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为满足航天、航空等高技术领域对泡沫金属的多样化需求,泡沫铝合金研究已成为前沿研究热点之一。在常用合金元素巾,Zn元素可显著提高铝合金的阻尼特性、Mg元素的加入可改善铝合金的耐蚀性、Cu元素可提高铝合金的强度,为此木文在熔体发泡法制备泡沫铝的基础上,初步提高并研究了Zn、Mg、Cu等合金元素对铝熔体泡沫宏观稳定性的概念及影响,以及泡沫Al-Zn-Mg-Cu合金的制备和力学性能。
本文首先研究了泡沫Al-Zn合金的合金化方法,并对泡沫Al-Zn合金进行微观组织分析,结果表明,泡沫Al-Zn合金中含有Al0.403Zn0.597、Al2Ca和CaZn13的中间化合物,Zn元素对熔体泡沫宏观稳定没有不良影响,可获得均匀稳定的泡沫结构。随着Zn含量的增加,屈服平台应力增大,能量吸收能力增强。
其次本文研究了泡沫Al-Mg合金的合金化方法,并对泡沫Al-Mg合金的微观组织进行分析,结果表明,泡沫Al-Mg合金中含有Al2Mg、Al2Ca和Al4Ca的中间化合物,Mg元素对熔体泡沫宏观稳定没有不良影响,可获得均匀稳定的泡沫结构。
然后本文研究了泡沫Al-Cu合金的合金化方法,并分析了泡沫Al-Cu合金的微观组织,结果表明,泡沫Al-Cu合金中含有Al2Cu、Al2Ca和Al4Ca的中间化合物,Cu元素对熔体泡沫宏观稳定没有不良影响,可获得稳定的泡沫结构。
不同合金元素(Zn、Mg、Cu)在二元铝合金泡沫化过程中形成多种中间化合物,这些中间化合物在铝熔体中的大量弥散分布,增大了搅拌过程中的剪切力,使表观黏度快速上升,同时降低了铝合金熔体的流动性,改变了熔体的表面张力,在熔体中形成了第二相颗粒空间网络,从而达到稳定泡沫的作用。
在Zn、Mg、Cu元素研究的基础上,对多组元泡沫Al-Zn-Mg-Cu合金的合金化、宏观稳定性及力学性能进行了分析,结果表明,加入少量的增黏剂Ca,泡沫Al-Zn-Mg-Cu合金形成比较稳定的颗粒尺寸较大的化合物CaCu.60Zn.40及Ca2Mg6Zn3,消耗了大量的Ca,使得缺乏足够的Ca元素来保持熔体泡沫稳定,随着Ca含量的增加,Al-Zn-Mg-Cu合金泡沫趋于稳定可控。多组元泡沫Al-Zn-Mg-Cu合金的压缩平台阶段呈现明显的脆性断裂,弹性极限明显大于二元泡沫铝合金的。泡沫Al-Zn-Mg-Cu合金的能量吸收能力及能量吸收效率大于二元泡沫铝合金的,且在宽应变范围内可获得高的吸能效率,