Зэсээр хийсэн карбон файбер хөнгөн цагаан хөөс сэндвич хавтангийн гүйцэтгэлийн үзүүлэлтүүд нь ердийн хөнгөн цагаан хөөстэй сэндвич хавтантай харьцуулахад

Хөнгөн цагаан хөөстэй сэндвич(AFS) хавтан нь нягт багатай, өндөр хувийн хүч чадал, таатай энерги шингээх, чийгшүүлэх чадвар, цахилгаан соронзон хамгаалалт зэрэг бүтцийн болон үйл ажиллагааны шинж чанаруудыг хослуулсан байдаг. Эдгээр гайхалтай шинж чанарууд нь AFS-ийг сансар огторгуй, тээвэр, тэнгисийн салбарт асар их боломжоор хангадаг. Дөнгөж металл хөөстэй харьцуулахад AFS-ийн гаднах металл хавтангууд нь хөөсийг үр дүнтэй битүүмжилж, суналтын болон гулзайлтын бат бэх зэрэг механик шинж чанарыг сайжруулж чаддаг. Ерөнхийдөө AFS нь наалдамхай холбох аргаар үйлдвэрлэсэн бөгөөд энэ нь эпокси давирхайн цавуу ашиглан хөнгөн цагаан хөөсийг хатуу металл хавтан дээр бэхлэх явдал юм.

Хэдийгээр наалдамхай холболтын арга нь бүтцийн чийгшлийг үр дүнтэй сайжруулдаг боловч өндөр температурт эсвэл идэмхий нөхцөлд дахин боловсруулалтад хүндрэлтэй, давхаргын эвдрэлд өртөмтгий зэрэг хязгаарлалтууд дагалддаг. Эдгээр хязгаарлалтыг арилгахын тулд самбар ба үндсэн давхаргын хоорондох металлургийн холболтыг бий болгохын тулд өргөн хүрээтэй судалгааны хүчин чармайлт гаргасан.

Одоогийн байдлаар металлургийн холболтыг бий болгоход чиглэсэн AFS бэлтгэх зонхилох аргуудыг гагнуур, хайлмал хөөсөрүүлэх, савлах нунтаг металлургийн арга гэсэн гурван ангилалд ангилдаг. Эдгээр аргуудын дотроос савлах нунтаг металлургийн аргыг нүх сүвний бүтцийг хянах, бага температурт хөөсөрүүлэхэд илүү сайн гэж үздэг. Бидний өмнөх ажил нь энэ технологийг үйлдвэрлэлийн хэрэглээнд илүү сайн тэлэлтийн шинж чанар, эсийн бүтэцтэй том хэмжээтэй AFS үйлдвэрлэхэд ашигласан.

Гэсэн хэдий ч хөөсөнцөрийн голын шахалтын механик шинж чанар харьцангуй бага тул AFS-ийн механик бат бэхийг сайжруулах нь хязгаарлагдмал байдаг тул хөөсний голын бат бөх чанарыг цаашид сайжруулах нь AFS-ийн хувьд маш чухал юм.

Өнөөдрийг хүртэл шахалтын механик шинж чанарыг сайжруулах нийтлэг аргууд байдагхөнгөн цагаан хөөсҮүнд: гадаргуугийн боловсруулалт, дулааны боловсруулалт, бөөмс, утас, хайлшийн элементүүд гэх мэтийг нэмж бэхлэх. Тэдгээрийн дотроос бага нягтралтай, өндөр уян хатан модультай, том хэмжээний харьцаатай богино нүүрстөрөгчийн утас нь ирээдүйтэй арматурын материал болохын тулд олны анхаарлыг татсан. Түүнчлэн, зэс бүрэх, никель бүрэх зэрэг нүүрстөрөгчийн утаснуудын гадаргууг металлжуулах нь хөнгөн цагааны хайлмал дахь нүүрстөрөгчийн утаснуудын чийгшүүлэх чадварыг сайжруулж, нүүрстөрөгчийн утас ба хөнгөн цагааны хайлмал хоорондын хортой урвалаас зайлсхийдэг. Богино нүүрстөрөгчийн файберыг одоо хөнгөн цагаан матрицын нийлмэл материалыг бэхжүүлэхэд өргөн ашигладаг.

