Koparútfelld koltrefja álfroðu samlokuborðs frammistöðueiginleikar samanborið við hefðbundna álfroðu samlokuplötu

Samloka úr áli(AFS) spjöld hafa blöndu af byggingar- og hagnýtum eiginleikum eins og lágum þéttleika, miklum sérstyrk, hagstæðri orkuupptöku, dempunargetu og rafsegulvörn. Þessir frábæru eiginleikar gera það að verkum að AFS hefur mikla möguleika á sviði flugmála, flutninga og sjávar. Í samanburði við varla málmfroðu geta ytri málmplötur AFS í raun innsiglað froðuna og bætt yfirgripsmikla vélræna eiginleika hennar, svo sem tog- og beygjustyrk. Almennt var AFS framleitt með límbindingaraðferð, sem felur í sér að álfroðan er fest á solid málmplötur með því að nota epoxý plastefni lím.

Þó að límbindingaraðferðin auki á áhrifaríkan hátt burðarvirkjadeyfingu, fylgja henni takmarkanir, þar á meðal áskoranir í endurvinnslu og viðkvæmni fyrir bilun í sundrun við háhita eða ætandi aðstæður. Til að bregðast við þessum takmörkunum hefur umfangsmiklum rannsóknum verið tileinkað því að ná fram málmvinnslutengingu milli spjaldsins og kjarnalagsins.

Sem stendur eru ríkjandi undirbúningsaðferðir fyrir AFS, sem miða að því að ná fram málmvinnslutengingu, almennt flokkaðar í þrjá flokka: suðu, bráðnar froðumyndun og pökkunarvalsduft málmvinnsluaðferð. Meðal þessara aðferða er pökkunarvalsduft málmvinnsluaðferðin talin betri til að stjórna svitahola uppbyggingu og ná lághita froðumyndun. Fyrri störf okkar notuðu þessa tækni til að búa til stóra AFS með betri stækkunareiginleika og frumuuppbyggingu fyrir iðnaðarnotkun.

Hins vegar, vegna tiltölulega lítillar vélrænni þjöppunareiginleika froðukjarnans, er framför á vélrænni styrk AFS takmörkuð, þannig að frekari framför á styrk froðukjarna er mikilvæg fyrir AFS.

Hingað til, algengar aðferðir tilkynnt til að bæta þjöppunar vélrænni eiginleikaálfroðueru eftirfarandi: yfirborðsmeðferð, hitameðhöndlun og styrking með því að bæta við ögnum, trefjum, málmblöndurefnum o.s.frv. Meðal þeirra hafa stuttar koltrefjar með lágum þéttleika, háum mýktarstuðuli og stóru stærðarhlutfalli vakið mikla athygli sem efnileg styrkingarefni. Þar að auki bætir yfirborðsmálmun koltrefja, með rafhúðun eða efnahúðun, eins og koparhúðun eða nikkelhúðun, enn frekar bleytanleika koltrefjanna í álbræðslunni og forðast skaðleg viðbrögð milli koltrefja og álbræðslunnar. Stuttar koltrefjar eru nú mikið notaðar til að styrkja álfylkissamsetningar.

Bhav Singhetal. undirbúnar koparhúðaðar koltrefjar styrktar álfylkissamsetningar með hræristeypuaðferð. Muetal. framleidd álgrunnssamsetning styrkt með nikkelhúðuðum koltrefjum með því að nota tveggja rúlla steypuaðferðina. Niðurstöðurnar sýndu marktæka aukningu á togstyrk samsettra efna með því að bæta við koltrefjum. Hins vegar hafa takmarkaðar rannsóknir verið gerðar áálfroðu styrktmeð koparhúðuðum koltrefjum. Caoetal. fyrst útbúnar koparhúðaðar koltrefjar styrktar álfroðu með bráðnar froðuaðferðinni. Niðurstöðurnar sýna að 0,35 rúmmál% af Cf getur komið á stöðugleika á álfroðu með því að koma í veg fyrir að vökvafilmur rofni og því meira magn trefja sem bætt er við froðuna er stöðugra. Muetal. sýndi að dempunareiginleikar álfroðu sem unnin var með bræðslufroðuaðferðinni voru verulega bættir með því að bæta við Sbr.

Í samræmi við það má álykta að viðbót Cf geti verið áhrifarík aðferð til að bæta froðustöðugleika og vélrænni eiginleika samtímis.álfroðu. Ennfremur hafa engar skýrslur borist um koparhúðaðar koltrefjastyrktar samlokuplötur úr áli sem eru unnar með duftmálmvinnsluaðferðinni, sem hvetur vísindamenn til að gera ítarlegri rannsóknir á þessu sviði.

