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规则多孔铜的拉伸性能及其各向异性

中国有色金属学报 2011年第5期21卷 1045-1051页

作者：彭震杨天武李再久黎振华金青林周荣昆明理工大学材料科学与工程学院昆明650093

采用固-气共晶定向凝固的方法制备规则多孔铜,研究其室温拉伸性能的各向异性和气孔率对拉伸力学性能的影响,建立表征抗拉强度与气孔率和拉伸方向相关的数学模型。结果表明:规则多孔铜的拉伸性能主要取决于材料的气孔率和拉伸方向;随着... 详细信息

采用固-气共晶定向凝固的方法制备规则多孔铜,研究其室温拉伸性能的各向异性和气孔率对拉伸力学性能的影响,建立表征抗拉强度与气孔率和拉伸方向相关的数学模型。结果表明:规则多孔铜的拉伸性能主要取决于材料的气孔率和拉伸方向;随着气孔率的增大,规则多孔铜的拉伸性能明显下降;规则多孔铜拉伸性能呈各向异性特征,0°方向性能最好,45°方向的次之,90°方向的最差;各拉伸方向的实验数据与模型数据吻合良好。断口分析表明:规则多孔铜呈韧性断裂,拉伸断裂从孔壁处开始,最终因颈缩导致完全断裂。

关键词：规则多孔铜各向异性力学性能气孔率应力集中

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规则多孔铜气孔稳态生长研究

热加工工艺 2013年第24期42卷 93-95,98页

作者：杨天武李再久金青林蒋业华周荣昆明理工大学材料科学与工程学院云南昆明650093

在氢气或氢气和氩气混合的高压气氛中,采用定向凝固技术制备了规则多孔铜。定向凝固时晶体沿热流方向向上生长,凸向液相。由于气泡生长不会产生分叉,气泡稳态生长时,其生长只能以3种方式进行,即收缩生长气泡变小、平行生长气泡不变、膨... 详细信息

在氢气或氢气和氩气混合的高压气氛中,采用定向凝固技术制备了规则多孔铜。定向凝固时晶体沿热流方向向上生长,凸向液相。由于气泡生长不会产生分叉,气泡稳态生长时,其生长只能以3种方式进行,即收缩生长气泡变小、平行生长气泡不变、膨胀生长气泡变大。比较三种生长方式的界面能,球冠夹角相同时,界面能由大到小依次为膨胀生长>收缩生长>平行生长。同时平行生长也能满足气泡在液-固界面前的力学平衡,说明中心上凸两侧平行向上的平行生长是符合的生长方式。试样中也证实了此生长方式的存在。

关键词：规则多孔铜定向凝固气孔平行生长

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规则多孔铜热膨胀性能的研究

功能材料 2011年第B4期42卷 341-345页

作者：岳珊杨天武李再久金青林周荣昆明理工大学材料科学与工程学院云南昆明650093

在氢气或氢气和氩气的混合高压气氛中，采用定向凝固技术制备了规则多孔铜材料。测试了不同气孔率的规则多孔铜在平行和垂直气孔方向上的热膨胀系数；研究了气孔、气孔方向和气孔率对其热膨胀系数的影响规律，并对其规律做了理论预测。... 详细信息

在氢气或氢气和氩气的混合高压气氛中，采用定向凝固技术制备了规则多孔铜材料。测试了不同气孔率的规则多孔铜在平行和垂直气孔方向上的热膨胀系数；研究了气孔、气孔方向和气孔率对其热膨胀系数的影响规律，并对其规律做了理论预测。结果表明，规则多孔铜的热膨胀系数随着温度升高先急剧增大到一定值后趋于平稳；温度在40～130℃，气孔中存在闭孔时，规则多孔铜的CTE值随气孔率的增大而缓慢增大，且比纯铜时略大；当气孔主要以通孔形式存在时，气孔率与孔径的比值越大，规则多孔铜的CTE值越低。温度〉130℃时，规则多孔铜的热膨胀系数与纯铜的几乎相同，气孔的存在对铜的膨胀无明显影响。