Бхав Сингетал. Зэсээр бүрсэн нүүрстөрөгчийн утас, хөнгөн цагаан матрицын нийлмэл материалыг хутгах аргаар цутгах аргаар бэлтгэсэн. Муэтал. хоёр өнхрөх цутгах аргыг ашиглан никель бүрсэн нүүрстөрөгчийн утасаар бэхжүүлсэн хөнгөн цагаан матрицын нийлмэл материалууд. Үр дүн нь нүүрстөрөгчийн утас нэмснээр нийлмэл материалын суналтын бат бэхийг мэдэгдэхүйц сайжруулсан болохыг харуулсан. Гэсэн хэдий ч энэ талаар хийсэн судалгаа хязгаарлагдмал байдагхөнгөн цагаан хөөс бэхжүүлсэнзэсээр бүрсэн нүүрстөрөгчийн утастай. Caoetal. Эхний бэлтгэсэн зэсээр бүрсэн нүүрстөрөгчийн утаснууд нь хайлмал хөөсөрүүлэх аргаар хөнгөн цагаан хөөсийг бэхжүүлсэн. Үр дүнгээс харахад Cf-ийн 0.35% нь шингэн хальс тасрахаас сэргийлж хөнгөн цагаан хөөсийг тогтворжуулж чаддаг ба хөөсөнцөрт их хэмжээний ширхэгийн хэмжээ нэмэгдэх тусам тогтвортой байдаг. Муэтал. хайлмал хөөсөрүүлэх аргаар бэлтгэсэн хөнгөн цагаан хөөсний чийгшүүлэх шинж чанар нь Cf нэмснээр мэдэгдэхүйц сайжирсан болохыг харуулсан.

Үүний дагуу Cf нэмэх нь хөөсөрхөх тогтвортой байдал, механик шинж чанарыг нэгэн зэрэг сайжруулах үр дүнтэй стратеги болж чадна гэж дүгнэж болно.хөнгөн цагаан хөөс. Цаашилбал, нунтаг металлургийн аргаар бэлтгэсэн зэсээр бүрсэн нүүрстөрөгчийн утастай хүчитгэсэн хөнгөн цагаан хөөстэй сэндвич хавтангийн талаар мэдээлэл гараагүй байгаа нь судлаачдыг энэ чиглэлээр илүү гүнзгийрүүлсэн судалгаа хийх сэдэл төрүүлж байна.

Цөм үүсэх механизм ба тогтвортой байдлын талаар олон судалгаа хийсэнхөнгөн цагаан хөөсарматурын үе шатуудыг нэмсэнээр. Нүх сүвний тоо ба нүхний морфологийн ялгаа,

хэмжээ, тархалт, хэлбэр зэрэг нь ихэвчлэн бөөмийн механизм, тогтвортой байдалтай холбоотой байдаг. Нунтаг металлургийн систем дэх гетероген бөөмийн нөлөө ба ислийн сүлжээг тогтворжуулах механизмыг нарийвчлан судалсан. Энэхүү нийтлэлд ашигласан Al–Si–Mg–Cu-аас бүрдэх дөрөвдөгч хайлш нунтаг нь 507 ◦С хатуужлын температур, 596 ◦C шингэний температуртай онцгой тэлэлтийн хурдтай, хөөсөрхөх температур багатай байдаг. Гэсэн хэдий ч энэ хайлшны найрлагыг агуулсан нунтаг нягтаршлын бөөмийн механизм, тогтвортой байдал, шахалтын механик шинж чанарын талаар судалгаа дутмаг байдаг, ялангуяа Cf. Өмнөх ажлуудад бөөм үүсэх, тогтворжуулах механизмын судалгааг голчлон суурин бус аргаар хийж, хөөсрөлт тасалдсаны дараа хурдан хөргөсөн дээжийг томографийн шинжилгээнд хамруулсан. Харамсалтай нь дэд микрон бөмбөлөг бөөм үүсэх нь үндсэндээ прекурсорыг халаах явцад үүсдэг ба 100 мс-ээс 1 секундын хооронд хурдацтай өргөжиж, бодит цагийн ажиглалт хийхэд хүндрэл учруулдаг. Орчин үеийн синхротрон цацрагийн рентген зураглалын техник нь өндөр энерги, орон зайн цаг хугацааны нарийвчлалтай бөгөөд өндөр температурт хөнгөн цагаан хөөс үүсэх, ургах процессыг бодит цаг хугацаанд нь ажиглах боломжийг олгодог. Одоогоор зөвхөн хязгаарлагдмал судлаачид синхротрон цацрагаар Al-Si-Mg хайлшны нунтаг хөөсөрч буй кинетикийг судалж байна. Жишээлбэл, Гарсиа-Мореноетал. Шингэн хөнгөн цагаан хөөсөнцөр дэх бөөмжилт, өсөлт, бөмбөлөг дахин зохион байгуулалт, шингэний таталт, бөөгнөрөл, хальс тасрах зэрэг мэдэгдэхүйц динамик үзэгдлүүдийг мэдээлсэн. Камм нар. синхротрон цацрагаар AlSi8Mg4 хөнгөн цагаан хөөсний бөөмжилт, өсөлтийн процессыг судалсан. Тэдний олж мэдсэнээр металлын нунтаг гадаргуу дээрх адсорбатын задралын үр дүнд үүссэн устөрөгч нь бөөмийн өөр нэг чухал механизм болохыг харуулж байна. Гэсэн хэдий ч прекурсорын бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн харилцан үйлчлэл нь нарийн төвөгтэй бөгөөд хөөс үүсэх динамик нь тэдгээрийн найрлагад нөлөөлж болно. Al-Si-Cu-Mg нунтаг систем болон Cf нэмсэн Al-Si-Cu-Mg нунтаг системийн аль алиных нь хувьд металл хөөс үүсэх ба өсөлтийг ойлгох, судлах нь хөөсний цаашдын бүтцийн хөгжилд шинж чанарыг сайжруулахад чухал ач холбогдолтой юм. програмуудад зориулагдсан.