Fjölmargar rannsóknir hafa verið gerðar á kjarnamyndun og stöðugleikaálfroðumeð því að bæta við styrkingaráföngum. Munurinn á svitaholafjölda og formgerð svitahola,

eins og stærð, dreifing og lögun, eru venjulega rakin til kjarnamyndunar og stöðugleika. Misleit kjarnaáhrif og stöðugleikakerfi oxíðnets í duftmálmvinnslukerfi hafa verið rannsökuð ítarlega. Kvartlægt álduft sem samanstendur af Al-Si-Mg-Cu, sem notað er í þessari grein, hefur sýnt óvenjulega þensluhraða og lágt froðuhitastig, með solidus hitastig upp á 507 ◦C og vökvahitastig 596 ◦C. Engu að síður er skortur á rannsóknum varðandi kjarnamyndun, stöðugleika og vélrænni þjöppunareiginleika duftsamsetninga sem innihalda þessa tilteknu málmblöndu, sérstaklega þegar innlimað er Sbr. Í fyrri verkum voru rannsóknir á kjarnamyndun og stöðugleikaaðferðum fyrst og fremst gerðar með aðferðum sem ekki eru á staðnum, sem fólu í sér sneiðmyndagreiningu á sýnum sem voru hratt kæld eftir froðumyndunarrof. Því miður á sér stað kjarnamyndun undir míkróna kúla fyrst og fremst við upphitun forvera og stækkar hratt á millibili sem spannar frá 100 ms til 1 s, sem oft veldur áskorunum fyrir rauntímaathugun. Nútíma synchrotron geislun röntgenmyndatækni býr yfir mikilli orku og tímabundinni upplausn, sem gerir kleift að fylgjast með í rauntíma, á staðnum, á kjarnamyndun og vaxtarferli álfroðu við hækkað hitastig. Eins og er, hafa aðeins takmarkaðir vísindamenn kannað froðumyndunarhvörf Al-Si-Mg áldufts með synchrotron geislun. Til dæmis, García-Morenoetal. greint frá verulegum kraftmiklum fyrirbærum í fljótandi álfroðu, þar með talið kjarnamyndun og vöxt, endurröðun kúla, afturdráttur vökva, þéttingu og rof í filmu. Kamm o.fl. rannsakað kjarnamyndun og vaxtarferli AlSi8Mg4 álfroðu með synchrotron geislun. Niðurstöður þeirra bentu til þess að vetni sem myndast við niðurbrot adsorbata á yfirborði málmduftsins táknar annan mikilvægan kjarnamyndun. Samt sem áður er samspil forveraþátta flókið og samsetning þeirra getur haft áhrif á gangverk froðumyndunar. Fyrir bæði Al–Si–Cu–Mg duftkerfið og Al–Si–Cu–Mg duftkerfið með viðbættum Cf, er skilningur og könnun á upphaf og vexti málmfroðu mikilvægt fyrir frekari uppbyggingu froðu til að bæta eiginleika fyrir umsóknir.

Í þessari vinnu voru Cf/AFS og AFS með málmvinnslu milliflatabindingu útbúin með pökkunarvalsduftsmálmvinnsluaðferðinni. Bóluþróun Cf/AFS og AFS sást á staðnum með synchrotron geislun til að sýna fram á kerfi Cf á kúlukjarna, vöxt og samruna og stöðugleika. Að auki voru Cf/AFS og AFS froðuð við 620 ◦C í 15 mínútur í hólfaofni. Í kjölfarið voru svitaholastærðardreifing, örbygging svitahola og vélrænni þjöppunareiginleikar froðusýna einkennd og prófuð. Á grundvelli fyrrgreindra rannsókna var kerfisbundið metið uppbygging og þrýstistyrk Cf/AFS og AFS.

2. Efni og aðferðir

2.1. Hráefni

Sex hráefni voru notuð til að útbúa AFS og Cf/AFS: Al duft (meðalstærð: 45 μm, hreinleiki >99,70%), Si duft (meðalstærð: 38 μm, hreinleiki >99,50%), Cu duft (meðalstærð: 38 μm, hreinleiki >99,90%), Mg duft (meðalstærð: 75 μm, hreinleiki >99,70%), TiH2 duft (meðalstærð: 45 μm, hreinleiki >99,70%) og koparhúðaðar koltrefjar (meðalstærð: 1~2 mm, þykkt koparhúðaðs: 1,4 μm).

