二次发泡法制备ZL102泡沫铝及夹芯板基础研究

作     者：陈尧 

作者单位：太原科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：黄闻战

授予年度：2024年

学科分类：07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0702[理学-物理学] 

主      题：ZL102泡沫铝 泡沫铝夹芯板 二次发泡 SiC含量 力学性能 

摘      要：泡沫铝是一种低密度,高比强度的轻质材料,分为开孔和闭孔两种,具有良好的隔声、隔热和吸能性能。泡沫铝夹芯板（Aluminum Foam Sandwich,AFS）是将两层高强度金属板与泡沫铝以物理/化学方式贴合的复合结构材料,具有广泛的应用潜力。但制备时易发生孔洞大小和分布难控,发泡与孔结构稳定性较差,力学性能不佳等问题。为提高泡沫铝及AFS发泡与孔结构稳定性,降低制备难度,改善力学性能。本文主要研究了二次发泡（TSF）法制备ZL102泡沫铝及夹芯板制备工艺及相关性能,并对内在机制进行详细阐述。选取不同SiC含量（1-8wt.%）和不同发泡温度（660-720℃）作为参考变量,表征了不同参数条件下TSF法制得的泡沫铝宏观结构和微观组织,阐明了不同SiC含量泡沫铝在不同发泡温度下的孔结构演变规律,以及SiC含量和二次发泡工艺参数如何影响压缩性能的具体路径。工艺优化后制备的泡沫铝成型率高,孔结构良好,抗压缩性能优异。此外,通过优化的泡沫铝制备工艺并结合热轧工艺,改变轧制参数,实现了1060铝板和ZL102泡沫铝的高强度冶金结合,成功制得界面结合强度高且抗弯曲性强的AFS,并确定出最优制备参数。研究发现: 1、在相同SiC含量下,提高二次发泡温度能增大泡沫铝孔径,薄化孔壁,减少孔数,利于孔隙率增大。在相同二次发泡温度下,1-4wt.%SiC泡沫铝黏度低,孔结构稳定性差,发泡时易发生孔壁合并破裂,孔隙率随黏度升高而增大,但不超过76%;8wt.%SiC泡沫铝黏度过高,气孔生长困难,但孔隙率可超77%。它们的孔径和孔壁厚度均随黏度升高而减小。6wt.%SiC泡沫铝黏度适宜,孔结构稳定,孔径大且壁薄,孔隙率超80%。 2、适当增加泡沫铝的SiC含量可提高其内部颗粒分布均匀性、基体硬度、熔体黏度和孔结构稳定性,优化孔径和孔壁分布并强化抗压结构。SiC含量为6wt.%且二次发泡温度为680℃时,泡沫铝孔隙率超80%,抗压缩性能强,吸能效率达到13.697MJ/m3。 3、AFS的抗弯曲和吸能能力受SiC含量、面板厚度、孔结构和界面结合强度共同影响。适量SiC颗粒、增大轧制温度和压下量,能优化界面结合区元素扩散长度和颗粒密度,提升AFS界面结合强度。同时,能优化芯材内SiC颗粒分布性和尺寸,增强芯材硬度、强度和塑性,进一步提高孔结构稳定性,从而提升了抗弯曲性能,降低了制造复杂度。 4、本研究最优AFS制备参数:轧制温度530℃,轧制压下量60%,面板厚度1mm,芯材SiC含量6wt.%。优化后AFS界面具有良好冶金结合,元素扩散超500μm,芯材内SiC颗粒细化且分布均匀性高,孔结构稳定,在三点弯曲试验中表现出较均匀的受力分散,最大试验力3.15k N,可吸能24.63J,失效模式为塑性变形和芯材剪切破坏。