Copper-deposited carbon fiber aluminum foam sandwich panel performance nga mga kinaiya itandi sa conventional aluminum foam sandwich panel

Aluminum foam sandwich(AFS) nga mga panel adunay kombinasyon sa structural ug functional nga mga kinaiya sama sa ubos nga densidad, taas nga espesipikong kalig-on, paborable nga pagsuyup sa enerhiya, kapasidad sa pagpamasa, ug electromagnetic shielding. Kining maayo kaayong mga kabtangan naghimo sa AFS nga adunay dakong potensyal sa aerospace, transportasyon, ug marine field. Kung itandi sa halos dili metal nga mga bula, ang gawas nga metal nga mga palid sa AFS mahimong epektibo nga ma-seal ang bula ug mapaayo ang komprehensibo nga mekanikal nga mga kabtangan, sama sa tensile ug bending strength. Sa kasagaran, ang AFS gihimo pinaagi sa adhesive bonding method, nga naglakip sa paglakip sa aluminum foam sa solid metal panel gamit ang epoxy resin adhesive.

Bisan kung ang pamaagi sa pagdugtong sa adhesive epektibo nga nagpauswag sa istruktura nga damping, giubanan kini sa mga limitasyon, lakip ang mga hagit sa pag-recycle ug pagkadaling mapakyas sa delamination ubos sa taas nga temperatura o makadaot nga mga kahimtang. Aron matubag kini nga mga limitasyon, daghang mga paningkamot sa panukiduki ang gipahinungod sa pagkab-ot sa metallurgical bonding tali sa panel ug sa core layer.

Sa pagkakaron, ang nag-una nga mga pamaagi sa pag-andam alang sa AFS nga gitumong sa pagkab-ot sa metallurgical bonding kasagaran giklasipikar sa tulo ka mga kategoriya: welding, melt foaming, ug packing rolling powder metallurgy method. Taliwala niini nga mga pamaagi, ang packing rolling powder metallurgy method giisip nga labaw sa pagkontrolar sa pore structure ug pagkab-ot sa mubu nga temperatura nga foaming. Ang among kanhing trabaho migamit niini nga teknolohiya sa paghimo sa dako nga gidak-on nga AFS nga adunay mas maayo nga pagpalapad nga mga kabtangan ug cellular nga istruktura alang sa industriyal nga mga aplikasyon.

Bisan pa, tungod sa medyo ubos nga compressive mekanikal nga mga kabtangan sa foam core, ang pag-uswag sa mekanikal nga kusog sa AFS limitado, busa ang dugang nga pag-uswag sa kusog sa foam core hinungdanon alang sa AFS.

Hangtud karon, ang kasagaran nga mga pamaagi nga gitaho aron mapaayo ang compressive mekanikal nga mga kabtangan saaluminum foammao ang mga musunud: pagtambal sa nawong, pagtambal sa kainit, ug pagpalig-on pinaagi sa pagdugang sa mga partikulo, mga lanot, mga elemento sa alloying, ug uban pa. Lakip kanila, ang mubu nga mga fiber sa carbon nga adunay ubos nga densidad, taas nga elastic modulus, ug dako nga aspeto nga ratio nakadani sa halapad nga atensyon ingon nga nagsaad nga mga materyales nga nagpalig-on. Dugang pa, ang surface metallization sa carbon fibers, pinaagi sa electroplating o chemical plating sama sa copper plating o nickel plating, dugang nga nagpauswag sa pagkabasa sa carbon fibers sa aluminum melt ug paglikay sa makadaot nga interfacial reactions tali sa carbon fibers ug aluminum melt. Ang mubu nga carbon fiber kay kaylap na nga gigamit sa pagpalig-on sa aluminum matrix composites.

Bhav Singhetal. giandam nga copper-coated carbon fibers gipalig-on ang aluminum matrix composites pinaagi sa stir casting method. Muetal. fabricated aluminum matrix composites nga gipalig-on sa nickel-coated carbon fibers gamit ang two-roll casting method. Ang mga resulta nagpakita sa usa ka mahinungdanon nga pag-uswag sa tensile strength sa mga composite uban ang pagdugang sa carbon fibers. Bisan pa, adunay limitado nga panukiduki nga gihimo saaluminum foam nga gipalig-onnga adunay mga carbon fiber nga adunay sapaw nga tumbaga. Caoetal. unang giandam nga copper-coated carbon fibers gipalig-on ang aluminum foam pinaagi sa melt foaming method. Ang mga resulta nagpakita nga ang 0.35 vol% sa Cf makapa-stabilize sa aluminum foam pinaagi sa pagpugong sa liquid film rupture, ug mas lig-on ang gidaghanon sa fibers nga idugang sa foam. Muetal. nagpakita nga ang damping nga mga kabtangan sa aluminum foam nga giandam sa melt foaming nga pamaagi ang kamahinungdanon milambo uban sa pagdugang sa Cf.

Tungod niini, mahimo’g makahinapos nga ang pagdugang sa Cf mahimong usa ka epektibo nga estratehiya aron dungan nga mapauswag ang kalig-on sa foaming ug mekanikal nga mga kabtangan saaluminum foam. Dugang pa, wala'y mga taho sa copper-plated carbon fibers nga gipalig-on ang aluminum foam sandwich panels nga giandam pinaagi sa powder metallurgy method, nga nagdasig sa mga tigdukiduki sa paghimo sa mas lawom nga mga pagtuon niini nga natad.

