泡沫铝制备工艺及其压缩性能研究

论文摘要

泡沫铝能将多种优良性能结合在一起,例如低密度、高强度、低热导率、低磁导率和良好的阻尼性能,在结构材料和功能材料领域都能发挥重要的作用,具有广阔的应用前景。本文采用熔体发泡法制备泡沫铝,通过实验优化工艺参数,并研究其压缩性能。实验以纯铝为原料,金属钙为增粘剂,300℃氧化预处理2小时的氢化钛为发泡剂,并加入少量的镁以减少无泡层,成功制得孔结构较好的泡沫铝试样。设计正交试验,以孔隙率和孔均匀性为考察指标,研究增粘剂的加入量,发泡剂的加入量、发泡剂的加入温度、发泡搅拌时间、保温时间对泡孔结构的影响。实验表明增粘剂的加入量和发泡剂的加入温度是影响孔结构的主要因素,因此增粘过程是该制备工艺的关键。本实验条件下熔体发泡法制备泡沫铝的最佳工艺参数及流程为：在7300C的铝熔体中加入3.5%的Ca,0.5%的Mg,800r/min搅拌10min提高粘度,在680℃时加入0.3%经过300℃2小时氧化预处理的TiH2，1000r/min搅拌40s使发泡剂分散均匀,随炉保温30s后空冷。所制备的泡沫铝样品孔隙率控制在70%～80%,孔结构均匀。在压缩试验中,试样的应力—应变曲线表现为三阶段变形特征。孔隙率对其压缩性能和能量吸收性能有很大影响。孔壁上的褶皱缺陷会促进裂纹的形成与扩展,并导致脆性断裂,对试样的压缩性能及能量吸收性能有不利影响。压缩断口表现为韧性断裂和脆性断裂的混合特征,裂纹沿晶界扩展。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 泡沫铝研究历史及发展现状
• 1.3 泡沫铝的制备方法
• 1.3.1 闭孔泡沫铝的制备方法
• 1.3.2 开孔泡沫铝的制备方法
• 1.4 泡沫铝的性能
• 1.4.1 能量吸收性能
• 1.4.2 吸声性能
• 1.4.3 热学性能
• 1.4.4 电磁屏蔽性能
• 1.4.5 通透性能
• 1.4.6 能量转换性能
• 1.5 泡沫铝的应用
• 1.5.1 泡沫铝作为结构材料的应用
• 1.5.2 泡沫铝作为功能材料的应用
• 1.6 熔体中气泡的形成与演化
• 1.6.1 熔体中的单独气泡
• 1.6.2 气泡在熔体中上浮
• 1.7 本文的研究目的和研究内容
• 2 泡沫铝的制备及结构表征
• 2.1 引言
• 2.2 泡沫铝的制备
• 2.2.1 镁的加入对无泡层厚度的影响
• 2.2.2 发泡剂种类对孔结构的影响
• 2.2.3 发泡剂预处理方式对孔结构的影响
• 2.2.4 冷却方式对孔结构的影响
• 2.3 泡沫铝的结构表征
• 2.3.1 孔隙率
• 2.3.2 泡孔均匀性
• 2.4 本章小结
• 3 泡沫铝制备工艺优化
• 3.1 引言
• 3.2 实验过程
• 3.3 直观分析
• 3.4 方差分析
• 3.5 各因素对孔隙率和孔均匀性的影响
• 3.5.1 增粘剂的加入量对孔隙率和孔均匀性的影响
• 3.5.2 发泡剂的加入量对孔隙率和孔均匀性的影响
• 3.5.3 发泡剂的加入温度对孔隙率和孔均匀性的影响
• 3.5.4 搅拌时间对孔隙率和孔均匀性的影响
• 3.5.5 保温时间对孔隙率和孔均匀性的影响
• 3.6 综合分析
• 3.7 本章小结
• 4 泡沫铝压缩性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 试样制备及表征方法
• 4.2.1 压缩试样制备
• 4.2.2 测试设备
• 4.2.3 压缩性能表征
• 4.3 闭孔泡沫铝静态压缩试验结果
• 4.4 闭孔泡沫铝静态压缩变形机理
• 4.4.1 弹性变形阶段
• 4.4.2 坍塌变形阶段
• 4.4.3 致密化阶段
• 4.5 断裂机理分析
• 4.6 能量吸收性能
• 4.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