氢化钛热分解反应动力学与铝合金熔体泡沫化过程研究

论文题目: 氢化钛热分解反应动力学与铝合金熔体泡沫化过程研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 材料加工工程

作者: 杨东辉

导师: 何德坪

关键词: 氢化钛,热分解,动力学参数,动力学方程,谱线,铝合金熔体泡沫化,低孔隙率,高比强度,吸能性能

文献来源: 东南大学

发表年度: 2005

论文摘要: 泡沫铝合金在高技术和民用领域中有重要应用。针对泡沫铝合金制备的现存问题,需要揭示发泡剂氢化钛的产气规律,以供研究和控制铝合金熔体的泡沫化过程,从而成功制备具有独特性能的泡沫铝合金。本文制备了小孔径(D<1mm)、低孔隙率(65%<Pr<75%)泡沫铝合金。建立了金属管道结构氩载气流中的程序升温分解装置,利用该装置首次测得了氢化钛的程序升温热分解谱图。首次全面地将程序升温脱附的相关理论成功地应用于程序升温分解反应(这些理论包括:谱线重叠法、查表法和等反应速率法),并将查表法的可应用范围拓展到峰巅温度Tm=300～1100K和活化能Ed=100～740kJ/mol。利用这些理论,结合定温预分解差谱技术,解叠了氢化钛的程序升温热分解谱线,首次求得了氢化钛热分解反应动力学参数和动力学方程组。据此方程组,计算得到了在940K时,氢化钛的热分解量对时间的关系线,它与铝合金熔体泡沫化过程相吻合。首次为研究和控制铝合金熔体泡沫化过程提供了理论依据。首次提出了测定铝合金熔体泡沫孔结构参数的“瞬时冻结”凝固法。研究发现:在一定的搅拌时间内,熔体泡沫的孔隙率保持恒定。在该搅拌时间范围内,当搅拌时间短时,待分解的氢化钛就多,制得的样品的孔隙率就大;当搅拌时间长时,待分解的氢化钛就少,制得的样品的孔隙率就小。据此规律,成功地制得了小孔径(D<1mm)、低孔隙率(65%<Pr<75%)泡沫铝合金试样。经测定,该试样具有高的屈服强度和比刚度、大的表观杨氏模量和大的压缩吸能能力,有望成为高技术领域中的一种性能卓越的新材料。

论文目录:

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 泡沫金属概述

1.2 铝合金熔体泡沫化的控制方法

1.2.1 铝合金的选择

1.2.2 铝合金熔体的增粘

1.2.3 发泡剂氢化钛的热分解反应动力学

1.2.4 铝合金熔体的泡沫化过程

1.2.5 铝合金熔体泡沫的冷却凝固

1.3 泡沫铝及泡沫铝合金的孔结构描述

1.3.1 孔隙率

1.3.2 孔径

1.4 泡沫铝合金制备研究中有待解决的问题

1.5 程序升温脱附和程序升温分解技术及其相关理论

1.6 泡沫铝及泡沫铝合金的主要性能及应用

1.6.1 力学及吸能性能

1.6.2 声学性能

1.6.3 阻尼性能

1.6.4 热物理性能

1.6.5 电磁屏蔽性能

1.6.6 泡沫铝合金的应用

1.7 本文的主要工作

参考文献

第二章 氢化钛程序升温热分解实验

2.1 TPD 装置

2.2 TPD 装置的调试

2.2.1 放置样品的金属管结构

2.2.2 温度的测量和控制

2.2.3 载气的选择及载气流量的控制

2.2.4 冷阱技术

2.3 氢化钛的程序升温热分解谱图

2.3.1 空白实验

2.3.2 氢化钛的XRD 分析

2.3.3 氢化钛的程序升温分解（TPD）实验

2.3.4 氢化钛的热分解产物和谱线的温度校正

2.3.5 实验结果

2.4 氢化钛的定温预分解差谱

2.5 本章小结

参考文献

第三章 氢化钛热分解反应动力学

3.1 一级热分解反应TPD 谱图解析

3.1.1 数学处理

3.1.2 谱线重叠法（SSM）和三种关系线

3.1.3 查表法（CTM）

3.2 二级热分解反应TPD 谱图解析

3.2.1 数学处理

3.2.2 谱线重叠法（SSM）和三种关系线

3.2.3 查表法（CTM）

3.3 S_m与ln(k_0/b)的对应规律

3.4 从TPD 谱图求解E_d、k_0的等分解速率法

3.5 氢化钛热分解反应动力学方程组的建立

3.6 研究氢化钛热分解反应特性的TPD 法与其他方法的比较

3.7 本章小结

参考文献

第四章 氢化钛热分解动力学与铝合金熔体泡沫化过程

4.1 熔体泡沫化法制备泡沫铝合金的流程

4.2 制备泡沫铝合金的原材料和辅助材料

4.2.1 铝合金的选择

4.2.2 其它辅助材料

4.3 制备泡沫铝合金的主要设备

4.3.1 熔化设备

4.3.2 搅拌混合装置

4.3.3 冷却凝固装置

4.4 主要工艺条件的调节与控制

4.4.1 铝合金熔体温度的选择

4.4.2 铝合金熔体的增粘处理

4.4.3 铝合金熔体的泡沫化过程

4.4.4 冷却凝固

4.5 氢化钛热分解反应动力学与铝合金熔体泡沫化

4.5.1 定温条件下氢化钛的分解特性

4.5.2 铝合金熔体保温泡沫化过程中孔隙率的变化

4.6 本章小结

参考文献

第五章 小孔径、低孔隙率泡沫铝合金的制备

5.1 测定铝合金熔体泡沫孔结构参数的“瞬时冻结”凝固法

5.2 泡沫铝合金孔结构参数的测量方法

5.3 t_s对铝合金熔体泡沫化阶段（I）的影响

5.4 t_s对铝合金熔体泡沫化阶段（II）的影响

5.5 本章小结

参考文献

第六章 泡沫铝合金的压缩性能

6.1 泡沫铝合金的压缩试验

6.1.1 试验目的

6.1.2 测量方法

6.1.3 试样尺寸

6.2 泡沫铝合金的单向压缩性能

6.2.1 泡沫铝合金压缩应力-应变曲线的一般形态

6.2.2 泡沫铝合金的压缩试验结果

6.2.3 泡沫铝合金的比刚度

6.3 泡沫铝合金的压缩吸能特性

6.3.1 吸能能力

6.3.2 吸能效率

6.3.3 泡沫铝合金吸能性能的综合评判方法

6.4 本章小结

参考文献

第七章 全文总结

致谢

攻读博士学位期间发表的学术论文和取得的学术成果

一、发表和已录用的论文

二、已获得的专利和已申请的专利

三、成果奖励

四、参与的科研项目

发布时间: 2007-03-12

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