Daghang mga pagtuon ang gihimo sa mekanismo sa nucleation ug kalig-on saaluminum foamuban ang pagdugang sa mga hugna sa pagpalig-on. Ang mga kalainan sa pore number ug pore morphology,

sama sa gidak-on, pag-apod-apod, ug porma, kasagarang gipasangil sa mga mekanismo sa nucleation ug kalig-on. Ang heterogeneous nga mga epekto sa nucleation ug mga mekanismo sa pag-stabilize sa network sa oxide sa powder metallurgy system hingpit nga gisusi. Ang mga quaternary alloy powder nga naglangkob sa Al-Si-Mg-Cu nga gigamit niini nga papel nagpakita sa talagsaon nga pagpalapad ug ubos nga foaming nga temperatura, nga adunay solidus nga temperatura nga 507 ◦C ug usa ka liquidus nga temperatura nga 596 ◦C. Bisan pa niana, adunay kakulang sa panukiduki mahitungod sa mekanismo sa nucleation, kalig-on, ug compressive mekanikal nga mga kabtangan sa powder compacts naglangkob niini nga partikular nga komposisyon sa haluang metal, ilabi na sa diha nga naglakip sa Cf. Sa nangaging mga buhat, ang mga imbestigasyon sa mga mekanismo sa nucleation ug stabilization nag-una nga gihimo pinaagi sa non-in situ nga mga pamaagi, nga naglakip sa tomographic analysis sa mga sample nga paspas nga gipabugnaw human sa foaming interruption. Ikasubo, ang submicron bubble nucleation nag-una nga mahitabo sa panahon sa precursor heating ug paspas nga molapad sulod sa mga agwat sa panahon gikan sa 100 ms ngadto sa 1 s, nga kasagaran nagpresentar og mga hagit alang sa real-time nga obserbasyon. Ang modernong synchrotron radiation X-ray imaging technique adunay taas nga enerhiya ug spatiotemporal nga resolusyon, nga nagtugot alang sa tinuod nga panahon, in situ nga obserbasyon sa nucleation ug proseso sa pagtubo sa aluminum foam sa taas nga temperatura. Sa pagkakaron, limitado lamang nga mga tigdukiduki ang nagsuhid sa foaming kinetics sa Al-Si-Mg alloy powder pinaagi sa synchrotron radiation. Pananglitan, García-Morenoetal. nagtaho sa mahinungdanon nga dinamikong mga panghitabo sa liquid aluminum foam, lakip ang nucleation ug pagtubo, pag-usab sa bula, pagbawi sa likido, agglomeration, ug pagkaguba sa pelikula. Kamm ug uban pa. gitun-an ang nucleation ug proseso sa pagtubo sa AlSi8Mg4 aluminum foam pinaagi sa synchrotron radiation. Ang ilang mga nahibal-an nagpakita nga ang hydrogen nga namugna pinaagi sa pagkadunot sa mga adsorbates sa ibabaw sa metal nga powder nagrepresentar sa laing mahinungdanon nga mekanismo sa nucleation. Bisan pa, ang interaksyon sa mga sangkap nga nag-una komplikado, ug ang dinamika sa foaming mahimong maimpluwensyahan sa ilang komposisyon. Alang sa Al-Si-Cu-Mg powder system ug Al-Si-Cu-Mg powder system nga adunay dugang nga Cf, ang pagsabut ug pagsuhid sa pagsugod ug pagtubo sa metal foam hinungdanon alang sa dugang nga pag-uswag sa istruktura sa bula aron mapaayo ang mga kabtangan. alang sa mga aplikasyon.

Niini nga trabaho, ang Cf/AFS ug AFS nga adunay metallurgical interfacial bonding giandam pinaagi sa packing rolling powder metallurgy method. Ang bubble evolution sa Cf/AFS ug AFS naobserbahan in situ pinaagi sa synchrotron radiation aron ipadayag ang mekanismo sa Cf sa bubble nucleation, pagtubo ug paghiusa, ug kalig-on. Dugang pa, ang Cf / AFS ug AFS gipabula sa 620 ◦C sulod sa 15 min sa usa ka hurnohan sa lawak. Pagkahuman, ang pag-apod-apod sa gidak-on sa pore, pore microstructure, ug compressive mechanical properties sa foamed samples gihulagway ug gisulayan. Base sa nahisgutang mga pagtuon, ang istruktura ug compressive strength sa Cf/AFS ug AFS sistematikong gisusi.

2. Mga materyales ug pamaagi

2.1. Hilaw nga materyales

Unom ka hilaw nga materyales ang gigamit alang sa pag-andam sa AFS ug Cf / AFS: Al powder (average size: 45 μm, purity> 99.70%), Si powder (average size: 38 μm, purity> 99.50%), Cu powder (average size: 38 μm, kaputli> 99.90%), Mg powder (aberids nga gidak-on: 75 μm, kaputli> 99.70%), TiH2 powder (average size: 45 μm, purity> 99.70%), ug copper-coated carbon fiber (average size: 1~2 mm, gibag-on sa copper-coated: 1.4 μm).