Энэ ажилд металлургийн гадаргуугийн холболттой Cf/AFS ба AFS-ийг савлах нунтаг металлургийн аргаар бэлтгэсэн. Cf/AFS болон AFS-ийн бөмбөлгүүдийн хувьслыг синхротрон цацрагаар газар дээр нь ажиглаж, Cf-ийн бөмбөлгийн бөөмжилт, өсөлт, нэгдэл, тогтвортой байдлын механизмыг илрүүлсэн. Түүнчлэн Cf/AFS болон AFS-ийг 620 ◦C температурт 15 минутын турш камерын зууханд хөөсөрүүлсэн. Дараа нь хөөсөн дээжийн нүх сүвний хэмжээ хуваарилалт, нүхний бичил бүтэц, шахалтын механик шинж чанарыг тодорхойлж, туршсан. Дээр дурдсан судалгаан дээр үндэслэн Cf/AFS болон AFS-ийн бүтэц, шахалтын бат бэхийг системтэйгээр үнэлэв.

2. Материал ба арга

2.1. Түүхий эд

AFS ба Cf/AFS бэлтгэхэд зургаан түүхий эд ашигласан: Al нунтаг (дундаж хэмжээ: 45 мкм, цэвэршилт >99.70%), Si нунтаг (дундаж хэмжээ: 38 мкм, цэвэршилт >99.50%), Cu нунтаг (дундаж хэмжээ: 38 мкм, цэвэршилт >99.90%), нунтаг Mg (дундаж хэмжээ: 75 мкм, цэвэршилт) >99.70%), TiH2 нунтаг (дундаж хэмжээ: 45 мкм, цэвэршилт >99.70%), зэсээр бүрсэн карбон файбер (дундаж хэмжээ: 1～2 мм, зэс бүрсэн зузаан: 1.4 μм).

2.2. Cf/AFS-ийн үйлдвэрлэл

Савлах нунтаг металлургийн аргын бүдүүвчийг зурагт үзүүлэвЗураг 1. Холих үе шатанд дөрөвдөгч хайлш AlSi6Mg4Cu4 нунтаг бэлтгэж, Al, Si, Cu, Mg-ийн нунтагыг жингийн 86%, жингийн 6%, жингийн 4%, жингийн 4% байна. 1 жингийн% исэлдсэн TiH2 нунтаг (470 ◦C температурт агаарт 1.5 цагийн турш дулааны боловсруулалт) -ийг үлээлгэх бодис болгон нэмсэн бөгөөд энэ нь хайлмал температурт H2-ийг хурдан ялгаруулж, хайлмалыг өргөжүүлдэг. Нэмж дурдахад жингийн 0.5% нүүрстөрөгчийн фибрийг арматурын үе шат болгон оруулсан. Ялангуяа чийгшүүлэх чадварыг сайжруулж, хөөсөрч байх үед шилэн-хөнгөн цагааны хайлмал дахь Al4C3 зэрэг хортой урвалаас урьдчилан сэргийлэхийн тулд нүүрстөрөгчийн утаснуудыг цахилгаанаар бүрсэн зэсээр бүрсэн. Цахилгаанаар бүрэх үйл явцыг Refs-д тайлбарласан.Зураг 2цахилгаангүй бүрэх процессоор гаргаж авсан зэсээр бүрсэн нүүрстөрөгчийн утаснуудыг харуулав. Бүрхүүл нь шилэн гадаргууг жигд, тасралтгүй бүрхсэн байдаг(Зураг 2(a)–(b)). Дараа нь энэ судалгаанд ашигласан янз бүрийн хайлшийн найрлагыг гурван хэмжээст холигчоор 3 цагийн турш Cf-тэй болон агуулаагүй дээр дурдсан нунтаг холих замаар бэлтгэсэн. Нэг жигд холилдсон нунтаг нь битүүмжилсэн хөндийд битүүмжлэгдсэн бөгөөд дараа нь хүйтэн, халуун өнхрөх процедурыг гүйцэтгэдэг.

