اخبار صنعت
طراحی و بهینهسازی ترکیب مواد فوم آلومینیومی
فوم آلومینیوم یک ماده متخلخل سبک استفلزمادهای با عملکرد عالی. این عملکرد تا حد زیادی به طراحی ترکیب و بهینهسازی ماده بستگی دارد. در ادامه خلاصهای از طراحی ترکیب و بهینهسازی آن ارائه شده است.فوم آلومینیومیمواد، از انتخاب مواد اولیه اصلی گرفته تا افزودن عناصر آلیاژی و کنترل ریزساختار در فرآیند فومسازی.
۱. انتخاب مواد اولیه اصلی
مواد هسته فوم آلومینیومی معمولاً دو ماده زیر را به عنوان ماده اولیه اصلی انتخاب میکنند:
- آلومینیوم خالص (Al):نقطه ذوب پایینی دارد و عملکرد پردازشی خوبی دارد.
- آلیاژ Al-Si:از آنجا که خواص مذاب آن (نقطه ذوب، ویسکوزیته، کشش سطحی و غیره) از آلومینیوم خالص برتر است، بیشتر در تهیه فوم آلومینیومی مورد مطالعه قرار میگیرد.
در سیستم آلیاژی Al-Si، معمولاً از آلیاژی با کسر جرمی Si بین ۵ تا ۱۲ درصد استفاده میشود و مزایای آلیاژ Al-Si عبارتند از: مذاب دارای ویسکوزیته و سیالیت متوسطی است که تنظیم عملکرد فومسازی را آسان میکند. با افزودن سایر عناصر آلیاژی، میتوان خواص را بیشتر بهینه کرد.
۲. افزودن عناصر آلیاژی و اثرات آنها
برای بهبود پارامترهای ساختاری و عملکرد کلیفوم آلومینیومیمعمولاً مقادیر مناسبی از عناصر آلیاژی مانند Cu، Mg، Zn و غیره به آلیاژهای Al-Si اضافه میشود. عملکرد عناصر مختلف به شرح زیر است:
- افزودن مس
اصل مطلب: افزودن حدود ۳٪ مس به سیستم کامپوزیت Al-Mg-Si میتواند اندازه ذرات Mg₂Si را از ۳۰ میکرومتر به ۱۰ میکرومتر کاهش دهد، که میتواند ...دربه طور قابل توجهی مساحت کل سطح ذرات و ویسکوزیته مذاب را افزایش میدهد. وقتی 5% مس اضافه میشود، حالت انجماد از انجماد لایه به لایه به انجماد همزمان تغییر میکند که باعث بهبود سازماندهی ماده میشود.
اثر: افزایش زمان تثبیت منافذ در فرآیند فومسازی. کاهش بروز نقصها و ترکهای دیواره منافذ. بهبود سختی و مقاومت در برابر خوردگی مواد. - افزودن منیزیم
اصل عمل: افزودن مقدار مناسبی از منیزیم (حدود ۲٪) میتواند به طور مؤثر ساختار منافذ حباب را بهبود بخشد و پایداری فرآیند کفسازی را افزایش دهد. افزودن منیزیم میتواند به کاهش درهمتنیدگی خوشههای ذرات اکسید کمک کند، در نتیجه ساختار منافذ حباب را منظمتر و دیواره منافذ را یکنواختتر میسازد.
اثر: بهبود همگنی و پایداری منافذ. کاهش پدیده فروپاشی. - بهینهسازی Si
در آلیاژهای Al-Si، کاهش اندازه ذرات Si تأثیر آشکاری بر بهبود ساختار وزیکول دارد. آزمایشهای مرتبط ثابت کردهاند که افزودن 1% Mg به سیستم پودری آلیاژ Al-Si میتواند یکنواختی و صافی دیواره منافذ را به طور قابل توجهی بهبود بخشد و فرآیند فومسازی را پایدارتر کند.
