητα που μπορεί να διατηρήσει την ομοιομορφία της δομής των πόρων κατά την εξέλιξη του αφρού.

Κατά τη διάρκεια του σταδίου αργής στερεοποίησης, οι φυσαλίδες στο Cf/AFS δεν αναπτύσσονται πλέον και οι ίνες είναι ενσωματωμένες στο κυτταρικό τοίχωμα (σημειώνονται με το κόκκινο διάστικτο πλαίσιο). Αυτή η κατακράτηση ινών εμποδίζει την απορρόφηση μικρών φυσαλίδων από μεγαλύτερες, όπως φαίνεται στην ωρίμανση Ostwald, και αναστέλλει τη ρήξη του κυτταρικού τοιχώματος λόγω της διαστολής της στερεοποίησης. Ως αποτέλεσμα, το Cf/AFS παρουσιάζει μια πιο ομοιογενή δομή πόρων και λιγότερα ελαττώματα πόρων σε σύγκριση με το AFS.

3.5. Μηχανικές ιδιότητες

Οι καμπύλες θλιπτικής τάσης-παραμόρφωσης για Cf/AFS και AFS με σχεδόν το ίδιο πορώδες (83,2% και 81,4%, αντίστοιχα) παρουσιάζονται στοΕικ. 9(α). Η καμπύλη θλιπτικής τάσης-παραμόρφωσης εμφανίζει ένα ξεχωριστό χαρακτηριστικό τριών σταδίων, που περιλαμβάνει τη γραμμική ελαστική περιοχή, την περιοχή του οροπεδίου και την περιοχή πυκνότητας. Η αντοχή σε θλίψη των AFS και Cf/AFS ήταν 8,44 MPa και 11,87 MPa, αντίστοιχα. Η αντοχή θλίψης του Cf/AFS αυξήθηκε κατά 40,6% σε σύγκριση με το AFS. Εν τω μεταξύ, η ικανότητα απορρόφησης ενέργειας του Cf/AFS είναι καλύτερη από εκείνη του AFS στο ίδιο στέλεχος, όπως φαίνεται στοΕικ. 9(β). Οι ικανότητες απορρόφησης ενέργειας των AFS και Cf/AFS είναι περίπου 3,3 MJ/m3 και 6,1 MJ/m3, αντίστοιχα. Η ικανότητα απορρόφησης ενέργειας του Cf/AFS είναι βελτιωμένη κατά 84,8% σε σύγκριση με το AFS.

Εικ. 9.Καμπύλες θλιπτικής τάσης-συρμού και καμπύλες ικανότητας απορρόφησης ενέργειας των Cf/AFS και AFS: (α) καμπύλες θλιπτικής τάσης-συρμού. (β) καμπύλες ικανότητας απορρόφησης ενέργειας.

Η ενσωμάτωση του Cf ενίσχυσε σημαντικά τις μηχανικές ιδιότητες του πυρήνα του αφρού. Είναι γνωστό ότι οι μηχανικές ιδιότητες τουαφρός αλουμινίουσχετίζονται στενά με τη δομή των πόρων και τις μηχανικές ιδιότητες του δοκού. Η μακροδομική ανάλυση έδειξε ότι η προσθήκη Cf βελτίωσε το μέγεθος των πόρων, βελτίωσε την κατανομή των πόρων και μείωσε τα ελαττώματα των πόρων. Παρόμοια με τα ευρήματα των Sasikumar et al. και Γιανγκετάλ. Η μικρή διάμετρος πόρων και η στενή κατανομή πόρων είναι πιο ωφέλιμες για την ενίσχυση της αντοχής σε θλίψη και της απόδοσης απορρόφησης ενέργειας. Επιπλέον, η επίδραση της μικροδομής στις μηχανικές ιδιότητες του αφρού οφείλεται κυρίως στο Cf που είναι ενσωματωμένο στα τοιχώματα των πόρων του αφρού. Η διάχυση και η διάλυση της επικαλυμμένης με χαλκό των ινών άνθρακα στη μήτρα αλουμινίου μπορεί να επιτύχει μια πιο σταθερή διεπιφανειακή σύνδεση μεταξύ των ινών και της μήτρας αλουμινίου, η οποία συμβάλλει στη μεταφορά φορτίου. Οι ίνες άνθρακα υψηλού συντελεστή συρραφής στο τοίχωμα πόρων μπορεί να περιορίσουν την παραμόρφωση του τοιχώματος των πόρων υπό φορτίο συμπίεσης και να βελτιώσουν τη φέρουσα ικανότητα. Όλοι αυτοί οι παράγοντες ευνοούν το Cf/AFS για την επίτευξη υψηλότερης ισχύος διαρροής και ικανότητας απορρόφησης ενέργειας σε σύγκριση με το AFS.

