SiC颗粒增粘铝硅合金泡沫材料的制备工艺及组织特征研究

论文摘要

本研究的目的是制定一种熔体铸造法制备SiC颗粒增粘泡沫铝材料的工艺路线及其中各环节的合理的工艺参数,并且得到一种孔隙均匀,孔径大小合适的新型的SiC颗粒增强泡沫铝材料。本文首先比较了传统泡沫铝制备工艺,即用纯铝或合金制备泡沫铝材料和本研究采用的SiC颗粒增粘泡沫铝的不同原理及工艺路线,通过比较得到本研究的工艺路线省去了增粘过程,操作简单易行。随后对发泡剂的分解热力学、分解动力学进行了较为详细的资料分析,得出TiH2在350℃至420℃时开始分解,大量的氢气释放是在420℃以上,在达到钛熔点（1668℃）时结束。温度在600-700℃以下时只有60-75%氢气放出,剩下的气体继续稳定地与金属结合,直到发泡停止。接着分析了熔体铸造法的发泡原理,并对气泡的生成、长大及合并进行了分析,使本研究有了较深刻的理论基础。根据理论分析及前人的经验,确定发泡剂的预处理工艺为400℃下加热24小时,随后500℃下加热1小时,发泡处理时,加入发泡剂之后的搅拌速度为1000r/min,搅拌时间为1分钟左右;为了确定合理的加粉温度,制定了四种工艺,分别为加粉温度为610℃、640℃、660℃、670℃,分别进行试验,通过比较得出,加粉温度为640℃时可以得到较为理想的泡沫材料铸锭。随后分析了未发泡层和发泡不完全区域形成的原因。将制备好的泡沫材料铸锭在轴向不同高度上沿径向锯成圆片状,分别分析每块片状试样上的平均孔径及孔隙率。首先将每块试样沿径向分成三个区域,分别计算每块区域的平均孔径及孔隙率。根据每个区域上的测得的数据,做出片状试样径向方向上及轴向方向上的平均孔径及孔隙率曲线,由各个曲线可知,每块试样的平均孔径及孔隙率沿径向方向增大;试样的平均孔径和孔隙率在轴向方向随高度增加而减小。研究表明:用TiH2做发泡剂,ZL104合金与铝基复合材料做发泡基体可制备一种新型的SiC颗粒增强泡沫铝基复合材料,该工艺操作简单,不需要特殊工艺设备,不需要专门的增粘工艺,具有很好的发展前景。研究同时表明:泡沫材料铸锭平均孔径和孔隙率都由式样中心向式样边缘逐渐增大,另外,随着高度的增加,材料的平均孔径及孔隙率都随之减小,中心区域孔径和孔隙率减小百分率分别为35.7%、42.4%;距式样中心20mm区域孔径和孔隙率较小百分率依次为28.2%、36.5%;距式样中心40mm区域孔径和孔隙率减小的百分率依次为26.3%、33.1%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 泡沫金属的定义及结构特点
• 1.2 泡沫金属的特性及用途
• 1.3 泡沫金属制备的主要方法
• 1.4 泡沫铝技术的国内外研究现状
• 1.4.1 国外泡沫铝技术和产业的发展
• 1.4.2 国内泡沫铝技术现状
• 1.4.3 现存问题及今后研究方向
• 1.5 本课题研究的意义
• 1.6 本课题研究的具体内容
• 2 基础研究
• 2.1 纯铝或合金制备泡沫铝的工艺原理
• 2.1.1 用合金元素增粘铝熔体的基本原理
• 2.2 复合材料制备泡沫铝的工艺原理
• 2.3 发泡剂分解分析
• 2.3.1 氢化钛分解热力学
• 2.3.2 氢化钛分解动力学
• 2.4 气泡的形成原理
• 2.4.1 气泡的生成
• 2.4.2 气泡的长大与合并
• 3 SiC 颗粒增粘泡沫铝材料的制备工艺
• 3.1 试验材料的选择
• 3.1.1 基体材料
• 3.1.2 增粘陶瓷材料
• 3.2 实验装置的设计
• 3.2.1 实验研究总装图
• 3.3 泡沫材料制备工艺的实验研究
• 3.3.1 引言
• 3.3.2 实验所需材料及工艺参数的制定
• 3.3.3 泡沫材料的制备工艺过程
• 4 不同发泡温度实验结果及分析
• 4.1 第一种工艺（发泡温度为610℃）的实验结果及分析
• 4.2 第二种工艺（发泡温度为670℃）的实验结果及分析
• 4.3 第三种工艺（发泡温度为660℃）的实验结果及分析
• 4.4 第四种工艺（发泡温度为640℃）的实验结果及分析
• 4.5 实验存在的问题
• 4.6 实验结果及讨论
• 5 泡沫材料孔径和孔隙率测量结果及分析
• 5.1 三个片状试样的孔隙率分析
• 5.1.1 每块试样的实际体积测量
• 5.1.2 每块试样的理论体积计算
• 5.1.3 每块试样的孔隙率计算
• 5.1.4 每块试样径向方向上平均孔径及孔隙率分析
• 5.1.5 每块试样相同区域沿铸锭轴向方向平均孔径及孔隙率分析
• 5.2 结果讨论
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A、试样的孔径数据（单位mm）
• B、攻读硕士学位期间发表论文