2.2. Framleiðsla á Cf/AFS

Skýringarmynd pökkunarvalsduftsmálmvinnsluaðferðarinnar er sýnd íMynd 1. Á blöndunarstigi var fjórðu álblönduna AlSi6Mg4Cu4 duftið útbúið, með dufti af Al, Si, Cu og Mg í hlutföllum 86 wt%, 6 wt%, 4 wt%, og 4 wt%, í sömu röð. 1 wt% oxuðu TiH2 dufti (hitameðferð í lofti í 1,5 klst við 470 ◦C) var bætt við sem blástursefni sem losar H2 hratt við bræðsluhitastigið sem stækkar bræðsluna. Að auki voru 0,5 þyngd% af koltrefjum felld inn sem styrkingarfasar. Sérstaklega, til að auka bleyta og koma í veg fyrir skaðleg viðbrögð eins og Al4C3 við trefjar-ál bræðsluskil við froðumyndun, voru koltrefjar koparhúðaðar með rafhúðun. Rafhúðuninni var lýst í Refs.Mynd 2sýnir koparhúðuðu koltrefjarnar sem fengnar eru með raflausu málunarferlinu. Húðin hefur samræmda og samfellda þekju á trefjayfirborðinu(Mynd 2(a)–(b)). Í kjölfarið voru mismunandi álblöndur sem notaðar voru í þessari rannsókn útbúnar með því að blanda áðurnefndu dufti vandlega með og án Cf í þrívíddarblöndunartæki í 3 klst. Einsleitt blandað duft er hjúpað í lokuðu holrúmi, fylgt eftir með kald- og heitveltingsaðferðum.

Kaltvalsstigið tæmir loft í raun innan úr holrúmum og millibilsrýmum á milli agnanna í gegnum röð margra hlaupa og lítilla lægða. Heitvalsunarstigið tryggir að forefnin nái hlutfallslegum þéttleika sem fer yfir 98% með samaflögun spjaldsins og duftsins, sem auðveldar síðari froðumyndun. Ítarlegar færibreytur veltingsferlis eru lýst í Refs. AFS og Cf/AFS freyðandi forefni eru fengin með fyrrnefndu ferli. Að lokum voru báðir freyðandi forefni hituð við 620 ◦C í 15 mínútur til að búa til Cf/AFS og AFS sýni, sem voru notuð til að greina svitaholastærð, örbyggingareinkenni og prófun á þjöppunar vélrænni eiginleika.

2.3. Einkenni og prófunaraðferðir

2.3.1. Örbyggingarlýsing

Smábyggingarformgerð Cf/AFS og AFS var rannsökuð með rafeindasmásjá (SEM, Zeiss Ultra Plus). Orkudreifingarrófsgreining (EDS) var notuð til að bera kennsl á samsetningu ýmissa fasa í frumuveggjum froðusýna. Lengdarsnið af sýnunum voru fengnar með því að skera froðusýnu með því að nota rafhleðsluvélina (EDM, DK7745). Í kjölfarið voru lengdarhlutar sýnanna húðaðir með málningu og síðan pússaðir og slípaðir með 800 grit og 1500 grit sandpappír, í sömu röð. Að lokum voru jafngild frumuþvermál (Dmean) þversniðs slípaðs sýnis ákvarðað með myndgreiningarhugbúnaði, Image Pro Plus 6.0.

Mynd 1.Skýringarmynd af pökkunarvalsduftsmálmvinnsluaðferðinni.

Mynd 2.SEM myndir af (a) koparhúðuðum koltrefjum og (b) sýnir stækkaða mynd af svæðinu sem er merkt með rauðum ferningi í (a). Myndir (c) og (d) eru EDS niðurstöður punktsins A í (b).

Mynd 3.Skýringarmynd af synchrotron geislun tilraunauppsetningu.

