基于爆炸烧结技术的块状纳米铝材制备及力学性能影响研究

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近年来因材料性能失效问题引起的重大安全事故层出不穷,传统工艺制备的块体铝材难以满足人们对高力学性能的追求,因此需要增强材料的力学性能以提升设备设施在使用过程中的本质安全性,本文采用爆炸烧结法制备了力学性能较高的块状纳米铝材,通过显微硬度测试、抗压强度测试、密度测试等对铝材的力学性能进行了测试,通过XRD、金相显微、扫描电镜等对铝材的物相及微观结构进行了表征分析。首先,通过对内套管壁厚、炸药层厚度、炸药装填高度、泄压孔深度等爆炸烧结装置上的影响因素进行系统性研究,对比分析铝材的力学性能及微观结构差异,在内套管壁厚为2 mm、炸药层厚度为12.2 mm、炸药装填高度为260 mm、泄压孔深度为13 mm条件下爆炸烧结制备块状纳米铝材的成型效果最好、力学性能最优;其次,通过对铝粉初装密度、铝粉粒径、纳米铝粉掺混比例等铝粉特征参量上的影响因素进行系统性研究,对比分析铝材的力学性能及微观结构差异,在铝粉初装密实度稳定在50%以上条件下,铝材成型效果较好;纳米铝粉掺混比例为100%条件下爆炸烧结制备的块状纳米铝材力学性能最优;最后,结合模糊数学综合评价法及层次分析法,通过建立评估指标集、建立评估标准、建立隶属度矩阵R、确定各指标权重系数,构建块体铝材爆炸烧结影响因素的模糊数学评估模型,对不同泄压孔深度及不同纳米铝粉掺混比例等条件进行定量优化评估,得出泄压孔深度为13 mm条件下制备块状纳米铝材的综合力学性能较好,纯纳米铝粉制备块状纳米铝材的综合力学性能较好。
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