关键词：定向凝固规则多孔铜气孔率热膨胀系数

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规则多孔铜气孔结构对其传热性能的影响

规则多孔铜气孔结构对其传热性能的影响

作者：岳珊昆明理工大学

学位级别：硕士

在氢气或氢气和氩气的混合高压气氛中,采用定向凝固技术制备的规则多孔铜材料,具有定向排布长而直的气孔,其高的渗透性和大的比表面积,可以极大增加流体与热沉材料的接触面积,提高散热效果。为此,论文以多孔铜基金属材料在信息技术、航... 详细信息

在氢气或氢气和氩气的混合高压气氛中,采用定向凝固技术制备的规则多孔铜材料,具有定向排布长而直的气孔,其高的渗透性和大的比表面积,可以极大增加流体与热沉材料的接触面积,提高散热效果。为此,论文以多孔铜基金属材料在信息技术、航空航天领域广泛应用的热沉为背景,开展了多孔铜的制备及相关热学性能方面的基础研究。结果如下：采用铸型下移定向凝固法制备了不同气孔率、不同孔径且气孔分布较均匀的规则多孔铜铸锭。对不同气孔率沿平行和垂直气孔方向的热膨胀系数（CTE）研究表明：CTE随温度的升高先急剧增大后趋于稳定值。温度在40～130℃,气孔中存在闭孔时,CTE值随气孔率的增大而缓慢增大,且比纯铜时略大;当气孔主要以通孔形式存在时,气孔率与孔径的比值越大,CTE值越低;温度大于130℃时,规则多孔铜的CTE值与纯铜的几乎相同,气孔的存在对铜的膨胀无明显影响,可以作为热沉用材料。关于流体流经实验件流动特性的研究表明：在相同的气孔率下,较小的气孔尺寸会产生较大的压差;气孔率和孔径对流动的影响随流量的增加而变大。采用圆管内层流和固体填充层内流动均可应用于规则多孔铜翅片结构,雷诺数在30前后时,摩擦阻力系数随Re数的变化关系出现转变,研究此区域的流体流动特性非常必要。关于不同实验件传热特性的研究表明：同一气孔率下,定流速时,翅片气孔孔径越小,测得的传热系数值越大;定直径定流速时,翅片气孔率大的试样对应的传热系数值较大。当气孔率为46.8%,平均孔的直径大小为0.416mm,冷却水流速为0.037m/s时,测得的传热系数达到最大值32000W/（m2K）,是传统管翅式热沉的4倍。雷诺数对热沉传热性能的影响较显著,热沉的热阻随泵功率的增加先急剧降低后趋于平稳,当泵功率达到一定值时,依靠增大泵功率已不能有效的提高传热效果。

关键词：规则多孔铜热膨胀系数热沉压差传热

定向凝固规则多孔铜的凝固传热及凝固层厚度分析

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铸造技术 2013年第2期34卷 174-177页

作者：杨天武李再久金青林蒋业华周荣昆明理工大学材料科学与工程学院云南昆明650093

在氢气或氢气和氩气混合的高压气氛中,采用定向凝固技术制得规则多孔铜。根据定向凝固特点,建立了该工艺凝固过程中的传热模型。在凝固区一维热平衡条件下,推导了凝固层厚度与凝固时间的关系,得到了与经典平方根定律相同的公式。同时对... 详细信息

在氢气或氢气和氩气混合的高压气氛中,采用定向凝固技术制得规则多孔铜。根据定向凝固特点,建立了该工艺凝固过程中的传热模型。在凝固区一维热平衡条件下,推导了凝固层厚度与凝固时间的关系,得到了与经典平方根定律相同的公式。同时对凝固系数和凝固时间进行了验证。结果表明公式正确有效。