2.3.2. In-situ froðumyndunarathuganir með synchrotron geislun

Skýringarmyndin af uppsetningu synchrotron geislunartilrauna er teiknuð innMynd 3. Tilraunirnar voru gerðar á geislalínu 4W1A í Beijing Synchrotron Radiation Facility (BSRF, Beijing Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences, Kína). Ólíkt hefðbundinni myndgreiningu með frásogsskilaskilum, notar þetta ritgerð fasaskilamyndatöku með Synchrotron Radiation Light Source. Þessi nálgun tekur á takmörkunum hefðbundinnar frásogsmyndagerðar, sem er ómarkviss til að sjá efni sem gleypa veikt. Froðumyndunarferlið sýnanna var framkvæmt í sérhönnuðum froðuofni, með 15 mm x 15 mm fermetra glugga sem staðsettur er hornrétt á stefnu röntgengeisla. Sýnisstærðin, eins og sýnd er á mynd 3, mælist 15 mm × 15 mm × 2 mm. Sýnið er sett í freyðandi mót sem samanstendur af ákveðnum fjölda af keramikplötum. Í gegnum froðumyndunarferlið geta röntgengeislar farið í gegnum sýnið og eru teknar með hleðslutengdu tæki (CCD) myndavél. Röntgengjafinn sem valinn var starfaði á styrkleikanum 20 Kev og hámarksstærð 7,4 mm × 7,4 mm var notuð til að gera alhliða athugun á öllu froðumyndunarferlinu.

Rétt er að taka fram að sýnin sem sáust voru staðsett hornrétt á bæði rúllustefnu og snertistefnu. Bæði forefnin sem innihéldu 0,5 þyngd% Cf og þau sem voru án 0,5 þyngd% Cf fengu hliðarplöturnar fjarlægðar frá báðum hliðum sýnanna með því að nota EDM. Könnuð voru áhrif Cf á froðueiginleika álfroðu. Ennfremur voru forefni með mismunandi samsetningu froðuð í sama hitunarofni við fyrirfram stillt hitastig 620 ◦C.

2.3.3. Próf á vélrænni þjöppunareiginleika

Þjöppunarsýnin voru skorin í sívalur sýni með 23 mm hæð og 20 mm í þvermál með EDM, og tryggt var að allar áttir innihaldi að minnsta kosti 10 heilar svitaholur til að forðast stærðaráhrif. Gerðar voru hálftruflanir þjöppunarprófanir samkvæmt stöðlunum ISO13314–2011 og GB/T31930–2015, með AG-XPLUS rafeinda alhliða efnisprófunarvél með hámarks burðargetu upp á 100 KN. Þrjú sýni voru prófuð fyrir hvern hóp, og þrýstispennu-þynningarferlar í þessari grein tákna meðalniðurstöður sem fengust úr prófuðu sýnunum þremur. Allar prófanir voru gerðar undir tilfærslustýringu, með stöðugum þverhaushraða upp á 2 mm/mín (sem samsvarar upphaflegu álagshraða 10-3 s-1) við stofuhita.

Mynd 4.Tímaþróaðar samstillingargeislunarmyndir af Cf/AFS froðumyndunarferli: (a) ófroðuð forvera við t0 augnablikið 380 ◦C; (b)–(c) upplausn frumefnis kopars og kjarna af gerð II við bráðnun forefnisins; (d)–(g) ólík kjarnamyndun og vaxtarferli loftbóla; og (h)–(i) loftbólur sameinast og rifna.

3. Niðurstöður og umræður

3.1. In situ froðumyndun undir synchrotron geislun

3.1.1. Froðuþróun Cf/AFS

Mynd 4sýnir röð af synchrotron geislunarmyndum sem sýna froðumyndunarferli Cf/AFS. Upprunalegar myndir af Cf/AFS(Mynd 4 (a))voru teknar þegar fylkið var í föstu formi við 380 ◦C, og þessi tími var stilltur sem t0. Samanborið við aðra efnisþætti í forvera, virðist Cf svartur innan gráu álríku fylkisins. Þetta má rekja til mikils koparinnihalds á trefjayfirborðinu, eins og sýnt er íMynd 2(c)–(d), sem hefur mestan hlutfallslegan atómmassa miðað við aðra þætti forverans. Þar að auki sést að meirihluti Cf sé dreifður og aðskilinn, frekar en að þyrpast saman, eins og sýnt er íMynd 4(a). Þetta gefur til kynna að með 0,5 wt% viðbót af Cf, getur 3 klst hræringarferli í raun náð æskilegu ástandi dreifingar.

