发泡时间与发泡温度对泡沫铝气泡半径的影响.pdfVIP

材料热处理技术年 月 发泡时间与发泡温度对泡沫铝气泡半径的影响 潘晓亮 高 芝 ,易荣喜,谢世坤, .井冈山大学工学院,江西 吉安 ; .哈尔滨工业大学 材料科学与工程学院.黑龙江哈尔滨 摘 要:采用相同工艺参数,分别通分过理论计算和实验分析获得了发泡时间与发泡温度对泡沫铝气泡半径的影 响规律。随着发泡时间从延长至,理论计算的气泡半径值从 . 增大至 .;而实验获得的气泡半径 值则从. 咖 增大到 .,且增大的趋势明显减缓。当发泡温度从 升高至 时,理论计算的气泡半径 从 .增大到 . ;实验获得的气泡半径值则从 .增大到 . ,且增大的趋势也明显减缓,理论计 算值约为实验获得值的/ 。 关键词:泡沫铝;理论计算;发泡时间与发泡温度 中图分类号: 文献标识码: 文章编号: . .. ,, ,. , ;. ,, : . , .. , . . , . ’. 衄 . . .. . .: ; ; 泡沫铝是一种结构一功能材料,具有质轻、吸 目前对泡沫铝制备工艺的研究就是围绕着如何 能、吸音、耐高温及可回收等特性,在航空航天、建 获得满足性能要求的孔结构而进行的 。影响泡沫 筑、汽车、船舶、机械和包装等行业都有巨大潜在应 铝孔结构演变的工艺因素有很多。其中控制好发泡 用【 】。自 世纪中叶开始【】,世界各国都竞相投入 时间和发泡温度.就可能获得满足性能要求的泡沫 到泡沫铝的研究与开发之中,然而,到目前为止,泡 铝。因此,对其进行深入研究而获得对泡沫铝产品的 沫铝产品还未取得广泛应用。制约其发展的因素有 推广与应用具重要现实意义。 很多,其中一个重要因素是制备工艺的不稳定,即孔 通过实验研究发泡时间和发泡温度对泡沫铝孔 结构如气泡的大小、形状、分布以及开闭等无法有 结构演变的影响面临以下困难:实验温度高,不好操 效控制,最终导致泡沫铝产品的相关性能也不稳定嘲。 作;持续时间短,不好控制;装置不透明,无法直接观 察:通过不同工艺下冷凝实验样品来研究气泡演变 收稿日期: .存在着凝固误差、测量误差等一系列误差。因此,仅 基金项目:国家自然科学基金资助项目 锨江西省教育厅青年科 通过实验方法很难准确找到发泡时间和发泡温度对 学基金项目;井冈山大学自然科学项目泡沫铝孔结构演变的影响规律;而理论分析则不受 作者简介:潘晓亮一,男,安徽萧县人,讲师,博士研究生,主要从事 泡沫金属的制备、表征及孔结构理论分析的研究; 上述困难的束缚,既节省原料,又可简化实验探索过 电话:; : . 程。所以将理论分析与实验探索有机结合起来,使之 通讯作者:高芝一,女,山西文水人,讲师,主要从事泡沫金属的制 相互验证,这对揭示发泡时间和发泡温度对泡沫铝 备、表征及孔结构理论分析的研究;电话:; 孔结构演变的影响规律是很有意义。 . : . ,. , . 材料热处理技术 年 月一/. /. 【/.根据式 ,则得到 的表达式:将式、 代人到式,将它写成矩阵形 式。得到: 根据式,可得到的表达式:【一~,.日 【 一 鲁:【 /誓 一一/ /. /. 『. 争 由式 可得到: 将式 式 代入到式 ,得到: 一 . 』 丁 等 一 将式 代人到式 ,再结合假设②满足西华 特定律 、/ ,去掉参数 ,得到: 一 底手 一等一肛 丁鲁 其中: 为气液界面处气相的质量百分浓度; 为西 华特常数。 其中: 为表面张力, 为气泡内压强, 为海岛模 . . 扩散质量守恒方程 将式 代入到式,再对式 边从单位时间内,某种溶于控制体液相中的气相物 到 积分,并代人边界条件式,得到: 质因发生扩散而导致气相质量的变化量 等于通 过控制体表面的气相扩散通量 和。表示为:等 』一 .,?元单位时间内溶于液相中气相的质量变化量等于 :两丁 液相中气相的浓度变化率,表示为: 其中: , 为常数,由实验测定;. 为变形速率张量; 等 根据假设①及式 ,变形速率张量在球坐标系 将式中一的面积积分变为体积积 分,结合菲克扩散定律,得到: 一 : 一 . 其中: 为扩散系数。 结合式 、 和,式 在球坐标系中 方将式 代入式,得到: 向展开,得到, , . , . 下半月出版 材料热处理技术 式 很复杂,得到精确解是非常困难的。可从 鲁 式 中提取数量级较大的项求解得到近似解进行 和 采用加权残数法 讨论问题,综合各因素,将式 简化整理,得到:,得到了 , 的近似解 。根据该近 宠等矗一似解结合泡沫铝发泡特点,得到: 鱼 一』? 。 边界条件,当 时, : 。, : ,得到式 的解析解: 其中: 为海岛模型外壳处质量百分浓度; 为气 泡内气相初始密度; 。为气泡的初始半径。 肛