Хүйтэн гулсмал үе шат нь хэд хэдэн олон дамжлага, жижиг хонхоруудаар дамжин хөндийн доторх агаарыг үр дүнтэй нүүлгэн шилжүүлдэг. Халуун цувих үе шат нь хавтан ба нунтагыг хамт хэв гажилтанд оруулснаар прекурсор нь харьцангуй нягтралыг 98% -иас давахыг баталгаажуулдаг бөгөөд энэ нь дараагийн хөөсөрч буй процессыг хөнгөвчилдөг. Өнхрөх үйл явцын нарийвчилсан параметрүүдийг Refs-д тайлбарласан болно. AFS ба Cf/AFS хөөсөрдөг прекурсоруудыг дээр дурдсан процессоор олж авдаг. Эцсийн эцэст, хөөсөрхөг прекурсоруудыг хоёуланг нь 620 ◦С-т 15 минутын турш халааж Cf/AFS болон AFS дээжийг гаргаж авсан бөгөөд эдгээрийг нүхний хэмжээ, бичил бүтцийн шинж чанар, шахалтын механик шинж чанарын туршилтад ашигласан.

2.3. Шинж чанар, туршилтын аргууд

2.3.1. Бичил бүтцийн шинж чанар

Cf/AFS болон AFS-ийн бичил бүтцийн морфологийг хээрийн ялгаралтыг сканнердах электрон микроскопоор (SEM, Zeiss Ultra Plus) судалсан. Эрчим хүчний дисперсийн спектроскопи (EDS) нь хөөсөрсөн дээжийн эсийн ханан дахь янз бүрийн фазын найрлагыг тодорхойлоход ашигласан. Дээжийн уртааш хэсгийг цахилгаан цэнэглэгч машин (EDM, DK7745) ашиглан хөөсөрсөн сорьцыг огтолж авсан. Үүний дараа сорьцын уртааш хэсгүүдийг будгаар бүрж, дараа нь 800 нунтаглах ба 1500 ширхэгтэй зүлгүүрээр зүлгүүрээр өнгөлсөн. Эцэст нь өнгөлсөн сорьцын хөндлөн огтлолын эквивалент эсийн диаметрийг (Dmean) дүрс шинжилгээний программ хангамж, Image Pro Plus 6.0 ашиглан тодорхойлсон.

Зураг 1.Савлах гулсмал нунтаг металлургийн аргын бүдүүвч.

Зураг 2.(a) зэсээр бүрсэн нүүрстөрөгчийн утаснуудын SEM зураг, (б) (а) хэсэгт улаан дөрвөлжин тэмдэглэгдсэн бүс нутгийн томруулсан зургийг харуулж байна. Зураг (c) ба (d) нь (b) дахь А цэгийн EDS үр дүн юм.

Зураг 3.Синхротрон цацрагийн туршилтын схемийн схем.