关键词：规则多孔铜定向凝固传热模型平方根定律凝固时间凝固系数

基于逆向工程的规则多孔铜力学性能的有限元仿真

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基于逆向工程的规则多孔铜力学性能的有限元仿真

作者：古航贞昆明理工大学

学位级别：硕士

金属-气体共晶定向凝固技术可以制备出一种气孔呈圆柱状定向分布于金属基体中的规则多孔金属。这种规则多孔金属不仅具有传统多孔金属密度低、高刚度、减震吸音等性能特点,还具有传统多孔金属所不具备的性能优势,如小的应力集中、各向... 详细信息

金属-气体共晶定向凝固技术可以制备出一种气孔呈圆柱状定向分布于金属基体中的规则多孔金属。这种规则多孔金属不仅具有传统多孔金属密度低、高刚度、减震吸音等性能特点,还具有传统多孔金属所不具备的性能优势,如小的应力集中、各向异性等,因而引起了学界的广泛关注。对于规则多孔金属的力学性能,学界建立了很多模型进行研究,但这些模型都太理想化,会带来很大的误差。有鉴于此,本文以金属-气体共晶定向凝固技术制备的规则多孔铜的力学性能为研究对像,采用逆向工程技术重构出规则多孔铜的三维形貌,并将三维形貌转化为有限元模型进行仿真。探讨了气孔形貌、气孔分布和加载方向对规则多孔铜力学性能的影响,并将仿真结果与理想模型仿真数据和实验数据进行了对比,增强说服力。研究表明:逆向重构模型仿真数据比理想模型仿真数据更吻合真实情况。对于拉伸仿真,在颈缩发生之前和相同应变的情况下,逆向模型所预测的应力值与实验数据几乎相等,而理想模型所预测的应力值比实验数据小了10%。对于压缩仿真,逆向重构模型压缩应力-应变曲线与实验数据吻合良好,而理想模型压缩应力-应变曲线在应变达到0.25后误差急剧增大。不同的气孔形貌对规则多孔铜力学性能的影响不同。当加载方向与气孔轴向平行时,除了气孔合并完成处,气孔稳定部分与非稳定部分的交界处,气孔凸起,相邻气孔之间的部位易产生应力集中外,气孔其他部分都不易产生应力集中;这说明当加载方向与气孔轴向平行时,气孔周围不易产生应力集中。当加载方向与气孔轴向垂直时,研究表明整个气孔周围都易产生应力集中。气孔的分布会影响规则多孔铜的力学性能。加载时,气孔密集的部位应力集中最明显,最先产生结构的破坏。加载方向不同会导致应力分布状态不同,应力分布状态不同会导致塑性变形方式不同,从而使规则多孔铜力学性能呈现各向异性。当加载方向与气孔轴向夹角为0°时,气孔周围并不会产生明显的应力集中,应力分布均匀,其拉伸破坏方式为颈缩,其压缩破坏方式为气孔孔壁膨胀。当加载方向与气孔轴向夹角为45°,气孔周围产生了明显的应力集中,气孔周围应力集中区的走向与加载方向的夹角为45°,其拉伸破坏方式为倾斜拉断,其压缩破坏方式为气孔塑性弯曲并伴有倾斜变形。当加载方向与气孔轴向夹角为90°,气孔周围应力集中最明显,气孔周围应力集中区的走向与加载方向垂直,其拉伸破坏方式为直接拉断,其压缩破坏方式为直接压塌。

关键词：规则多孔铜力学性能仿真逆向重构模型理想模型

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规则多孔铜基自润滑材料的干摩擦磨损性能

摩擦学学报 2012年第2期32卷 150-156页

作者：申芳华李再久杨天武金青林蒋业华周荣昆明理工大学材料科学与工程学院云南昆明650093

采用液态金属浸渗法制备了以规则多孔铜为基体,纯铅为润滑相的新型自润滑材料,利用MMU-5G高温端面摩擦磨损试验机测试了新型自润滑材料在不同载荷下的摩擦系数与磨损率,并借助SEM、EDS、XRD等表征手段分析了新型自润滑材料试样在不同载... 详细信息

采用液态金属浸渗法制备了以规则多孔铜为基体,纯铅为润滑相的新型自润滑材料,利用MMU-5G高温端面摩擦磨损试验机测试了新型自润滑材料在不同载荷下的摩擦系数与磨损率,并借助SEM、EDS、XRD等表征手段分析了新型自润滑材料试样在不同载荷下的摩擦磨损机理.结果表明:新型自润滑材料的整体摩擦磨损性能优于同等铅含量的铸造铜铅合金;新型自润滑材料在载荷大于200 N时,摩擦系数小于0.08,磨损率仅为铸造铜铅合金的1/10～1/5;增大铅含量,能够进一步降低摩擦系数;随着试验载荷的增加,磨损机制从磨粒磨损转变为塑性变形和粘附作用.

