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開孔泡沫鋁制備及其性能研究（一）

摘要

開孔泡沫鋁是一種應(yīng)用前景廣泛的新型結(jié)構(gòu)和功能材料。研究和開發(fā)高孔隙率、孔結(jié)構(gòu)均勻，同時(shí)具備高比強(qiáng)度的開孔泡沫鋁，是該研究領(lǐng)域備受關(guān)注的課題之一。本文采用石膏型熔模鑄造的方法制備高孔隙率開孔泡沫鋁，并且通過合金化、變質(zhì)處理和T6熱處理的處理方式提高開孔泡沫鋁基體強(qiáng)度，從而制備出高孔隙率及高比強(qiáng)度的開孔泡沫鋁。研究了高孔隙率及高比強(qiáng)度開孔泡沫鋁的制備工藝、準(zhǔn)靜態(tài)壓縮性能以及石膏型熔模法制備的夾芯圓管的壓縮性能。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下：

(1)研究了用聚氨酯海綿為母體制備石膏型預(yù)制塊的工藝。獲得了最佳的石膏型預(yù)制塊的配料成分范圍(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為：石膏65%~75%，硫酸鎂15%~25%，鋁礬土5%~10%；石膏型預(yù)制塊的焙燒工藝采用逐級(jí)升溫、分段保溫并隨爐冷卻，可制備出具有較高強(qiáng)度的可溶性石膏型預(yù)制塊。

(2)研究了用石膏型預(yù)制塊滲流法制備開孔泡沫鋁的工藝，結(jié)果表明：滲流過程需要控制的主要因素是預(yù)制塊的預(yù)熱溫度、鋁液的澆注溫度和滲流壓力。其最佳的參數(shù)范圍是：預(yù)熱溫度450C~580C，澆注溫度700C~780C，滲流氣壓0.3MPa~0.5Mpa。能夠制備出孔結(jié)構(gòu)均勻的開孔泡沫鋁，其孔隙率范圍為85%~93.5%。

(3)研究了不同開孔泡沫鋁合金的壓縮性能，結(jié)果表明：高孔隙率開孔泡沫鋁的壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線包括彈性段、塑性坍塌段和致密化段，且其塑性坍塌段長(zhǎng)而平緩，表現(xiàn)為在較大應(yīng)變范圍內(nèi)流動(dòng)應(yīng)力保持基本不變；泡沫ZL101鋁合金的壓縮力學(xué)性能和吸能性能優(yōu)于泡沫ZL102鋁合金，泡沫純鋁的力學(xué)性能和吸能性能較差。

(4)研究了變質(zhì)處理和T6熱處理對(duì)泡沫ZL101鋁合金組織、力學(xué)性能及吸能性能的影響，結(jié)果表明：通過變質(zhì)處理能夠有效細(xì)化ZL101鋁合金的基體組織中的Si相形貌；變質(zhì)處理與T6熱處理相結(jié)合的處理方式能夠有效提高泡沫ZL101鋁合金基體硬度、壓縮力學(xué)性能和吸能性能，其硬度值提高了41%，屈服強(qiáng)度可達(dá)0.23454MPa，比強(qiáng)度可達(dá)0.82X10^-3MPa.m³/kg，理想吸能效率可達(dá)85%左右。

(5)研究了開孔泡沫鋁夾芯圓管的壓縮力學(xué)性能及吸能性能，結(jié)果表明：石膏型熔模法制備的泡沫鋁夾芯圓管較食鹽粒子所制備的泡沫鋁夾芯圓管，重量上減輕了42.3%，其比強(qiáng)度可達(dá)0.1237MPa.m³/kg，比吸能可達(dá)19.39J/g。