2.3.2. Синхротрон цацрагаар хөөсөрч буй газар дээрх ажиглалт

Синхротрон цацрагийн туршилтын схемийн бүдүүвчийг тоймлон үзүүлэвЗураг 3. Туршилтыг Бээжингийн синхротрон цацрагийн байгууламжийн 4W1A цацрагийн шугам дээр хийсэн (BSRF, Хятадын Шинжлэх ухааны академийн Бээжингийн өндөр энергийн физикийн хүрээлэн, Хятад). Ердийн шингээлтийн тодосгогч дүрслэлээс ялгаатай нь энэ баримт бичиг нь Синхротрон цацрагийн гэрлийн эх үүсвэртэй фазын тодосгогч дүрслэлийг ашигладаг. Энэ арга нь шингээлт муутай бодисыг дүрслэн харуулахад үр дүнгүй уламжлалт шингээлтийн дүрслэлийн хязгаарлалтыг авч үздэг. Сорьцыг хөөслөх процессыг тусгай зориулалтын хөөсөрч буй зууханд хийсэн бөгөөд рентген туяаны чиглэлд перпендикуляр байрлуулсан 15 мм-ээс 15 мм хэмжээтэй дөрвөлжин цонхтой. 3-р зурагт үзүүлсэн дээжийн хэмжээ 15 мм × 15 мм × 2 мм байна. Дээжийг тодорхой тооны керамик хуудаснаас бүрдсэн хөөсөрч буй хэвэнд хийнэ. Хөөс үүсэх процессын туршид рентген туяа нь дээжээр дамжин өнгөрч, цэнэглэгдсэн төхөөрөмж (CCD) камерт баригддаг. Сонгосон рентген туяаны эх үүсвэр нь 20 Кев-ийн эрчимтэй ажиллаж, хөөс үүсэх үйл явцыг бүхэлд нь ажиглахын тулд хамгийн дээд хэмжээ нь 7.4 мм × 7.4 мм байсан.

Ажиглагдсан дээжүүд нь гулсмал чиглэл ба шүргэгч чиглэлийн аль алинд нь перпендикуляр байрлалтай байсныг тэмдэглэх нь зүйтэй. 0.5 %-ийн Cf, 0.5 %-ийн Cf агуулаагүй прекурсоруудын аль аль нь EDM ашиглан дээжийн хоёр талаас хажуугийн хавтанг салгасан. Хөнгөн цагааны хөөс үүсэх шинж чанарт Cf-ийн нөлөөг судалсан. Цаашилбал, өөр өөр найрлагатай прекурсоруудыг урьдчилан тогтоосон 620 ◦С температурт нэг халаалтын зууханд хөөсөрч байв.

2.3.3. Шахалтын механик шинж чанарын туршилт

Шахалтын дээжийг EDM-ээр 23 мм-ийн өндөр, 20 мм-ийн диаметртэй цилиндр хэлбэртэй сорьц болгон хуваасан бөгөөд хэмжээсийн нөлөөллөөс зайлсхийхийн тулд чиглэл бүрт дор хаяж 10 бүрэн нүхтэй байхыг баталгаажуулсан. Бараг статик шахалтын туршилтыг ISO13314–2011 ба GB/T31930–2015 стандартын дагуу AG-XPLUS электрон универсал материалын хамгийн их даац нь 100 КН даацтай туршилтын машин ашиглан хийсэн. Бүлэг тус бүрээр гурван дээжийг туршсан бөгөөд энэ баримт бичигт байгаа шахалтын ачаалал-хэвлэлийн муруй нь шалгасан гурван дээжээс авсан дундаж үр дүнг харуулж байна. Бүх туршилтыг тасалгааны температурт 2 мм/мин (10−3 с−1-ийн анхны суналтын хурдтай харгалзах) тогтмол хөндлөвчийн хурдыг барьж, нүүлгэн шилжүүлэх хяналтын дор гүйцэтгэсэн.

Зураг 4.Cf/AFS хөөсөрч буй үйл явцын цаг хугацааны хувьсан синхротрон цацрагийн зураг: (a) 380 ◦C-ийн t0 мөчид хөөсөрч байгаагүй прекурсор; (б)–(в) урьдал хайлах явцад элементийн зэсийн уусах ба II төрлийн бөөмжилт; (г) – (ж) бөмбөлгүүдийн нэг төрлийн бус бөөмжилт ба өсөлтийн үйл явц; ба (h) – (i) бөмбөлгүүдийн нэгдэх ба тасрах.