关键词：规则多孔铜常压浸渗自润滑摩擦磨损磨损机制

规则多孔铜基新型自润滑材料制备工艺及其干摩擦磨损性能

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规则多孔铜基新型自润滑材料制备工艺及其干摩擦磨损性能

作者：申芳华昆明理工大学

学位级别：硕士

气体-金属共晶定向凝固技术(gasar)是一种制备多孔金属材料的新工艺。采用这种工艺方法制备的多孔材料其孔隙在基体内沿凝固方向定向排列,且孔隙的分布比较均匀。基于这些孔隙特征,gasar技术制备的多孔材料除了具备传统多孔材料质量轻,... 详细信息

气体-金属共晶定向凝固技术(gasar)是一种制备多孔金属材料的新工艺。采用这种工艺方法制备的多孔材料其孔隙在基体内沿凝固方向定向排列,且孔隙的分布比较均匀。基于这些孔隙特征,gasar技术制备的多孔材料除了具备传统多孔材料质量轻,比强度高,能量吸收性好等特性之外,还具备其自身独有的特性。铜-铅合金是一种常用的固体自润滑材料,工业上传统的制备工艺方法有铸造法和粉末冶金法。由于铜、铅密度差异较大,存在比重偏析的问题。粉末冶金法制备的合金试样冲击韧性较差。新的工艺也在不断研究当中,比如说有学者将磁场和铸造法相结合的工艺制备铜铅合金,但其能耗太大,生产工艺复杂。鉴于上述特性及当前制备工艺存在的问题,本文尝试将气体-金属共晶定向凝固技术制备的规则多孔纯铜作为多孔预制体,纯铅作为自润滑材料,通过常压下液态金属浸渗法将二者进行复合,制备一种新型Cu—Pb自润滑复合材料。这种新型材料具有以下特点：一方面,这种新型自润滑复合材料既具有自润滑功能,又继承多孔材料的相关特性。另一方面,利用浸渗制备的新型Cu-Pb复合材料巧妙地避免了比重偏析的问题,制备工艺简单,成本低。规则多孔预制体的金相实验表明：气体-金属共晶定向凝固法制备的多孔纯铜基体由沿凝固方向分布的柱状晶组成,圆柱状孔隙沿凝固方向定向分布在晶粒内部和晶界处。垂直于凝固方向的界面上孔隙存在大量交叠部分,能够充分保证新型自润滑材料的自润滑性能。常压浸渗实验表面：多孔预制体的平均孔径,浸渗温度以及浸渗时间是影响浸渗填充质量的主要因素,其中平均孔径的影响最大。通过选择合理的工艺参数能够使得浸渗饱和度大于90%,这为新型材料具备足够的自润滑能力提供了保障。同时也表明了通过浸渗法制备新型铜/铅自润滑材料在工艺上是可行的。干摩擦磨损实验表面：新型自润滑材料成膜能力强,当法向载荷大于1MPa时,其摩擦系数小于0.08,且随着载荷的增加,摩擦系数有进一步减小的趋势。质量磨损率仅为同等条件下铸造铜-铅合金的1/10～1/5。磨损机制随着载荷的增大从磨粒磨损向发生大的塑性变形及粘附作用转变。新型最润滑材料摩擦系数随着滑动速度增加而减小。因此新型自润滑材料适应于载荷较大,速度较快的工作场合。

关键词：规则多孔铜新型自润滑复合材料浸渗法摩擦系数磨损机制