基于珠球状NaCl制备的多孔金属孔结构控制及性能研究

发布时间：2020-04-19 06:00

【摘要】：泡沫金属有着诸如比表面积大、轻质、低模量、高比强度、高比刚度、能量吸收等优点,因而在航空航天、电化学、建筑工程、机械、医药、环保等领域被广泛应用。本文在珠球状NaCl制备基础上,结合造孔剂法制备开孔性泡沫金属,并对泡沫金属进行了机械性能调节实验,目的是为了克服大多数开孔性泡沫金属制备工艺带来的成本高、周期长、结构不理想及力学性能可控性差等常见问题。将蒸馏水、淀粉、盐末按比例制取盐团,然后搅拌破碎并油浴处理,最后高温煅烧得到较高圆度、较高硬度,粒径分布为0.6~2.5mm的珠球状NaCl颗粒;SEM观察显示盐球呈椭球形,表面大量分布着13-18μm的毛细孔,实验表明这些微孔在盐球溶解时会产生毛细管作用,有助于造孔剂从坯体内部快速溶出,不会对多孔素坯形成损伤和残留。通过添加造孔剂法制备泡沫铝、铜生坯,然后将坯体内部造孔剂溶解得到多孔素坯,在保护气氛下经0.7~0.8T_m烧结得到致密骨架的泡沫金属,并对泡沫金属的制备工艺、结构特征、物理性能进行讨论;对泡沫铜进行不同形式的机械性能调控,探究不同强化方式对复合多孔结构力学性能的改善和屈曲行为的影响;得出以下结果:(1)以震动填充的方式构筑多孔金属坯体,具有工艺稳定性好、结构重现性高、制备效率高、三维互联性良好、内部缺陷少、良好的普适性等优点,坯体胞洞排列紧密;多孔素坯径向上的孔洞致密度由边缘向圆心呈减小趋势;SEM显示连通孔尺寸大于150μm,且随造孔剂尺寸的增大窗口尺寸略有增加;素坯经烧结后存在不同程度的体积收缩,所得泡沫铝的孔隙率为77.15~78.28%,泡沫铜的孔隙率为83.56~85.37%。(2)泡沫铝、铜的压缩曲线经历弹性变形-坪应力区-密实化区三个阶段;整个变形过程主要是孔棱发生屈曲直至失效断裂和胞洞的逐层溃败。不同孔隙率泡沫铝、铜的能量吸收范围分别为5.04~5.42MJ·m~(-3)和3.47~3.59MJ·m~(-3)。(3)泡沫基体植入铜管的数量增加会导致复合结构的孔隙率提高,三铜管加强结构比单铜管加强结构的各项力学性能要高但增幅并不大。单根实心铜柱加强结构在压缩时受基体泡沫阻碍作用很强,因此复合结构仍保持泡沫金属的变形特征;三根实心铜柱加强的复合结构在压缩时挣脱了基体泡沫对它的约束,并对基体产生剪切,导致复合结构的压缩曲线呈现出致密金属与泡沫金属相结合的性能特征。(4)孔隙率为77.15%、77.72%、78.28%的泡沫铝平均渗透系数分别是4.4404E~(-11)、3.2018E~(-11)、2.4439E~(-11);孔隙率为83.56%、84.05%、85.37%的泡沫铜平均渗透系数分别是5.3527E~(-11)、4.4772E~(-11)、3.9841E~(-11)。(5)泡沫铝在受热膨胀时沿轴向表现出随孔隙率增大热膨胀系数减小的现象,沿径向则表现为试样孔隙率变化对热膨胀系数无明显影响。泡沫铜沿轴向和径向的热膨胀系数曲线表现出先升高后稳定最后下降的变化趋势。
【图文】：

技术路线图,多孔金属,制备表征,生坯结构

行测试；利用渗透测试装置对不同孔径多孔金属的渗透性子热膨胀仪对不同孔径多孔金属的热膨胀系数进行测试。方案实施的具体技术路线如下流程图所示。生坯结构分析多孔铜性能调控多孔金属制备表征多孔铝/铜珠球 NaCl 制备制备工艺分析表征多孔生坯构筑复合结构多孔铜

震动台,多孔结构,实物,模具

桨机械破碎形成颗粒物，随着油浴过程的进行盐球发生硬化。油浴球用纱布分离，再用滤纸将盐球表面的油污充分吸收。采用箱式电560、640、740℃三组对比温度）烧结油浴后的盐球，，煅烧 6h 后随孔金属的制备过程珠状盐球造孔剂的多孔结构构筑，其工艺步骤是一致的。本文仅以球盐造孔剂制备的多孔金属结构及性能。首先称取 8g 经筛分后的分别是 0.6-1.0、1.0-1.5、1.5-2.0mm）装入内径为 25mm 的钢制模实密度分析仪对盐球进行预震形成结构紧凑的“盐床”，待装入一铝粉为 3.2g，铜粉为 7g）后开启 Autotap，震动期间每 100 次测量高度，直至高度方向不再发生位移变化，此时粉末完全填充于“盐图 2.1 所示。对制备泡沫铝和泡沫铜的模具分别施加 200MPa 和 15盐球与金属粉末紧密结合的密实生坯；将生坯用 400#、800#砂纸抛溶解造孔剂获得三维连通的多孔素坯。泡沫铝素坯在管式炉中氩气多孔铜素坯在管式炉中氢气保护下 810℃烧结 1h；最终获得密实骨b ca
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TB383.4;TG14

【参考文献】