3. Үр дүн ба хэлэлцүүлэг

3.1. Синхротроны цацрагийн нөлөөгөөр in situ хөөс үүсэх байдал

3.1.1. Cf/AFS-ийн хөөсний хувьсал

Зураг 4Cf/AFS-ийн хөөсөрч буй үйл явцыг харуулсан синхротрон цацрагийн цуврал зургийг харуулна. Cf/AFS-ийн анхны зургууд(Зураг 4 (а))матрицыг 380 ◦C температурт хатуу төлөвт байх үед авсан бөгөөд энэ хугацааг t0 гэж тохируулсан. Урьдчилсан найрлага дахь бусад бүрэлдэхүүн хэсгүүдтэй харьцуулахад Cf нь ихэвчлэн саарал хөнгөн цагаанаар баялаг матриц дотор хар өнгөтэй харагдаж байна. Үүнийг зурагт үзүүлсэн шиг шилэн гадаргуу дээрх зэсийн агууламж өндөртэй холбон тайлбарлаж болноЗураг 2(c)–(d), энэ нь прекурсорын бусад бүрэлдэхүүн хэсгүүдтэй харьцуулахад хамгийн том харьцангуй атомын масстай. Түүнчлэн, Cf-ийн дийлэнх нь нэгдмэл биш харин тарааж, салангид байдаг нь ажиглагдсан.Зураг 4(a). Энэ нь жингийн 0.5% Cf нэмснээр 3 цагийн турш хутгах үйл явц нь хүссэн тархалтын байдалд үр дүнтэй хүрч чадна гэсэн үг юм.

t0+194s-д (үзсэн шигЗураг 4(b)), саарал хөнгөн цагаан матрицад (улаан сумаар тэмдэглэгдсэн) 90 мкм-ээс 180 мкм хүртэлх диаметртэй олон тооны цагаан, бараг бөмбөрцөг хэлбэртэй бөмбөлгүүдийг ажиглаж болно. 46 секундын дотор бөмбөлгүүдийн тоо нэмэгдсээр байсанЗураг 4(c). Нэмж дурдахад матрицад гарч буй өөр нэг анхаарал татахуйц өөрчлөлт нь Cu уусгах үед Cf-ийн гадаргуу дээр зарим жижиг бөмбөлөгүүд үүсэх хандлагатай байдаг (улаан тасархай хайрцгаар тэмдэглэгдсэн). Энэ үзэгдэл нь зэс агуулсан нунтаг нунтаг дотор үүсдэг II төрлийн бөөмжилттэй холбоотой байх магадлалтай. Cu-г нэмснээр хайлшийн хайлах температур мэдэгдэхүйц буурдаг гэдгийг нийтээрээ хүлээн зөвшөөрдөг. Үүний үр дүнд халаах явцад зэсийн нунтаг агуулсан нунтаг урьдал бодис дахь бие даасан нунтаг хэсгүүдийн эргэн тойронд хайлж, бага температурт их хэмжээний Al-Si-Mg-Cu дөрөвдөгч эвтектик хайлмал үүсдэг. Дөрөвдөгчийн эвтектик хайлмал усан сан нь хайлшийн сул хэсэг байх хандлагатай бөгөөд бөөмжилтөд илүү өртөмтгий байдаг. Үүний үр дүнд бөмбөлөгүүд бөөмжиж, шилэн гадаргуу дээр зэсээр бүрхэгдсэн ойролцоо ургах магадлал өндөр байдаг. Цаашилбал, одоогийн байдлаар матриц дахь шингэний бага фракц нь TiH2-ийн задралаас үүссэн хийг хөнгөн цагаан матрицад амархан хуримтлуулахад хүргэдэг. II хэлбэрийн бөөмжилт нь хуримтлагдсан хий үүсэхээс үр дүнтэй зайлсхийж, шингэний бага фракцын матрицыг салгаж, шингэнээр дамжин ан цав үүсэхээс сэргийлж, устөрөгчийн хэмжээг их хэмжээгээр алддаг.

Зураг 4(d)Матриц бүхэлдээ хайлж байх үед бөмбөлгүүд эхлээд цөм болж, Cf хэсэгт ургаж байгааг харуулж байгаа бөгөөд бөмбөлгийн байрлал нь алга болж буй зэсээр бүрсэн давхаргатай тохирч байна (улаан тасархай хайрцгаар тэмдэглэгдсэн). Хоёрдогч фазыг нэмснээр нэг төрлийн бус бөөм үүсэх газруудын тоог нэмэгдүүлж, улмаар хайлшны хайлмал дотор шинэ бөмбөлөг үүсэх энергийн саадыг багасгадаг нь батлагдсан. Үүний зэрэгцээ, бөөмжилтийн хурд нь нэгж эзэлхүүн дэх нийт гетероген цөмийн талбайтай холбоотой байдаг. Үүний үр дүнд бөмбөлгүүд нь нүүрстөрөгчийн утас байрладаг газруудад эхлээд цөм болж, карбон файберын уртын дагуу өргөжиж байгааг ажиглаж болно. Хайлмал фракц цаашид нэмэгдэхийн хэрээр олон тооны шинэ бөмбөлөгүүд гарч ирсээр байнаЗураг 4(e)–4(g). Гэсэн хэдий ч бөмбөлгүүдийн орон нутгийн нэгдэх, хагарах хурд удаан байгаа нь бөмбөлөгүүд өндөр тогтвортой байдлыг харуулж байна. t0+426s үед бөмбөлөгүүдийн тоо мэдэгдэхүйц нэмэгддэг ба