2.2. Pagmugna sa Cf/AFS

Ang eskematiko sa packing rolling powder metallurgy nga pamaagi gihulagway saFig. 1. Atol sa yugto sa pagsagol, ang quaternary alloy AlSi6Mg4Cu4 powder giandam, nga adunay mga pulbos sa Al, Si, Cu, ug Mg sa proporsiyon nga 86 wt%, 6 wt%, 4 wt%, ug 4 wt%, matag usa. Ang 1 wt% oxidized nga TiH2 powder (pagtambal sa kainit sa hangin sulod sa 1.5 ka oras sa 470 ◦C) gidugang isip usa ka ahente sa paghuyop nga paspas nga nagpagawas sa H2 sa temperatura sa pagtunaw nga nagpalapad sa pagkatunaw. Dugang pa, ang 0.5 wt% sa mga carbon fibers gilakip isip mga hugna sa pagpalig-on. Ilabi na, aron mapausbaw ang pagkabasa ug mapugngan ang makadaot nga mga reaksyon sama sa Al4C3 sa fiber-aluminum melt interface sa panahon sa foaming, ang mga carbon fiber gitabonan sa tumbaga pinaagi sa electroplating. Ang proseso sa electroplating gihulagway sa Refs.Fig. 2nagpakita sa copper-coated carbon fibers nga nakuha pinaagi sa electroless plating nga proseso. Ang sapaw adunay uniporme ug padayon nga pagsakop sa nawong sa fiber(Fig. 2(a)–(b)). Pagkahuman, ang lainlaing mga komposisyon sa haluang metal nga gigamit sa kini nga pagtuon giandam pinaagi sa hingpit nga pagsagol sa nahisgutan nga mga pulbos nga adunay ug wala’y Cf sa usa ka three-dimensional nga mixer sa 3 ka oras. Ang parehas nga sinagol nga pulbos giputos sa sulod sa usa ka selyado nga lungag, gisundan sa bugnaw ug init nga mga pamaagi sa pagligid.

Ang bugnaw nga rolling stage epektibo nga mobakwit sa hangin gikan sa sulod sa mga lungag ug sa interstitial nga mga luna tali sa mga partikulo pinaagi sa sunod-sunod nga multiple pass ug gagmay nga mga depresyon. Ang init nga rolling stage nagsiguro nga ang nag-una nga makab-ot ang usa ka paryente nga densidad nga labaw sa 98% pinaagi sa co-deformation sa panel ug powder, nga nagpadali sa sunod nga proseso sa foaming. Ang detalyado nga mga parametro sa proseso sa rolling gihulagway sa Refs. Ang AFS ug Cf/AFS foamable precursors makuha pinaagi sa nahisgutang proseso. Sa katapusan, ang duha ka foamable precursor gipainit sa 620 ◦C alang sa 15 min sa paghimo sa Cf / AFS ug AFS specimens, nga gigamit alang sa pore size analysis, microstructural characterization, ug compressive mechanical properties nga mga pagsulay.

2.3. Paghulagway ug mga pamaagi sa pagsulay

2.3.1. Microstructural nga kinaiya

Ang Microstructure morphology sa Cf/AFS ug AFS gi-imbestigar sa field emission scanning electron microscopy (SEM, Zeiss Ultra Plus). Ang Energy dispersive spectroscopy (EDS) gigamit aron mahibal-an ang komposisyon sa lainlaing mga hugna sa mga dingding sa cell sa mga foamed sample. Ang mga longitudinal nga seksyon sa mga sample nakuha pinaagi sa pagputol sa foamed specimens gamit ang electro-discharging machine (EDM, DK7745). Pagkahuman niini, ang mga longhitudinal nga seksyon sa mga espesimen gibulitan ug pintura ug dayon gibunalan ug gipasinaw gamit ang 800-grit ug 1500-grit nga sandpaper, matag usa. Sa katapusan, ang katumbas nga mga diametro sa cell (Dmean) sa gipasinaw nga specimen cross-section gitino gamit ang software sa pagtuki sa imahe, Image Pro Plus 6.0.

Fig. 1.Schematic sa packing rolling powder metallurgy nga pamaagi.

Fig. 2.Ang SEM nga mga hulagway sa (a) copper-coated carbon fibers, ug (b) nagpakita sa usa ka gipadako nga panglantaw sa rehiyon nga gimarkahan sa pula nga square sa (a). Ang mga hulagway (c) ug (d) mao ang mga resulta sa EDS sa punto A sa (b).

Fig. 3.Schematic diagram sa setup sa eksperimento sa synchrotron radiation.

2.3.2. In-situ foaming obserbasyon pinaagi sa synchrotron radiation

Ang eskematiko nga diagram sa synchrotron radiation experiment setup gi-sketch saFig. 3. Ang mga eksperimento gihimo sa beamline 4W1A sa Beijing Synchrotron Radiation Facility (BSRF, Beijing Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences, China). Dili sama sa naandan nga pagsuyop-kontrast imaging, kini nga papel naggamit sa phase-contrast imaging sa Synchrotron Radiation Light Source. Kini nga pamaagi nagtubag sa mga limitasyon sa tradisyonal nga pagsuyup nga imaging, nga dili epektibo sa paghanduraw sa huyang nga pagsuyop sa mga substansiya. Ang proseso sa foaming sa mga specimen gihimo sulod sa customdesigned foaming furnace, nga adunay 15 mm by 15 mm square window nga giposisyon nga tul-id sa direksyon sa X-ray beam. Ang sample nga gidak-on, sama sa gihulagway sa Fig. 3, nagsukod sa 15 mm × 15 mm × 2 mm. Ang sample gibutang sa usa ka foaming nga agup-op nga naglangkob sa usa ka piho nga gidaghanon sa mga ceramic sheets. Sa tibuok proseso sa foaming, ang X-ray mahimong moagi sa sample ug makuha sa usa ka charge-coupled device (CCD) camera. Ang gipili nga tinubdan sa X-ray naglihok sa usa ka intensity sa 20 Kev, ug ang maximum nga gidak-on sa pagtan-aw sa 7.4 mm × 7.4 mm gigamit aron makahimo sa komprehensibo nga obserbasyon sa tibuok proseso sa foaming.

