闭孔泡沫Al-Cu填充铝合金薄壁管的低速冲击性能

目的研究闭孔泡沫Al-Cu填充铝合金薄壁管在低速冲击载荷下的力学及吸能性能,探究泡沫Al-Cu与铝合金薄壁管之间的交互作用。方法采用粉末冶金发泡法制备闭孔泡沫Al-Cu,并将其直接填充到铝合金薄壁管中,获得闭孔泡沫Al-Cu填充薄壁管(简称“填充管”)。采用万能电子试验机和冲击试验机对试样进行力学及吸能性能测试,采用VIC-3D系统和高速摄像机观察试样的宏观变形行为,采用扫描电子显微镜(SEM)分析试样的微观断口形貌。结果在不同冲击能量下,泡沫Al-Cu具有较稳定的吸能特性。在相同位移下,较大冲击能量下的填充管能够吸收更多能量。与薄壁管相比,受冲击后填充管的形变较小且其冲击曲线更加平稳,表明泡沫Al-Cu芯材的填入能够增强变形稳定性及整体吸能能力。与泡沫Al-Cu相比,填充管受应变率影响较小,可在较宽应变率范围内稳定吸能,较高应变率下的冲击会导致泡孔发生脆性断裂。结论填充泡沫Al-Cu芯材能够提高薄壁管受冲击载荷时的变形稳定性,两者之间的相互作用使填充管结构具有更好的吸能性能。

闭孔泡沫铝合金的力学性能和吸能能力

在闭孔泡沫铝合金压缩试验的基础上,研究了其压缩力学性能和吸能能力,提出可供工程使用的多孔泡沫金属吸能能力公式,为其工程应用提供理论支持。

球形孔通孔和闭孔泡沫铝合金的超声衰减性能

研究了球形孔通孔和闭孔泡沫铝合金在1MHz-10MHz的超声衰减性能.结果表明:泡沫铝合金的超声衰减性能决定于其孔结构;通孔泡沫铝合金的超声衰减系数a随着孔径d的减小、孔隙率Ps减小和比表面积Sv的增加而增大;闭孔泡沫铝合金的超声衰减系数a随孔径d的减小、孔隙率Ps的增加和比表面积Sv的增加而增大;当孔径d、孔隙率Ps相近时,闭孔泡沫铝合金的超声衰减性能优于通孔泡沫铝合金;在1MHz-10MHz二者是具有良好阻尼性能的轻质材料.其衰减机制为在弹性范围内超声应力波在具有大量孔隙界面的泡沫铝合金中的衰减.

孔结构参数对闭孔泡沫铝合金超声衰减性能的影响

研究了闭孔泡沫铝合金孔结构参数对其超声衰减性能的影响。结果表明:闭孔泡沫铝合金在1-10 MHz范围內是一种具有良好超声衰减性能的轻质材料。其超声衰减系数α随孔径d的减小、孔隙率Ps的增加和比表面积Sv的增加而增大。

钪锆元素增强泡沫铝合金的压缩和吸能性能

采用熔体发泡法制备孔隙率为71.5%~72.5%、孔结构均匀的泡沫Al-0.2Sc-0.17Zr合金。研究孔结构、胞壁显微组织以及等时时效对其压缩和能量吸收性能的影响。结果表明：泡沫铝合金的孔径约为1 mm，且多呈球形；初生Al3（Zr，Sc，Ti）相具有层状结构，并能有效细化铸态晶粒（尺寸约为50 μm）；在200~600 ℃等时时效过程中，泡沫试样的压缩性能随温度升高呈现先升高后下降的趋势，325和425 ℃分别表现出由Sc和Zr大量析出引起的两个明显的强度峰；时效至425 ℃时试样的能量吸收能力最强，且峰值时效附近的试样能量吸收效率均得到提高，高效阶段更持久；TEM实验结果表明，时效至425 ℃的泡沫铝试样胞壁中弥散分布着大量细小、共格的二次Al3（Sc，Zr，Ti）相，其粒径为2.1~4.1 nm，这些相能钉扎晶界，阻碍位错运动，因而能显著提高泡沫铝合金的压缩和吸能性能。