Við t0+194s (eins og sést íMynd 4(b)), má sjá töluverðan fjölda hvítra, næstum kúlulaga loftbóla með þvermál á bilinu 90 μm til 180 μm í gráu álfylki (merkt með rauðri ör). Fjöldi loftbólna hélt áfram að aukast innan 46 sek., eins og sýnt er íMynd 4(c). Að auki er önnur athyglisverð breyting sem á sér stað í fylkinu að sumar litlar loftbólur hafa tilhneigingu til að myndast á yfirborði Cf við upphaf Cu-upplausna (merkt með rauða punktareitnum). Þetta fyrirbæri er líklega rakið til kjarnamyndunar af gerð II sem á sér stað innan duftsamstæðunnar sem inniheldur kopar. Það er almennt viðurkennt að viðbót Cu lækkar verulega bræðsluhita málmblöndur. Þetta leiðir til staðbundinnar bráðnunar í kringum einstakar duftagnir í forvera duftsins sem inniheldur koparduft meðan á hitunarferlinu stendur, sem myndar umtalsvert magn af Al–Si–Mg–Cu fjórðungum eutectic bræðslu við lægra hitastig. Fjórlaga eutectic bræðslulaugin hefur tilhneigingu til að vera veikt svæði í málmblöndunni og er hættara við kjarnamyndun. Fyrir vikið eru bólur líklegri til að kjarna og vaxa nálægt koparhúðuðu á trefjayfirborðinu. Ennfremur veldur lítið vökvahlutfall í fylkinu á þessari stundu að lofttegundir frá niðurbroti TiH2 safnast auðveldlega upp í álgrunninu. Kjarnamyndun af tegund II getur í raun komið í veg fyrir að uppsafnað gas þvingi lágvökvahlutafylki í sundur og breiðir sprungur í gegnum vökvann, sem leiðir til alvarlegs taps á magni vetnis.

Mynd 4(d)sýnir að loftbólurnar mynda upphaflega kjarna og vaxa á Cf-svæðinu þegar fylkið bráðnar að öllu leyti og staðsetningar loftbólna samsvara koparhúðuðu laginu sem hverfur (merkt með rauða punktakassa). Það er viðurkennt að viðbót aukafasa eykur fjölda misleitra kjarnamyndunarstaða og dregur þannig úr orkuhindrun fyrir myndun nýrra loftbóla innan málmbræðslunnar. Á sama tíma er kjarnahraði tengt heildar misleitu kjarnaflatarmáli á rúmmálseiningu. Þar af leiðandi má sjá að loftbólurnar mynda upphaflega kjarna á þeim stöðum þar sem koltrefjar eru staðsettar og þenjast út eftir endilöngu koltrefjunum. Með frekari aukningu á bræðsluhlutanum halda fjölmargar nýjar loftbólur áfram að koma upp úrMynd 4(e)–4(g). Hins vegar er hraði staðbundinnar samruna og rofs á loftbólunum hægur, sem gefur til kynna að loftbólurnar búi yfir miklum stöðugleika. Við t0+426s eykst fjöldi kúla verulega, og

forvera rúmmálið sýnir mikla stækkun(Mynd 4(h)). Ennfremur er óumflýjanlegt ferli á meðan á þróun málmfroðu stendur að blanda saman loftbólum (merkt með rauðu örinni), þar sem stærri loftbólur frásogast af stærri vegna Ostwald-þroska. Þetta þroskafyrirbæri leiðir einnig til þess að fáir stórar og óreglulegar loftbólur birtast (merktar með rauðu örinni íMynd 4(i)).

Mynd 5.Tímaþróaðar myndir af froðumyndunarferli AFS á mismunandi stigum: (a) óbrætt forefni við t0 augnablikið 380 ◦C; (b) upplausn frumefnis kopars og kjarna af gerð II við bráðnun forefnisins; c) kjarnamyndun og vaxtarferli loftbóla; og (d)–(f) loftbólur renna saman og rifna.

3.1.2. Froðuþróun AFS

Mynd 5 sýnir röð af synchrotron geislunarmyndum sem sýna froðumyndunarferli AFS. Svipað og Cf/AFS var upphafsmyndin fyrir synchrotron geislunarröðina tekin þegar AFS var í föstu fasa við 380 ◦C (sjáMynd 5(a)). Þegar fylkið er hitað yfir solidus hitastigið verða litlar hvítar loftbólur sýnilegar innMynd 5(b) og (c), sem stafar af niðurbroti TiH2 og tilviki kjarna af gerð II á Cu-ríku svæðinu. Hins vegar er fjöldi loftbóla sem myndast og dreifingarþéttleiki þeirra innMynd 5(c)er áberandi lægri miðað viðMynd 4(c). Þetta bendir til þess að Cf/AFS veiti fleiri rásir fyrir snemmbúna gaslosun við kjarnamyndun, sem kemur í veg fyrir of mikla myndun sprungna í álfylki með litlum vökvahlutfalli.