Angay nga hinumdoman nga ang mga naobserbahan nga mga sampol gipahimutang sa usa ka paagi nga patindog sa direksyon sa paglihok ug sa tangential nga direksyon. Ang mga nag-una nga adunay 0.5 wt% Cf ug kadtong walay 0.5 wt% Cf gikuha ang ilang mga side panel gikan sa duha ka kilid sa mga sample gamit ang EDM. Ang epekto sa Cf sa foaming nga mga kinaiya sa aluminum foam gisusi. Dugang pa, ang mga nag-una nga adunay lainlaing mga komposisyon gipabula sa parehas nga hudno sa pagpainit sa usa ka preset nga temperatura nga 620 ◦C.

2.3.3. Pagsulay sa mekanikal nga mga kabtangan sa compression

Ang mga espesimen sa compression giputol sa mga cylindrical nga mga specimen nga adunay gitas-on nga 23 mm ug usa ka diametro nga 20 mm sa EDM, ug ang matag direksyon gisiguro nga maglakip sa labing menos 10 ka kompleto nga mga pores aron malikayan ang epekto sa gidak-on. Ang quasi-static compression nga mga pagsulay gihimo subay sa mga sumbanan nga ISO13314-2011 ug GB / T31930-2015, gamit ang AG-XPLUS electron universal material testing machine nga adunay maximum load capacity nga 100 KN. Tulo ka mga sample ang gisulayan alang sa matag grupo, ug ang compressive stress-strain curves niini nga papel nagrepresentar sa kasagaran nga mga resulta nga nakuha gikan sa tulo ka gisulayan nga mga sample. Ang tanan nga mga pagsulay gihimo ubos sa kontrol sa pagbakwit, nga nagmintinar sa usa ka kanunay nga cross-head speed sa 2 mm / min (nga katumbas sa usa ka inisyal nga strain rate sa 10-3 s-1) sa temperatura sa lawak.

Fig. 4.Ang time-evolved synchrotron radiation nga mga hulagway sa Cf/AFS foaming process: (a) unfoamed precursor sa t0 moment sa 380 ◦C; (b)–(c) pagtunaw sa elemental nga tumbaga ug tipo II nucleation atol sa precursor melting; (d)–(g) heterogeneous nucleation ug mga proseso sa pagtubo sa mga bula; ug (h)–(i) mga bula nga naghiusa ug nabuak.

3. Resulta ug panaghisgot

3.1. In situ foaming kinaiya ubos sa synchrotron radiation

3.1.1. Foam evolution sa Cf/AFS

Fig. 4nagpakita ug serye sa synchrotron radiation nga mga hulagway nga naghulagway sa foaming process sa Cf/AFS. Ang orihinal nga mga hulagway sa Cf/AFS(Fig. 4 (a))nakuha sa dihang ang matrix anaa sa solid state sa 380 ◦C, ug kini nga panahon gitakda isip t0. Kung itandi sa ubang mga sangkap sa pasiuna, ang Cf makita nga itom sa sulod sa kadaghanan nga gray nga puno sa aluminyo nga matrix. Mahimo kini nga hinungdan sa taas nga sulud sa tumbaga sa sulud sa fiber, ingon sa gipakita saFig. 2(c)–(d), nga adunay pinakadako nga relatibong atomic mass kon itandi sa ubang mga sangkap sa precursor. Dugang pa, ang kadaghanan sa Cf naobserbahan nga nagkatibulaag ug nagbulag, imbes nga gipundok, ingon sa gipakita saFig. 4(a). Kini nagpasabot nga sa usa ka 0.5 wt% nga pagdugang sa Cf, usa ka 3 ka oras nga proseso sa pagkutaw epektibong makab-ot ang gitinguha nga kahimtang sa pagkatibulaag.

