泡沫铝前驱体热处理泡沫膨胀的影响和最终的泡孔结构.docVIP

泡沫铝前驱体热处理：泡沫膨胀的影响和最终的泡孔结构 摘要 通过粉末冶金法生产的泡沫铝产生了一种初步的–各向异性–半固态膨胀，对起泡性能和最终的泡孔结构产生不利影响。目前工作提出的一种方法是改变前驱体的微观结构以克服这个问题。他的原理是在低于固相线温度下进行热处理，并且目前已经应用于Alulight公司（奥地利）的AlSi10 (0.8 wt.%TiH2)的商业前驱体生产。实验结果表明，热处理后的前驱体材料的微观结构变化显著。然后，这些变化使半固态扩展变少且更加平滑，提高了最终泡孔结构的质量，使较高处的泡孔更充实且缺陷数量减少。 简介 在所有生产泡沫铝的方法（Banhart（2001））中，粉末冶金法 (Yu et al. (1998))是研究最深，商业化最好的。然而，这种方法在固态和半固态时的初步各向异性膨胀会对起泡性能产生不利影响，因而影响到最终的泡孔结构。这种早期的膨胀主要是由于发泡剂的分解温度与铝（或其合金）的熔点之间的不一致造成的，它使细长的裂纹在固态前驱体材料中产生，使泡孔发生各向异性并使最终泡孔产生缺陷。此外，最近还发现这些裂缝，及其演化（膨胀），与前驱体材料微观结构的各向异性直接相关，包括在粉末压制过程中（Lazaro et al. (2013))。 过去几年内提出了一些举措以抑制或降低初始膨胀（采用低熔点合金（lehmhus与Busse（2004）），预处理TiH2(Matijasevic-Lux 等 (2006))，真空压制(Jimenez 等 (2009))等等）及/或各向异性(各向同性的处理(Weise等. (2003))，压力发泡(Garcia-Moreno与Banhart (2007)), 等)。他们都显著的改善了前驱体的发泡性和细胞结构的质量。然而，这些方法并不是他们的最终解决方案，而事实上，考虑在工业规模化生产时，他们也存在一定的局限性。因此，为了克服上述问题，在粉末冶金法上需要有其他可能的方法去考虑和分析。粉末冶金行业（并非泡沫行业）公认的退火（热处理）可以使材料趋于均匀化，改善微观结构使压实材料的微观粒子结合的更紧密(Jones (1960))。然而，这一想法在泡沫铝前驱体上尚未进行应用或深入的研究，可能与控制TiH2早期分解困难有关。 为此，本次研究是第一次估计后处理技术在以下方面的效果：泡沫铝前驱体的微观结构， 的前驱体的发泡能力和泡沫产生的泡孔结构的质量。 实验 2.1.材料 泡沫铝的前驱体在本次实验中采用的是由alulight公司提供（奥地利）条型挤压式（ES），截面为20x5 mm2。由 Al和Si 的混合物粉体（10 wt.%）制成，含有0.8wt.%的TiH2粉。 2.2热处理 每次热处理，将前驱体条（长15cm）在特定温度特定时间下放入预热炉加热。然后前驱体从加热炉中取出并冷却至室温。热处理的温度选择范围从400oC到575oC?，保温时间为0.25小时到10小时。它可以接近该合金的固相线温度（577oC）但不能达到，从而保持前驱体的固体状态。随处理温度升高，保温时间减少。通过这样做，我们可以避免过多的气体产生（和/或可能的损失）和由于材料的过度软化而导致的过早膨胀。 2.3表征 热处理后，为了探究宏观上（孔隙度），中观上（裂纹）以及微观上（晶体结构的变化）可能的变化对前驱体进行分析。利用X射线分析样品的发泡能力(Garcia-Moreno等(2004))，以及泡孔结构的质量。 结果与讨论 3.1.对前驱体微观结构的影响 3.1.1.初始孔隙度 热处理首先也是最明显的变化是前驱体的密度，图1显示每次热处理后测量得到的孔隙度（ (1 -
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s)。可以看到当低于或接近500oC时前驱体的孔隙度很低，相当于原始材料。然而，随着处理温度的增加，孔隙率增大，较高的温度下这种趋势更加明显（高边坡）。可以预期的是，在固相线温度之间（565和575oC），泡孔膨胀非常快，可以得到发泡材料（P??30%）。为了看到明显的趋势，一些错误的线没有加入这张图，它们的孔隙率在1-4%左右。表明了对同一参数进行不同实验处理的高重复性。 3.1.2.裂纹的产生 因为TiH2在固态基体中分解而导致了裂纹的产生，进而导致了密度变化。(Lazaro等(2013))。经过四种不同的处理（2种温度和2种时间）后的裂纹呈现在图2。 低处理温度（高达535oC）的裂纹在挤压方向生长（图2a）。裂纹倾向随着保温炉内时间的延长而增大，但保持细长的形状（图2b）（Lazaro等（2013））。但是，当处理温度接近合金的固相线温度时，裂缝的形态完全变化。可以发现，一些较小的裂纹倾向吸收变成更小的圆形裂纹（有的标示在图2c）。当保温时间增加时更加明显（图2d）。 这些变化可以理解为接近固相线温度时前驱体材料机械性能的降低。可以