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闭孔泡沫铝作为超轻多孔金属的发展重点,在航天、兵器等高技术领域和民用领域展示出了重要的应用前景。高技术需求使下述研究内容成为发展前沿,它们包括:1.中等孔隙率小孔径球形孔泡沫铝的制备及性能;2.泡沫铝焊接的热问题;3.塑性加工制备多孔钢及其压缩吸能性能。
采用Ca增黏、TiH2发泡的熔体发泡制备闭孔泡沫铝工艺难以制备高技术需求下的中等孔隙率小孔径球形孔泡沫铝,于是发展了CaCO3增黏发泡制备小孔径球形孔泡沫铝的技术。本文研究了三种CaCO3的热分解特性,增黏特性,制备泡沫铝的孔结构特征以及CaCO3的颗粒粒径和制备工艺参数对泡沫铝制备的影响,确定了CaCO3在增黏发泡制备小孔径球形孔泡沫铝的工艺参数,成功制备目标样品。结果表明:CaCO3的粒径小于50μm,是制备小孔径球形孔泡沫铝的必要条件;揭示了成功制备小孔径球形孔泡沫铝的三个因素为优良的铝熔体增黏特性,铝熔体中存在及生成的多种固相颗粒成为气孔非均匀形核核心,CaCO3释气量小;在这基础上获得了CaCO3作为增黏发泡剂制备中等孔隙率目标需求的小孔径球形孔泡沫锅的工艺参数:CaCO3增黏剂含量0.5~1.0%,CaCO3发泡剂含量1.0~1.5%,增黏时间3~5min,发泡时间2~4min,保温温度670~680℃,保温时间5~6min。
研究了新型增枯发泡剂CaCO3制备的小孔径球形孔泡沫铝及铝合金的在静态压缩和冲击载荷下的压缩、吸能性能。结果表明,吸收相同压缩和冲击能量时,小孔径球形孔泡沫铝合金的应变比泡沫纯铝小;在相同压缩和冲击条件下,小孔径球形孔泡沫铝合金更适合做压缩和冲击缓冲材料。
针对目前实验室成功发展的泡沫铝钎焊技术中存在的热问题,研究了不同温度下,钎料元素在泡沫铝中的扩散行为,并分析了钎焊过程中的热力学,同时探讨了作为钎焊母材泡沫铝的导热性能。结果表明:随钎焊温度T的升高,Zn-Al-Cu基钎料的扩散距离X显著增大,线性拟合的关系式为:X=0.129T-48.4(X:单位μm;T:单位℃);孔隙率为81%~90%时,泡沫铝的等效导热系数λ*与孔隙率Ps的关系近似为:λ*=164.6-174.4Ps。
采用塑性加工的方法制备球形孔多孔钢,研究了其压缩、吸能性能,结果表明:在大变形的范围内,采用塑性加工制备的球形孔多孔钢较泡沫铝更适合做能量吸收材料。