Sa t0+194s (ingon sa makita saFig. 4(b)), usa ka igo nga gidaghanon sa puti, halos spherical nga mga bula nga adunay mga diyametro gikan sa 90 μm ngadto sa 180 μm mahimong makita sa gray nga aluminum matrix (gimarkahan sa pula nga pana). Ang gidaghanon sa mga bula nagpadayon sa pagdugang sa sulod sa 46 s, ingon sa gipakita saFig. 4(c). Dugang pa, usa pa ka hinungdanon nga pagbag-o nga nahitabo sa matrix mao nga ang pipila ka gagmay nga mga bula lagmit nga maporma sa ibabaw sa Cf nga adunay pagsugod sa mga pagtunaw sa Cu (gimarkahan sa pula nga tuldok nga kahon). Kini nga panghitabo lagmit tungod sa type II nucleation nga nahitabo sulod sa copper-containing powder compact. Kini kaylap nga giila nga ang pagdugang sa Cu kamahinungdanon pagkunhod sa temperatura sa pagkatunaw sa mga sinubong. Nagresulta kini sa lokal nga pagtunaw sa palibot sa indibidwal nga mga partikulo sa pulbos sa powder precursor nga adunay sulud nga pulbos nga tumbaga sa panahon sa proseso sa pagpainit, nga nagpatunghag daghang kantidad sa Al-Si-Mg-Cu quaternary eutectic melt sa mas ubos nga temperatura. Ang quaternary eutectic melt pool lagmit nga usa ka huyang nga rehiyon sa haluang metal ug labi ka dali sa nucleation. Ingon nga resulta, ang mga bula mas lagmit nga mag-nucleate ug motubo duol sa tumbaga nga adunay sapaw sa ibabaw nga lanot. Dugang pa, ang ubos nga tipik sa likido sa matrix niining higayona maoy hinungdan sa mga gas gikan sa pagkadunot sa TiH2 nga daling matigom sa aluminum matrix. Ang Type II nga nucleation epektibo nga makalikay sa natipon nga gas nga nagpugos sa ubos nga liquid fraction matrix ug nagpakaylap sa mga liki pinaagi sa likido, nga miresulta sa grabe nga pagkawala sa gidaghanon sa hydrogen.

Fig. 4(d)nagpakita sa mga bula sa sinugdan nga nucleate ug motubo sa rehiyon sa Cf ingon nga ang matrix sa bug-os nga matunaw, ug ang mga bula nga mga lokasyon katumbas sa nawala nga copper-coated layer (gimarkahan sa pula nga tuldok nga kahon). Maayo ang pagkaestablisar nga ang pagdugang sa mga sekondaryang hugna nagdugang sa gidaghanon sa mga heterogeneous nucleation nga mga site, sa ingon gipakunhod ang babag sa enerhiya alang sa pagporma sa bag-ong mga bula sulod sa natunaw nga haluang metal. Samtang, ang nucleation rate may kalabutan sa kinatibuk-ang heterogeneous nucleation area kada unit volume. Tungod niini, maobserbahan nga ang mga bula sa sinugdan nag-nucleate sa mga lugar diin nahimutang ang mga lanot sa carbon ug nagpalapad sa gitas-on sa carbon fiber. Uban sa dugang nga pagtaas sa matunaw nga tipik, daghang mga bag-ong bula ang nagpadayon sa pagtunghaFig. 4(e)–4(g). Bisan pa, ang rate sa lokal nga paghiusa ug pagbuak sa mga bula hinay, nga nagpakita nga ang mga bula adunay taas nga kalig-on. Sa t0+426s, ang gidaghanon sa mga bula motaas pag-ayo, ug

ang precursor volume nagpakita sa dako nga pagpalapad(Fig. 4(h)). Dugang pa, ang panghitabo sa pipila ka bula nga naghiusa (gimarkahan sa pula nga udyong), diin ang gagmay nga mga bula masuhop sa dagko tungod sa Ostwald maturation, usa ka dili kalikayan nga proseso sa panahon sa ebolusyon sa metallic foams [40]. Kini nga panghitabo sa pagkahinog nagresulta usab sa pagpakita sa usa ka gamay nga gidaghanon sa dagko ug dili regular nga mga bula (gimarkahan sa pula nga pana saFig. 4(i)).

Fig. 5.Ang mga hulagway nga nabag-o sa panahon sa proseso sa foaming sa AFS sa lain-laing mga yugto: (a) unmelted precursor sa t0 moment sa 380 ◦C; (b) dissolution sa elemental nga tumbaga ug type II nucleation sa panahon sa precursor pagtunaw; (c) nucleation ug mga proseso sa pagtubo sa mga bula; ug (d)–(f) mga bula nga naghiusa ug nabuak.

3.1.2. Ebolusyon sa bula sa AFS

Ang Fig. 5 nagpakita sa usa ka serye sa synchrotron radiation nga mga hulagway nga naghulagway sa foaming nga proseso sa AFS. Sama sa Cf/AFS, ang inisyal nga hulagway alang sa synchrotron radiation sequence nakuha sa dihang ang AFS anaa sa solid phase sa 380 ◦C (tan-awaFig. 5(a)). Kung ang matrix gipainit labaw sa solidus nga temperatura, ang gagmay nga puti nga mga bula makita saFig. 5(b) ug (c), nga resulta sa pagkadunot sa TiH2 ug sa panghitabo sa type II nucleation sa Cu-rich nga rehiyon. Bisan pa, ang gidaghanon sa mga bula nga nahimo ug ang ilang density sa pag-apod-apod saFig. 5(c)mas ubos kaayo kon itandi saFig. 4(c). Kini nagsugyot nga ang Cf/AFS naghatag ug dugang nga mga agianan alang sa sayo nga pagpagawas sa gas sa panahon sa nucleation, pagpugong sa sobra nga pagporma sa mga liki sa aluminum matrix nga adunay ubos nga liquid fraction.