Færri fjölda AFS kjarnakjarna og meiri líkur á óeðlilegum loftbóluvexti samanborið við Cf/AFS má sjá fráMynd 5(d)–(f). Þróun AFS loftbóla er óregluleg og stærðir þeirra sýna miklar sveiflur vegna samvistar bæði míkrómetra stórar loftbóla og óeðlilega millimetra stórra loftbóla (merktar með rauðu örinni). Þar að auki getur þessi óstöðugleiki og ójafnvægi á snemma kjarnamyndunarferli leitt til verulegs munar á endanlegri svitaholabyggingu og vélrænni eiginleikum milli AFS og Cf/AFS.

3.2. Makróbyggingargreining

Til að kanna muninn á stórsæja formgerð svitahola og þvermál hola á milli AFS og Cf/AFS, voru tvö samlokubygging útbúin við rannsóknarstofuaðstæður við froðuhitastig upp á 620 ◦C í 15 mínútur. Stórbygging og frumustærðardreifing AFS og Cf/AFS eru sýnd íMynd 6. Samanburður á lóðréttum hlutum úr samlokubyggingarsýnunum tveimur leiðir í ljós að Cf/AFS froðan hefur fínni frumur og minni galla eins og rof eða samruna frumna (sjáMynd 6 (b)). Þvert á móti, eins og sýnt er íMynd 6(a), AFS sýnir lélega svitaholu einsleitni með nærveru nokkurra óeðlilega stórra svitahola. Á sama tíma var samsvarandi holuþvermál fyrir AFS og Cf/AFS 2,9 ± 0,2 mm og 1,9 ± 0,1 mm, í sömu röð, sem bendir til þess að holuþvermálið hafi verið betrumbætt frekar með því að bæta við Cf (sjáMynd 6(c) og (d)).

Þróun svitaholabyggingarinnar er undir áhrifum af tveimur samkeppnisaðferðum: niðurbroti TiH2 og samruna og rof á froðu. Niðurbrot TiH2 stuðlar að aukningu á fjölda kjarnamyndunar, porosity og stækkunarhraða, á meðan sameining og brot á loftbólum minnkar fjölda svitahola og eykur þvermál svitaholanna. Fækkun bólusamruna og roftilvika stuðlar að betri frumubyggingu. Þess vegna er mikill stöðugleiki froðunnar nauðsynlegur til að viðhalda einsleitni svitaholabyggingarinnar meðan á froðuferlinu stendur. Fyrir Cf/AFS bætir viðbót Cf verulega vætanleika trefjanna með álbræðslunni. Líkt og tilkynnt er um Cf styrkta álfroðu [44] sem framleidd er með bráðnar froðumyndunaraðferðinni, bætir Cf við álfroðuna stöðugleika með því að koma í veg fyrir að frumuveggurinn rofni og draga úr þéttingu. Á sama tíma getur Cf búið til netlíka uppbyggingu í frumuveggnum, sem myndar aðskilnaðarkraft og kemur í veg fyrir að loftbólur springi, og bætir þannig frumubyggingu, froðustöðugleika og einsleitni svitaholudreifingarinnar.

3.3. Örbyggingarlýsing

Mynd 7(a)sýnir örbyggingu frumuveggsins eftir froðumyndun með AFS. Eins og greint var frá fyrir AlSi6Cu4Mg4 álfroðu, eru eutectic Al–Si, Mg2Si, Al2Cu og Al5Cu2Mg8Si6 til staðar í málmblöndunni, sem er í samræmi við niðurstöður sem fengust úr EDS greiningu íMynd 7(b). Þessir brothættu fasar draga úr vélrænni eiginleikum álfroðunnar með því að veikja svitaholavegginn eða virka sem uppspretta sprungna við aflögun. Þess vegna er hagkvæm og áhrifarík stefna að efla vélræna eiginleika svitaholaveggsins með því að bæta við styrkingarfasa.

Fyrir Cf/AFS er hægt að fylgjast með því fráMynd 7(c) og (d)að Cf dreifist innan frumuveggsins eða við brún frumuveggsins, sem gefur til kynna að Cf hafi framúrskarandi vætanleika með álbræðslunni. Ennfremur er það áberandi (sjáMynd 7(d)) að lítið magn af útfellda fasanum Al2Cu myndast á viðmóti trefjanna og álbræðslunnar. Þetta fyrirbæri stuðlar að sterkri tengingu milli trefja og fylkis. Hægt er að fylgjast með framvindu þessa dreifingarviðbragða á innsæi íMynd 4(a)–(c). Athugaðu að útfelldi fasinn umlykur ekki koltrefjarnar alveg og ástand og magn þessarar dreifingar eru gagnleg fyrir Cf/AFS. Byggt á rannsókn Lv o.fl., á Cf styrktum samsettum efnum úr álfylki, var sýnt fram á að hæfilegt magn af útfelldum fasa getur haft áhrif á og stjórnað styrk milliflatabindingar.

