稀土在泡沫铝合金中的应用及作用机理

论文摘要

稀土泡沫铝是一种新型的多功能复合材料,具有很好的应用前景。在铝合金中加入稀土可使材料强度提高。稀土元素的变质、微合金化及细化晶粒作用,可显著改善铸造合金的工艺性能和变形合金加工性能。本文以高强度稀土泡沫铝为研究对象,采用熔体发泡工艺,通过在熔融铝硅合金中加入混合稀土La-Ce,研究稀土元素与铝硅合金反应的热力学条件及微观作用机理;研究稀土元素在泡沫铝合金中的强化机理。在AL-Si合金材料中加入适量的混合稀土La-Ce（0.45wt%）后,通过X射线物相分析和带能谱的扫描电镜分析发现:稀土与铝硅合金形成许多强化相AL12Si4O10（OH）2相、CeCu4AL8相和含稀土元素的新相(AL11RE3)。同时稀土的细化晶粒作用,使强化相的形状、尺寸发生变化,粒子的尺寸变得比较细小,且呈弥散分布。这些综合作用导致了多孔材料综合性能的提高,如发泡后的孔壁抗变形能力增强。实验结果显示:当铝硅合金中稀土的添加量在0.25wt%～0.55wt%时,稀土主要起变质、微合金化和细化作用,铝硅合金中共晶硅颗粒细化明显。通过试验测试,当稀土含量为0.45 wt%时,稀土泡沫铝的密度为0.67g/cm3;孔隙率为91.3%;泡沫铝的屈服压强度为13.6 MP。实验对稀土添加添加量、发泡剂量、发泡温度等一系列工艺参数进行了优化,得出最佳工艺条件是:稀土添加量为0.45wt%、发泡温度680℃、发泡剂含量1.5wt%、搅拌时间3min、保温时间10min。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 泡沫金属的潜在用途
• 1.2 泡沫金属某些性能指标可产生的量值
• 1.3 泡沫金属的性能表征和测试方法
• 1.4 泡沫铝的国内外研究动态
• 1.5 课题的科学意义和应用前景
• 第二章 实验材料、设备及方法
• 2.1 实验选用的材料与主要设备
• 2.2 材料的选择及成分设计
• 2.3 铝合金熔体的发泡工艺
• 2.4 正交实验设计
• 2.5 实验原则
• 2.6 实验的主要内容
• 第三章 稀土在泡沫铝中的作用机制
• 3.1 稀土元素及其性质
• 3.2 稀土在材料中的作用
• 3.3 稀土对泡沫铝硅合金基体组织和性能的影响
• 3.4 稀土的添加形态和添加方式的探讨
• 3.5 本章小结
• 第四章 实验结果及分析
• 4.1 实验测试
• 4.2 正交实验结果
• 4.3 不同发泡剂的泡沫铝合金
• 4.4 稀土泡沫铝的物相分析及其性能测试
• 4.5 稀土对铝硅合金熔体粘度的影响
• 4.6 添加稀土对泡沫铝孔结构的影响
• 4.7 稀土泡沫铝产生密度梯度的分析
• 4.8 本章小结
• 第五章 稀土的热力学性质及在泡沫铝中的作用
• 5.1 稀土元素的热力学特性和微观机制
• 5.2 稀土元素与金属间的热力学计算公式
• 5.3 稀土泡沫铝的微观结构及稀土的分布
• 5.4 本章小结
• 第六章 熔体发泡过程热力学分析
• 6.1 对发泡剂分解热力学分析
• 6.2 气体在液固相共存时的形核
• 6.3 气泡运动热力学分析
• 6.4 气泡稳定性分析
• 6.5 小结
• 第七章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录