урьдал эзэлхүүн нь их хэмжээний тэлэлтийг харуулдаг(Зураг 4(h)). Цаашилбал, Оствальд боловсорч гүйцсэний улмаас жижиг бөмбөлгүүд том бөмбөлгүүдэд шингэдэг зарим хөөс нийлэх (улаан сумаар тэмдэглэгдсэн) тохиолдох нь металл хөөс үүсэх явцад зайлшгүй тохиолддог үйл явц юм [40]. Энэхүү боловсорч гүйцсэн үзэгдлийн үр дүнд цөөн тооны том, жигд бус бөмбөлгүүд (улаан сумаар тэмдэглэгдсэн) гарч ирдэг.Зураг 4(i)).

Зураг 5.Янз бүрийн үе шатанд AFS-ийн хөөсөрч буй үйл явцын цаг хугацааны хувьслын зургууд: (a) 380 ◦C-ийн t0 мөчид хайлаагүй прекурсор; (б) урьдал хайлуулах явцад элементийн зэсийн уусалт ба II төрлийн бөөмжилт; (в) бөмбөлгүүдийн бөөмжилт ба өсөлтийн үйл явц; ба (г) – (f) бөмбөлгүүдийн нэгдэх ба тасрах.

3.1.2. AFS-ийн хөөсний хувьсал

Зураг 5-д AFS-ийн хөөсөрч буй үйл явцыг харуулсан синхротрон цацрагийн цуврал зургийг үзүүлэв. Cf/AFS-тэй адил синхротрон цацрагийн дарааллын анхны зургийг AFS нь 380 ◦C температурт хатуу фазад байхад авсан (харна уу).Зураг 5(a)). Матрицыг солидусын температураас дээш халаахад жижиг цагаан бөмбөлөгүүд харагдах болноЗураг 5(b) ба (c), Cu-аар баялаг бүсэд TiH2 задрал болон II төрлийн бөөмжилт үүссэний үр дүнд үүсдэг. Гэсэн хэдий ч үүссэн бөмбөлөгүүдийн тоо, тэдгээрийн тархалтын нягтЗураг 5(c)харьцуулахад мэдэгдэхүйц бага байнаЗураг 4(c). Энэ нь Cf/AFS нь цөм үүсэх явцад хий ялгаруулах илүү сувгийг хангаж, шингэн багатай хөнгөн цагаан матрицад хэт их ан цав үүсэхээс сэргийлж байгааг харуулж байна.

Cf/AFS-тай харьцуулахад цөөн тооны AFS цөм үүсэх газрууд ба хэвийн бус хөөс үүсэх магадлал өндөр байгааг ажиглаж болно.Зураг 5(d)–(f). AFS бөмбөлгүүдийн хувьсал жигд бус бөгөөд микрометрийн хэмжээтэй бөмбөлөгүүд болон хэвийн бус миллиметр хэмжээтэй том бөмбөлгүүд (улаан сумаар тэмдэглэгдсэн) зэрэгцэн оршдог тул тэдгээрийн хэмжээ нь өргөн хэлбэлзэлтэй байдаг. Түүнчлэн, цөм үүсэх эхэн үеийн энэхүү тогтворгүй байдал, нэг төрлийн бус байдал нь AFS ба Cf/AFS-ийн хоорондох нүх сүвний эцсийн бүтэц, механик шинж чанарт ихээхэн ялгаатай байж болно.