Mynd 6.Lóðréttir hlutar af dæmigerðu sýni (a) AFS og (b) Sbr/AFS. Jafngildisþvermál á móti flatarmálsbrotum sem samsvara (a) og (b) eru sýndar í (c) og (d), í sömu röð. Heilda samfellda línan í (c) og (d) táknar log-normal fit. Aðhvarf (R2 ) táknar ágæti passa.

Mynd 7.SEM myndir (a) og (b) sýna örbyggingar sem samsvaraMynd 6(a) AFS ogMynd 6(b) Sbr/AFS, í sömu röð, ennfremur,Mynd 7(b) og (d) sýna staðbundnar stækkunir áMynd 7(a) og (c), í sömu röð.

3.4. Vélbúnaður Cf stöðugleika Al–Si–Mg–Cu froðu

Byggt á ofangreindri greiningu er skýringarmynd af froðumyndunarkerfi fyrir Cf/AFS og AFS tekin saman íMynd 8. Mikilvægur munur á Cf/AFS og AFS á kjarnastiginu, kúluvexti og samrunastigi og hægfara storknunarstigi, eins og sýnt er íMynd 8(a) og (b).

Mynd 8.Skýringarmynd af Cf/AFS og AFS froðuvirkni: (a) Cf/AFS; og (b) AFS.

Á kjarnastigi AlSi6Cu4Mg4 álfrauða hafa loftbólur tilhneigingu til að kjarna innan fljótandi fjórðungs eutectic umhverfis koparagnirnar, frekar en kjarna á staðsetningu TiH2 agnanna. Þessi tegund kjarnamyndunar á veikasta svæði forefnisins (gerð II kjarnamyndun) veitir fleiri flóttarásum fyrir lofttegundirnar sem losna við TiH2 niðurbrot, forðast uppsöfnun lofttegunda og veldur því að sprungur breiðist út í álbræðslunni. Viðbót á koparhúðuðum koltrefjum skapar greinilega enn frekar fleiri rásir til að losa H2. Hins vegar, þar sem álbráðan hefur ekki nægjanlegt fljótandi brot á þessu stigi, er erfitt fyrir svona litlar loftbólur að hafa nægjanlega uppsprettu H2 til að halda áfram að vaxa. Þess vegna rifna þessar litlu loftbólur innan bræðslunnar þegar hitastigið hækkar. Þegar forverinn er alveg bráðnaður mun H2 sem losnar við kröftugt afvötnunarhvarf TiH2 kjarna og vaxa hratt miðað við kjarnapunktinn. Cf gefur fjölmarga ólíka kjarnamyndunarstaði til að mynda loftbólur, sem eykur kjarnahraðann til muna. Samtímis hamlar nærvera Cf í raun snertingu og samruna frumbólanna og forðast myndun óeðlilega stórra loftbóla.

Á vaxtar- og samrunastigi loftbólnanna bætir viðbótin á Cf froðustöðugleikann verulega. Ástæðan er sú að Cf og álbráð hafa góða bleyta og auðvelt er að festa trefjarnar á milli tveggja gas-vökva tengisins til að mynda netkerfi (eins og sýnt er íMynd 7(c)). Þegar vökvafilman er þynnt geta trefjarnar myndað aðskilnaðarþrýsting til að standast sog frá hálendismörkunum og koma þannig í veg fyrir að vökvafilman rifni. Þannig að Cf/AFS þarf lengri froðutíma samanborið við AFS, með meiri stöðugleika sem getur viðhaldið einsleitni svitaholabyggingarinnar við þróun froðusins.

Á hæga storknunarstigi vaxa loftbólur í Cf/AFS ekki lengur og trefjarnar eru felldar inn í frumuvegginn (merktar með rauða punktakassa). Þessi varðveisla trefja kemur í veg fyrir frásog lítilla loftbóla af stærri, eins og sést í Ostwald-þroska, og hindrar rof á frumuvegg vegna storknunarþenslu. Fyrir vikið sýnir Cf/AFS einsleitari svitahola uppbyggingu og færri svitahola galla samanborið við AFS.

