关于定向凝固多孔纯金属及定向凝固多孔合金目前已经有较多研究,但是对于铝合金基体定向凝固多孔金属的研究目前较少。众所周知,铝合金的密度低和耐腐蚀性优越,铝合金制备的结构件对于航空、航天及交通运输领域的轻量化非常重要。本研究主要通过模铸技术,针对纯铝和不同成分的Al-Mg合金、Al-Si合金及Al-Cu合金,研究它们的定向凝固多孔结构特点以及力学性能。金属-气体共晶法即所谓gasar法,这种方法中金属和气体两相同协生长。本文以gasar法为基本实验方法,采用自主设计的实验设备来确保定向凝固顺利进行。随着熔体中的氢气不断排出,准圆柱形的气孔在凝固前沿不断形成,在改变气体压强的条件下成功制备具有定向孔的多孔纯铝、Al-3%Mg、Al-6%Mg和Al-33%Mg合金。本文研究孔结构和凝固压强之间的关系,镁的含量对孔的尺寸、孔隙率以及多孔铝镁合金力学性能的影响。其结果表明:在较高的饱和压强下,铝及铝合金凝固过程中倾向于形成较小的孔。而较高的饱和压力有利于获得较高孔隙率的试样。对于铝镁合金,随着镁含量的增加,合金的力学性能明显降低。然而,Al-3%Mg和Al-6%Mg合金是韧性金属,由于孔的存在,它们的多孔试样比相应的实体试样具有更高的压缩强度。同时,它们还具备减重和节省材料的优点,这为它们在和实体材料相同的工况下的工业应用提供了机会。本文还研究了 gasar过程中熔体内气泡的形成及长大行为。通过建立模型,分析铝合金熔体内气泡的形成和由于温度梯度和压强梯度引起的气泡长大行为。研究表明,合金元素对氢气溶入液态铝的能力影响明显。随着镁含量的增加,氢气在熔融铝镁合金中的溶解度增加,孔的形状也经历了变化。本文数值模拟gasar过程得到的结果与实验结果较为一致。当凝固压力为-0.075MPa,在不同的氢气饱和压力的条件下,制备不同成分(4%,8%,12%和14%)的定向凝固多孔Al-Si合金。研究硅含量对试样的孔隙率,孔的形状和尺寸以及孔的圆整度的影响。探索获得均匀孔结构的最佳工艺参数。重点对具备良好孔结构和压缩性能的Al-4%Si和Al-8%Si合金进行研究。结果证明随着硅含量的增加,孔的形状倾向于球形,同时孔隙率减小。孔径随着熔体中Si含量的增加而增大。不同铸造技术得到的试样具有不同的孔隙率和孔形。随着合金中硅含量的变化,孔隙率也相应地增大或减小。相比铸造实体试样,硅含量4%和8%的多孔试样表现出较好的压缩性能,体现了多孔试样各向异性的优点。由于优越的耐热性和可加工性,Al-Cu合金在航空工业和汽车工业的应用十分普遍。通常应用的Al-Cu合金的铜含量为4-6%。即使其他铜含量的Al-Cu合金没有得到广泛的应用,但从探索的角度研究其多孔结构的形成过程也具有意义。因此本文选取铜含量为5%、10%、20%以及共晶点成分33%的Al-Cu合金进行实验,研究铜含量对其孔结构和孔隙率的影响。结果表明,试样的孔隙率和平均孔径均随着铜含量的增加而增加。同时,孔的形状从细长孔逐渐转变为球形孔。在共晶点时,即铜含量为33%的Al-Cu合金中几乎没有孔出现。先析出相和糊状区宽度对于孔的形成具有明显的影响。