Mas gamay nga gidaghanon sa mga site sa nucleation sa AFS ug mas taas nga posibilidad sa abnormal nga pagtubo sa bula kon itandi sa Cf/AFS mahimong maobserbahan gikan saFig. 5(d)–(f). Ang ebolusyon sa mga bula sa AFS dili regular, ug ang ilang mga gidak-on nagpakita sa lapad nga pag-usab-usab tungod sa pag-uban sa duha ka micrometer nga gidak-on nga mga bula ug dili normal nga milimetro-kadako nga dagkong mga bula (gimarkahan sa pula nga pana). Dugang pa, kini nga instability ug inhomogeneity sa panahon sa sayo nga proseso sa nucleation mahimong moresulta sa mahinungdanong mga kalainan sa katapusang pore structure ug mekanikal nga mga kabtangan tali sa AFS ug Cf/AFS.

3.2. Pagtuki sa macrostructure

Sa pag-imbestigar sa mga kalainan sa macroscopic pore morphology ug pore diameter tali sa AFS ug Cf / AFS, duha ka sandwich structures ang giandam ubos sa laboratory conditions sa foaming temperature nga 620 ◦C sulod sa 15 min. Ang macrostructure ug cell size distribution sa AFS ug Cf/AFS gipakita saFig. 6. Ang pagtandi sa bertikal nga mga seksyon sa duha ka mga sampol sa sandwich structures nagpadayag nga ang mga bula sa Cf/AFS adunay mas maayo nga mga selula ug dili kaayo mga depekto sama sa pagkaguba o paghiusa sa mga selula (tan-awa angFig. 6 (b)). Sa kasukwahi, ingon sa gipakita saFig. 6(a), ang AFS nagpakita sa dili maayo nga pore homogeneity nga adunay presensya sa pipila ka abnormally dako nga pores. Samtang, ang katumbas nga diameter sa pore alang sa AFS ug Cf / AFS mao ang 2.9 ± 0.2 mm ug 1.9 ± 0.1 mm, matag usa, nga nagsugyot nga ang diameter sa pore labi nga gipino pinaagi sa pagdugang sa Cf (tan-awa angFig. 6(c) ug (d)).

Ang ebolusyon sa istruktura sa pore naimpluwensyahan sa duha nga mga mekanismo sa kompetisyon: ang pagkadunot sa TiH2 ug ang paghiusa ug pagbuak sa bula. Ang pagkadunot sa TiH2 nakatampo sa pagtaas sa gidaghanon sa nucleation, porosity, ug expansion rate, samtang ang paghiusa ug pagbuak sa mga bula nagpamenos sa gidaghanon sa mga pores ug nagdugang sa diametro sa mga pores. Ang pagkunhod sa bubble merging ug rupture nga mga panghitabo nakatampo sa pagkuha sa usa ka mas maayo nga cellular structure. Busa, ang taas nga kalig-on sa foam gikinahanglan aron mapadayon ang homogeneity sa pore structure sa panahon sa foaming process. Para sa Cf/AFS, ang pagdugang sa Cf makapauswag pag-ayo sa pagkabasa sa mga lanot nga adunay aluminum melt. Susama sa gikataho nga Cf reinforced aluminum foam [44] nga giandam pinaagi sa melt foaming method, ang pagdugang sa Cf nagpalig-on sa aluminum foam pinaagi sa pagpugong sa cell wall rupture ug pagkunhod sa agglomeration. Sa kasamtangan, ang Cf makahimo og usa ka pukot nga sama sa estruktura sa bungbong sa selula, nga makamugna og pwersa sa pagbulag ug makapugong sa pagbuak sa mga bula, sa ingon, makapauswag sa estruktura sa selula, kalig-on sa bula, ug pagkaparehas sa pag-apod-apod sa pore.

3.3. Microstructural nga kinaiya

Fig. 7(a)nagpakita sa microstructure sa cell wall human sa foaming sa AFS. Ingon sa gitaho alang sa AlSi6Cu4Mg4 alloy foams, eutectic Al-Si, Mg2Si, Al2Cu, ug Al5Cu2Mg8Si6, anaa sa alloy, nga nahiuyon sa mga resulta nga nakuha gikan sa EDS analysis saFig. 7(b). Kini nga mga brittle phase makapakunhod sa mekanikal nga mga kabtangan sa aluminum foam pinaagi sa pagpahuyang sa pore wall o paglihok isip tinubdan sa mga liki sa panahon sa deformation. Busa, ang pagpauswag sa mekanikal nga mga kabtangan sa pore wall pinaagi sa pagdugang sa reinforcing phase usa ka praktikal ug epektibo nga estratehiya.

Para sa Cf/AFS, maobserbahan kini gikan saFig. 7(c) ug (d)nga ang Cf giapod-apod sa sulod sa cell wall o sa ngilit sa cell wall, nga nagpakita nga ang Cf adunay maayo kaayo nga pagkabasa sa aluminyo nga matunaw. Dugang pa, kini mamatikdan (tan-awa angFig. 7(d)) nga ang usa ka gamay nga kantidad sa precipitated phase Al2Cu porma sa interface sa taliwala sa mga lanot ug sa aluminum matunaw. Kini nga panghitabo nakatampo sa pagkab-ot sa usa ka lig-on nga bugkos tali sa mga lanot ug sa matrix. Ang pag-uswag sa kini nga reaksyon sa pagsabwag mahimo nga intuitively nga naobserbahan saFig. 4(a)–(c). Timan-i nga, ang precipitated phase dili hingpit nga naglibot sa carbon fibers, ug ang estado ug gidaghanon niini nga pag-apod-apod mapuslanon alang sa Cf/AFS. Base sa pagtuon sa Lv et al, sa Cf reinforced aluminum matrix composite nga mga materyales, gipakita nga ang tukma nga gidaghanon sa precipitated phase makaimpluwensya ug makontrol ang interfacial bond strength.

