铝硅合金多孔材料的制备及性能研究

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多孔金属材料因具有优异的物理性能和力学综合性能受到研究人员和工程设计人员的青睐,作为结构与功能复合材料,兼具了多孔材料和金属材料的优点,其应用范围横跨了传统的机械和汽车制造、军事装备制造、建筑业等领域,以及新兴的航空航天、生物医学、高性能电池等领域。本文以铝硅合金为基体材料,采用熔体发泡法制备出铝硅合金多孔泡沫材料,并研究了材料的准静态压缩性能和导电性。制备铝硅合金多孔材料的实验从作为基体材料的铝硅合金的制备开始,首先配制出AlSi7合金材料。其次,分析了搅拌过程中振动大和搅拌不均匀的原因,对搅拌设备进行改进,加长搅拌杆,并更换搅拌桨,在1000r/min的搅拌速度下,取得良好的分散效果;为解决TiH2发泡剂加入后分解过快的问题,研究TiH2发泡剂的氧化预处理工艺,通过采用400℃6h+475℃1h梯度升温的方式,获得良好的缓释效果。在完成这些准备工作之后,还通过实验分析比较基体增粘、发泡剂加入量、搅拌时间、冷却方式这些影响实验结果的关键因素,取得合适的工艺参数。准静态压缩条件下熔体发泡法制备的闭孔铝硅合金多孔泡沫材料与闭孔纯铝多孔泡沫材料一样,从压缩曲线形态上都可以分为线弹性形变阶段、屈服平台阶段和致密化阶段。但是,在体现材料性能的屈服平台阶段,闭孔铝硅合金多孔泡沫材料呈现出明显的应力波动,而闭孔纯铝多孔泡沫材料的压缩曲线则比较平稳,体现出脆性多孔泡沫材料和塑性多孔泡沫材料的不同特质。在压缩过程中,闭孔铝硅合金多孔泡沫材料的泡孔和孔棱断裂后发生脱落,在试样周围产生堆积,而不是像塑性多孔泡沫材料一样逐层的堆叠。实验还发现,除了孔壁中的褶皱、凸起等因素外,闭孔材料中的连通孔也是导致应力集中的重要原因,会削弱闭孔多孔材料的压缩性能;除相对密度、平均孔径以外,试样的尺寸也会对闭孔铝硅合金多孔泡沫材料压缩性能产生重要影响。此外,以闭孔铝硅合金多孔泡沫材料的压缩实验为基础,分析了材料的吸能性与材料的结构参数之间的关系。实验证明,闭孔铝硅合金多孔泡沫材料的吸能性随着相对密度的增加而增强,随平均孔径的增大而减小。最后,通过实验研究闭孔铝硅合金多孔泡沫材料导电性与相对密度之间的关系,所得数据拟合的结果显示材料导电性随相对密度增加而提高。
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