4. Συμπεράσματα

Τα Cf/AFS και AFS παρασκευάστηκαν με τη μέθοδο μεταλλουργίας σκόνης έλασης συσκευασίας σε αυτή την εργασία. Η συμπεριφορά αφρισμού των Cf/AFS και AFS παρατηρήθηκε δυναμικά μέσω της ακτινοβολίας σύγχροτρον σε

να διερευνήσει την επίδραση της Cf στον πυρήνα και την ανάπτυξη των φυσαλίδων. Επιπλέον, η Cf σχετικά με τη μορφολογία των πόρων, την κατανομή των πόρων και τις ιδιότητες συμπίεσης των αφρών αλουμινίου αναλύθηκε διεξοδικά. Τα κύρια συμπεράσματα είναι τα εξής:

(1) Η επί τόπου ακτινοβολία σύγχροτρον αποκαλύπτει ότι και οι δύο διαδικασίες αφρισμού Cf/AFS και AFS παρουσιάζουν τρία διακριτά στάδια: πυρήνωση φυσαλίδων, ανάπτυξη και συγχώνευση φυσαλίδων και στερεοποίηση.

Σε σύγκριση με το AFS, η διαδικασία αφρισμού του Cf/AFS επιδεικνύει υψηλότερη σταθερότητα και ομοιομορφία φυσαλίδων. Το AFS είναι πιο επιρρεπές στο σχηματισμό ασυνήθιστα μεγάλων και χονδροειδών πόρων κατά τη διαδικασία εξέλιξης των πόρων. Επιπλέον, η διαφορά αποδίδεται στην ετερογενή επίδραση πυρήνων του Cf, η οποία αποτρέπει τη ρήξη του τοιχώματος των φυσαλίδων και μειώνει τη συνένωση ενώ αυξάνει τον ρυθμό πυρήνωσης.

(2) Η προσθήκη 0,5 wt.% Cf βελτιώνει την ισοδύναμη διάμετρο πόρων από 2,9 ± 0,2 mm σε 1,9 ± 0,1 mm, μειώνοντας σημαντικά τα ελαττώματα χονδροειδών πόρων. Ταυτόχρονα, η μικροδομή αποκαλύπτει καλή διαβρεξιμότητα του Cf, η οποία κατανέμεται κατά μήκος του τοιχώματος των πόρων και της διεπαφής αερίου-στερεού, ενισχύοντας έτσι τη σταθερότητα του αφρού.

(3) Σε σύγκριση με το AFS, η αντοχή σε θλίψη και η ικανότητα απορρόφησης ενέργειας του Cf/AFS αυξήθηκαν κατά περίπου 40,6% και 84,8%, αντίστοιχα. Τα ευρήματα αυτής της μελέτης μπορούν να δώσουν ιδέες για την ενίσχυση πάνελ σάντουιτς από αφρό αλουμινίου με διεπαφές μεταλλουργικής συγκόλλησης που έχουν τη δυνατότητα για μηχανικές εφαρμογές στον τομέα της αυτοκινητοβιομηχανίας και της αεροδιαστημικής βιομηχανίας.

Άρθρο από το Journal of Materials Research and Technology