Fig. 6.Bertikal nga mga seksyon sa representante nga sample (a) AFS ug (b) Cf/AFS. Ang katumbas nga diyametro kumpara sa mga bahin sa bahin sa lugar nga katumbas sa (a) ug (b) gihulagway sa (c) ug (d), matag usa. Ang solidong padayon nga linya sa (c) ug (d) nagrepresentar sa log-normal nga angay. Ang regression (R2) nagrepresentar sa pagkamaayo sa angay.

Fig. 7.Ang mga imahe sa SEM (a) ug (b) nagpakita sa mga microstructure nga katumbas saFig. 6(a) AFS ugFig. 6(b) Cf/AFS, matag usa, dugang pa,Fig. 7(b) ug (d) ipakita ang lokal nga pagpadako saFig. 7(a) ug (c), matag usa.

3.4. Mekanismo sa Cf nga nagpalig-on sa Al-Si-Mg-Cu foam

Base sa gihisgotan sa ibabaw nga pagtuki, usa ka eskematiko nga representasyon sa foaming nga mekanismo alang sa Cf/AFS ug AFS gisumada saFig. 8. Ang mahinungdanong mga kalainan tali sa Cf/AFS ug AFS sa yugto sa nucleation, pagtubo sa bula, ug yugto sa paghiusa, ug ang anam-anam nga yugto sa solidification, ingon sa gihulagway saFig. 8(a) ug (b).

Fig. 8.Schematic diagram sa Cf/AFS ug AFS foaming behavior: (a) Cf/AFS; ug (b) AFS.

Sa yugto sa nucleation sa AlSi6Cu4Mg4 alloy foams, ang mga bula lagmit nga mag-nucleate sulod sa liquid quaternary eutectic nga naglibot sa mga partikulo sa tumbaga, kay sa nucleate sa nahimutangan sa mga partikulo sa TiH2. Kini nga matang sa nucleation sa pinakahuyang nga rehiyon sa precursor (type II nucleation) naghatag og dugang nga mga agianan sa pag-ikyas alang sa mga gas nga gipagawas sa TiH2 decomposition, paglikay sa akumulasyon sa mga gas ug hinungdan sa mga liki nga mokaylap sa aluminum melt. Ang pagdugang sa mga carbon fiber nga adunay sapaw nga tumbaga dayag nga dugang nga nagmugna og daghang mga agianan alang sa pagpagawas sa H2. Bisan pa, tungod kay ang pagtunaw sa aluminyo wala’y igong tipik sa likido sa kini nga yugto, lisud alang sa ingon nga gagmay nga mga bula nga adunay igo nga gigikanan sa H2 aron magpadayon sa pagtubo. Ingon nga resulta, kining gagmay nga mga bula mabuak sa sulod sa pagkatunaw samtang ang temperatura mosaka. Kung ang nag-una hingpit nga natunaw, ang H2 nga gipagawas gikan sa mapintas nga dehydrogenation nga reaksyon sa TiH2 mag-nucleate ug paspas nga motubo base sa nucleation point. Naghatag ang Cf og daghang mga heterogeneous nucleation sites para sa paghimo og mga bubbles, nga makapataas pag-ayo sa nucleation rates. Dungan niini, ang presensya sa Cf epektibo nga makapugong sa kontak ug paghiusa sa mga nag-unang bula ug makalikay sa pagporma sa anomaliya nga dagkong mga bula.

Sa panahon sa pagtubo ug paghiusa nga yugto sa mga bula, ang pagdugang sa Cf makapauswag sa kalig-on sa bula. Ang rason mao nga ang Cf ug aluminum melt adunay maayo nga pagkabasa, ug ang mga lanot dali nga ma-trap sa taliwala sa duha ka gas-liquid interface aron maporma ang usa ka network structure (sama sa gipakita saFig. 7(c)). Samtang ang likido nga pelikula gipanipis, ang mga lanot mahimo’g makamugna usa ka presyur sa pagbulag aron mapugngan ang pagsuyop gikan sa utlanan sa talampas, sa ingon mapugngan ang likido nga pelikula nga mabuak. Mao nga ang Cf/AFS nanginahanglan ug mas taas nga oras sa pagbula kon itandi sa AFS, nga adunay mas taas nga kalig-on nga makapadayon sa pagkaparehas sa istruktura sa lungag sa panahon sa ebolusyon sa bula.

Atol sa hinay nga solidification stage, ang mga bula sa Cf/AFS dili na motubo ug ang mga lanot nasulod sa sulod sa cell wall (gimarkahan og pula nga tuldok nga kahon). Kini nga pagpabilin sa mga lanot nagpugong sa pagsuyup sa gagmay nga mga bula sa mga dagko, sama sa nakita sa Ostwald maturation, ug nagpugong sa pagkaguba sa cell wall tungod sa pagpalapad sa solidification. Ingon nga resulta, ang Cf / AFS nagpakita sa usa ka mas homogenous nga pore structure ug mas gamay nga pore defects itandi sa AFS.