۳. کنترل جریان مذاب و ویسکوزیته
الزامات صنعت هوافضا و خودرو: جریان خوب مذاب آلومینیوم برای تولید قطعات نازک و سبک ضروری است.آلیاژ آلومینیومریخته گری ها
نیازهای آمادهسازی فوم آلومینیوم: برای دستیابی به اثر کفکنندگی بهتر، باید سیالیت مذاب نسبتاً پایین (ویسکوزیته بالا) حفظ شود.
روشهای تنظیم ویسکوزیته: افزودن عناصر آلیاژی (مثلاً مس، منیزیم) با تغییر اندازه ذرات و توزیع آنها، ویسکوزیته مذاب را افزایش میدهد. نسبت ترکیب آلیاژ را برای بهینهسازی ناحیه انجماد و حالت انجماد تنظیم کنید.
۴. بهینهسازی ریزساختار
از طریق تجزیه و تحلیل ریزساختار (مثلاً میکروسکوپ نوری و مشاهده SEM)، میتوان استراتژیهای بهینهسازی زیر را استخراج کرد:
- کاهش مشکل درهمتنیدگی ذرات اکسید:ذرات اکسید ساده عملکرد کفسازی را به طور قابل توجهی بهبود نمیبخشند، اما منجر به ایجاد حفرههای حباب نامنظم و فروپاشی آسان میشوند. افزودن منیزیم میتواند به طور قابل توجهی توزیع ذرات اکسید را بهبود بخشد و ساختار حباب را منظمتر کند.
- بهینهسازی ترکیب یوتکتیک:افزودن Mg به آلیاژ Al-Si برای تشکیل یک سیستم یوتکتیک (مثلاً Al-Mg-Si) میتواند عملکرد فومسازی را به طور قابل توجهی بهبود بخشد. سیستم پودری آلیاژ یوتکتیک پایداری بالاتری را در فرآیند فومسازی نشان میدهد.
۵. تحقیقات مرتبط
تحقیق:برای مطالعه اثرات Mg و Si بر ساختار دیواره منافذ، اندازه منافذ و یکنواختی توزیع در فرآیند فومسازی. مشخص شد که افزودن Si یا Mg منفرد به پودر Al خالص تأثیر قابل توجهی ندارد، در حالی که افزودن حدود 1٪ Mg به آلیاژهای Al-Si میتواند به طور قابل توجهی پایداری فومسازی را بهبود بخشد و منجر به اندازه منافذ یکنواختتر و دیوارههای منافذ صافتر شود.
مقایسه تجربی:آزمایشها زیر میکروسکوپ نوری نشان میدهد که ذرات اکسید منفرد نمیتوانند اثر کفکنندگی را بهبود بخشند، اما منجر به ساختار منافذ نامنظم میشوند. با افزودن مقدار مناسبی از منیزیم، توزیع منافذ فوم یکنواختتر شده و پایداری به طور قابل توجهی بهبود مییابد.
هسته اصلی طراحی ترکیبیمواد فوم آلومینیومیهدف، بهینهسازی خواص مذاب و خواص فومسازی مواد از طریق روشهای آلیاژسازی و تعدیل ریزساختار است. نکات اصلی استراتژی بهینهسازی عبارتند از:
۱. آلیاژ Al-Si (محتوای Si 5% ~ 12%) را به عنوان ماده اولیه اصلی ترجیح دهید.
۲. مقدار مناسبی مس (حدود ۳٪ تا ۵٪) اضافه کنید تا ویسکوزیته مذاب بهبود یابد، ساختار حفرههای حباب بهبود یابد و زمان تثبیت حفرههای حباب طولانیتر شود.
۳. مقدار مناسبی منیزیم (حدود ۱٪ تا ۲٪) اضافه کنید تا پایداری فرآیند کفسازی، صافی دیواره منافذ و یکنواختی منافذ بهبود یابد.
۴. اندازه ذرات Si را کاهش دهید تا ترکیب یوتکتیک مذاب آلیاژ بهینه شود.
از طریق بهینهسازی فوق، عملکرد مواد فوم آلومینیومی در صنایع هوافضا و خودرو به طور قابل توجهی بهبود خواهد یافت.