泡沫铝合金球形件的二次发泡法制备成型

采用二次发泡新方法制备具有致密表层的泡沫铝合金球形件，通过微型CT层析摄像仪对制备获得的泡沫铝合金球形件的孔结构形态进行观察和分析．研究了二次泡沫化温度和时间等参数对球形件孔结构（孔径，孔隙率）的影响，分析了球形件充型过程中的作用机理．结果表明，TiH2的二次分解是泡沫铝球形件充型驱动力，采用合适温度和时间通过二次泡沫化方法可制备孔结构均匀、具有致密表层外皮的泡沫铝合金球形件，孔隙率范围可在50．4％～93．8％变化，充型过程是同-液-气三相的共同作用．

粉末冶金发泡法制备闭孔泡沫铝研究进展

粉末冶金发泡法是一种能高效制备泡沫铝材料的方法。分析了粉末冶金发泡法制备泡沫铝的主要工艺参数,包括发泡剂的种类和处理、粉体致密化方法、发泡温度和发泡时间等。此外,讨论了合金元素和增强相对泡沫铝的显微组织和性能的影响,提出了粉末冶金发泡法现存问题以及未来的发展方向。

热处理对Ca增粘泡沫Al-Cu合金力学性能的影响

采用熔体发泡法制备闭孔泡沫Al-2.5Cu和Al-7Cu合金,添加Ca为增粘剂,TiH为发泡剂。结果表明,在200℃等温时效过程中,泡沫Al-2.5Cu合金并未出现时效强化效应,这与Al-2.5Cu合金的时效析出行为不一致。经200℃等温时效处理后,泡沫Al-7Cu合金的屈服强度随着时效时间的延长而提升,但强化效果远不及Al-Cu合金。对比研究泡沫和实体含Ca的Al-Cu合金发现,共晶Al-Cu-Ca金属间化合物均匀分布于铝基体中,导致泡沫Al-Cu合金时效强化效果不理想。因此,时效处理不能有效增强含Ca的泡沫Al-Cu合金。

闭孔泡沫铝合金的超声衰减性能

研究了闭孔泡沫合金的超声衰减性能,结果表明它在1MHz～10MHz范围内是一种具有良好超声衰减性能的轻质材料。闭孔泡沫合金的超声衰减系数α随孔径d的减小、孔隙率Ps增加和比表面积Sv的增加而增大,并分析了超声衰减机制。

泡沫Al-0.38Sc合金的力学性能和耐腐蚀性能

采用熔体发泡法制备孔隙率为48%~86%的闭孔泡沫Al-0.38Sc合金,研究Sc对闭孔泡沫铝力学性能、压缩形为和耐腐蚀性能的影响。结果表明,经适当热处理后,泡沫Al-0.38Sc合金基体中均匀析出大量纳米级Al3Sc粒子,这些粒子可有效钉扎晶界和位错,改善闭孔泡沫铝的压缩力学性能。热处理还可有效改善泡沫Al-0.38Sc合金的耐腐蚀性能,经热处理后的泡沫Al-0.38Sc试样自腐蚀电流与Nyqusit曲线半径与泡沫铝基本相当,这表明加入适量的Sc并配合适当热处理,可有效提高泡沫Al-0.38Sc合金的力学性能和耐腐蚀性能。

含Sc、Zr泡沫铝合金的压缩和能量吸收性能

以孔隙率为71.5%-72.5%的泡沫Al-0.16Sc-0.08Zr合金为研究对象（熔体发泡法）,研究了等时时效对泡沫铝压缩力学性能和能量吸收性能的影响。结果表明,泡沫铝合金孔多呈球形,孔径约为0.9mm;由于Zr添加量较少,基体中并未发现初生Al3（Zr,Sc）相析出;试样经200-600℃等时时效,随时效温度升高,其压缩强度先增加后降低,时效至400℃的试样压缩屈服强度和能量吸收能力最强;时效处理会导致胞壁塑性下降,影响试样屈服平台过程,其能量吸收效率得到显著提高,且高效阶段更持久。TEM结果表明,等时时效至400℃的试样胞壁中弥散分布着大量纳米级共格Al_3（Sc,Zr,Ti）相,粒径为2.9-4.8nm。这些纳米相能钉扎晶界,阻碍位错运动,改善其压缩和吸能性能。