3.5. Vélrænir eiginleikar

Þrýstispennu-álagsferlar fyrir Cf/AFS og AFS með næstum sama porosity (83,2% og 81,4%, í sömu röð) eru sýndar íMynd 9(a). Þrýstispennu-álagsferillinn sýnir sérstakan þriggja þrepa eiginleika, sem samanstendur af línulegu teygjusvæðinu, hálendissvæðinu og þéttingarsvæðinu. Þrýstiþol AFS og Cf/AFS var 8,44 MPa og 11,87 MPa, í sömu röð. Þrýstiþol Cf/AFS jókst um 40,6% miðað við AFS. Á sama tíma er orkugleypni Cf/AFS betri en AFS við sama álag, eins og sýnt er íMynd. 9(b). Orkugleypni AFS og Cf/AFS er um 3,3 MJ/m3 og 6,1 MJ/m3, í sömu röð. Orkugleypni Cf/AFS er bætt um 84,8% samanborið við AFS.

Mynd 9.Kúrfur þrýstiálagslesta og orkugleypnigetuferlar Cf/AFS og AFS: (a) þrýstiálagslestarferlar; (b) ferlar fyrir orkuupptökugetu.

Innlimun Cf jók verulega vélræna eiginleika froðukjarnans. Það er vel þekkt að vélrænir eiginleikarálfroðueru nátengd uppbyggingu svitahola og vélrænni eiginleikum stuðsins. Stórbyggingargreining benti til þess að viðbót Cf betrumbætti svitaholastærðina, bætti svitaholudreifingu og minnkaði holugalla. Svipað og niðurstöður Sasikumar o.fl. og Yangetal. lítill svitaholaþvermál og þröng svitaholudreifing eru hagstæðari til að auka þjöppunarstyrk og orkuupptöku skilvirkni. Þar að auki eru áhrif örbyggingar á vélrænni eiginleika froðusins ​​aðallega vegna Cf sem er innbyggt í holuveggja froðunnar. Með dreifingu og upplausn koparhúðaðra koltrefja í álgrunninu er hægt að ná stinnari tengingu milli trefja og álgrunns, sem stuðlar að álagsflutningi. Hár stuðull koltrefjar heftaðar í svitaholaveggnum getur takmarkað aflögun svitaholaveggsins við þjöppunarálag og bætt burðargetu. Allir þessir þættir eru ívilnandi fyrir Cf/AFS til að ná meiri uppskerustyrk og orkugleypni miðað við AFS.

4. Ályktanir

Cf/AFS og AFS voru unnin með pökkunarvalsduftsmálmvinnsluaðferðinni í þessari vinnu. Freyðandi hegðun Cf/AFS og AFS sást á kraftmikinn hátt með synchrotron geislun til

rannsaka áhrif Cf á bólukjarna og vöxt. Að auki var Cf um formgerð svitahola, dreifingu svitahola og þjöppunareiginleikar álfroðu greind ítarlega. Helstu niðurstöður eru þessar:

(1) Synchrotron geislun in situ athuganir sýna að bæði Cf/ AFS og AFS froðumyndunarferli sýna þrjú aðgreind stig: kúlakjarna, kúlavöxt og samruna og storknun.

Í samanburði við AFS sýnir froðumyndunarferlið Cf/AFS meiri stöðugleika og einsleitni kúla. AFS er hættara við að mynda óeðlilega stórar og grófar svitaholur meðan á svitaholaþróunarferlinu stendur. Að auki er mismunurinn rakinn til misleitra kjarnaáhrifa Cf, sem kemur í veg fyrir að loftbóluveggir rofna og dregur úr samruna á sama tíma og kjarnamyndunarhraðinn eykst.

(2) Að bæta við 0,5 wt.% Cf fínpússar samsvarandi holuþvermál úr 2,9 ± 0,2 mm í 1,9 ± 0,1 mm, sem dregur verulega úr grófum holugalla. Á sama tíma sýnir örbyggingin góða vætanleika Cf, sem dreifist meðfram svitaholaveggnum og gas-fast efni, og eykur þar með froðustöðugleika.

(3) Í samanburði við AFS jókst þjöppunarstyrkur og orkugleypni Cf/AFS um það bil 40,6% og 84,8%, í sömu röð. Niðurstöður þessarar rannsóknar geta gefið hugmyndir um styrkingu á samlokuplötum úr áli með málmvinnsluviðmótum sem hafa möguleika á verkfræðinotkun á sviði bíla- og geimferðaiðnaðar.

Grein úr Journal of Materials Research and Technology