3.5. Mekanikal nga mga kabtangan

Ang compressive stress-strain curves alang sa Cf/AFS ug AFS nga adunay halos parehas nga porosity (83.2% ug 81.4%, matag usa) gipresentar saFig. 9(a). Ang compressive stress-strain curve nagpakita sa usa ka lahi nga tulo ka yugto nga kinaiya, nga naglangkob sa linear elastic region, plateau region, ug densification region. Ang compressive yield strength sa AFS ug Cf/AFS maoy 8.44 MPa ug 11.87 MPa, matag usa. Ang compressive yield strength sa Cf/AFS nadugangan sa 40.6% kumpara sa AFS. Samtang, ang kapasidad sa pagsuyup sa enerhiya sa Cf/AFS mas maayo kay sa AFS sa samang strain, sama sa gipakita saFig. 9(b). Ang mga kapasidad sa pagsuyup sa enerhiya sa AFS ug Cf/AFS mga 3.3 MJ/m3 ug 6.1 MJ/m3, matag usa. Ang kapasidad sa pagsuyup sa enerhiya sa Cf/AFS gipauswag sa 84.8% kumpara sa AFS.

Fig. 9.Compressive stress-train curves ug energy absorption capacity curves sa Cf/AFS ug AFS: (a) compressive stress-train curves; (b) mga kurba sa kapasidad sa pagsuyup sa enerhiya.

Ang paglakip sa Cf makahuluganon nga nagpauswag sa mekanikal nga mga kabtangan sa foam core. Nahibal-an kaayo nga ang mekanikal nga mga kabtangan saaluminum foamsuod nga may kalabutan sa pore structure ug strut mechanical properties. Ang pag-analisa sa macrostructural nagpakita nga ang pagdugang sa Cf nagdalisay sa gidak-on sa lungag, nagpauswag sa pag-apod-apod sa mga lungag, ug nagpamenos sa mga depekto sa lungag. Susama sa mga nahibal-an sa Sasikumar et al. ug Yangetal. gamay nga pore diameter ug pig-ot nga pore distribution mas mapuslanon aron mapalambo ang compressive strength ug energy absorption efficiency. Dugang pa, ang epekto sa microstructure sa mekanikal nga mga kabtangan sa bula nag-una tungod sa Cf nga nasulod sa pore nga mga bungbong sa bula. Ang diffusion ug dissolution sa copper-coated sa carbon fibers sa aluminum matrix mahimong makab-ot ang mas lig-on nga interfacial bond tali sa fibers ug aluminum matrix, nga makatampo sa load transfer. Ang taas nga modulus carbon fiber stapled sa pore wall mahimong limitahan ang deformation sa pore wall ubos sa compression load ug mapalambo ang load-bearing capacity. Kining tanan nga mga hinungdan mipabor sa Cf/AFS aron makab-ot ang mas taas nga kusog sa ani ug kapasidad sa pagsuyup sa enerhiya kon itandi sa AFS.

4. Mga konklusyon

Ang Cf/AFS ug AFS giandam pinaagi sa packing rolling powder metallurgy method niini nga trabaho. Ang nagbula nga kinaiya sa Cf / AFS ug AFS dinamikong naobserbahan pinaagi sa synchrotron radiation sa

imbestigahan ang impluwensya sa Cf sa bubble nucleation ug pagtubo. Dugang pa, ang Cf sa pore morphology, pore distribution, ug compression properties sa aluminum foam gisusi pag-ayo. Ang mga nag-unang konklusyon mao ang mosunod:

(1) Ang synchrotron radiation in situ nga mga obserbasyon nagpadayag nga ang Cf/AFS ug AFS foaming nga mga proseso nagpakita ug tulo ka managlahing yugto: bubble nucleation, bubble growth ug merger, ug solidification.

Kon itandi sa AFS, ang foaming nga proseso sa Cf/AFS nagpakita sa mas taas nga kalig-on ug bubble uniformity. Ang AFS mas dali nga maporma ang dili normal nga dagko ug coarse nga mga pores sa panahon sa proseso sa ebolusyon sa pore. Dugang pa, ang disparity gipasangil sa heterogeneous nucleation effect sa Cf, nga nagpugong sa pagbuak sa bula nga bungbong ug nagpamenos sa coalescence samtang nagdugang sa nucleation rate.

(2) Ang pagdugang sa 0.5 wt.% Cf nagpino sa katumbas nga pore diameter gikan sa 2.9 ± 0.2 mm ngadto sa 1.9 ± 0.1 mm, nga makapakunhod pag-ayo sa coarse pore defects. Dungan, ang microstructure nagpadayag sa maayo nga pagkabasa sa Cf, nga giapod-apod ubay sa pore wall ug gas-solid interface, sa ingon nagpauswag sa kalig-on sa bula.

(3) Kon itandi sa AFS, ang compressive yield strength ug energy absorption capacity sa Cf/AFS misaka sa gibana-bana nga 40.6% ug 84.8%, matag usa. Ang mga nahibal-an niini nga pagtuon makahatag og mga ideya alang sa pagpalig-on sa aluminum foam sandwich panels nga adunay metallurgical bonding interface nga adunay potensyal alang sa mga aplikasyon sa engineering sa natad sa automotive ug aerospace nga mga industriya.

Artikulo gikan sa Journal of Materials Research and Technology