3.2. Макро бүтцийн шинжилгээ

AFS ба Cf/AFS-ийн макроскопийн нүх сүвний морфологи ба нүхний диаметрийн ялгааг судлахын тулд лабораторийн нөхцөлд 620 ◦С-ийн хөөсөрч буй температурт 15 минутын турш хоёр сэндвич бүтцийг бэлтгэсэн. AFS ба Cf/AFS-ийн макро бүтэц, эсийн хэмжээ хуваарилалтыг үзүүлэвЗураг 6. Хоёр сэндвич бүтцийн дээжийн босоо хэсгүүдийг харьцуулж үзэхэд Cf/AFS хөөс нь нарийн ширхэгтэй эсүүдтэй, эсүүд хагарах, нэгдэх зэрэг согог багатай болохыг харуулж байна (харна уу.Зураг 6 (b)). Эсрэгээр нь харуулсан шигЗураг 6(a), AFS нь зарим хэвийн бус том нүхтэй нүх сүвний жигд бус байдлыг харуулдаг. Үүний зэрэгцээ, AFS ба Cf/AFS-ийн нүх сүвний диаметр нь 2.9 ± 0.2 мм ба 1.9 ± 0.1 мм байсан нь нүхний диаметрийг Cf нэмснээр илүү боловсронгуй болгосон болохыг харуулж байна (харна уу).Зураг 6(c) ба (d)).

Нүх сүвний бүтцийн хувьсал нь TiH2 задрал ба хөөс нийлэх, хагарах гэсэн хоёр өрсөлдөөнт механизмаар нөлөөлдөг. TiH2-ийн задрал нь бөөмийн тоо, сүвэрхэг байдал, тэлэлтийн хурдыг нэмэгдүүлэхэд хувь нэмэр оруулдаг бол бөмбөлөгүүд нийлж, хагарах нь нүхний тоог бууруулж, нүхний диаметрийг нэмэгдүүлдэг. Бөмбөлөг нэгдэх, хагарах үйл явдлуудыг багасгах нь эсийн бүтцийг илүү сайн болгоход хувь нэмэр оруулдаг. Тиймээс хөөс үүсэх явцад нүх сүвний бүтцийн нэгэн төрлийн байдлыг хадгалахын тулд хөөсний өндөр тогтвортой байдал шаардлагатай. Cf/AFS-ийн хувьд Cf нэмэх нь хөнгөн цагааны хайлмалтай утаснуудын чийгшүүлэх чадварыг ихээхэн сайжруулдаг. Хайлмал хөөсөлтийн аргаар бэлтгэсэн Cf хүчитгэсэн хөнгөн цагаан хөөс [44]-тэй адилаар Cf нэмснээр эсийн хана хагарахаас сэргийлж, бөөгнөрөлийг бууруулж хөнгөн цагаан хөөсийг тогтворжуулдаг. Үүний зэрэгцээ Cf нь эсийн хананд тор хэлбэртэй бүтэц үүсгэж, тусгаарлах хүчийг бий болгож, бөмбөлөг хагарахаас сэргийлж, эсийн бүтэц, хөөсний тогтвортой байдал, нүх сүвний жигд тархалтыг сайжруулдаг.

3.3. Бичил бүтцийн шинж чанар

Зураг 7(а)AFS-ээр хөөсөрсний дараа эсийн хананы бичил бүтцийг харуулав. AlSi6Cu4Mg4 хайлшны хөөсөнцөрийн хувьд эвтектик Al–Si, Mg2Si, Al2Cu, Al5Cu2Mg8Si6 хайлшид агуулагдаж байгаа нь EDS шинжилгээнээс олж авсан үр дүнтэй нийцэж байна.Зураг 7(b). Эдгээр хэврэг үе шатууд нь нүхний ханыг сулруулж эсвэл хэв гажилтын үед хагарлын эх үүсвэр болж хөнгөн цагаан хөөсний механик шинж чанарыг бууруулдаг. Иймээс арматурын үе шатыг нэмж нүхний хананы механик шинж чанарыг сайжруулах нь бодит бөгөөд үр дүнтэй стратеги юм.

Cf/AFS-ийн хувьд үүнийг ажиглаж болноЗураг 7(c) ба (г)Cf нь эсийн хананы дотор эсвэл эсийн хананы ирмэг дээр тархсан байдаг нь Cf нь хөнгөн цагааны хайлмалтай маш сайн чийгшдэг болохыг харуулж байна. Цаашилбал, энэ нь мэдэгдэхүйц юм (үзнэ үүЗураг 7(d)) бага зэргийн тунадасны фазын Al2Cu нь утас ба хөнгөн цагааны хайлмал хоорондын зааг дээр үүсдэг. Энэ үзэгдэл нь утас ба матрицын хооронд хүчтэй холбоо тогтооход хувь нэмэр оруулдаг. Энэхүү тархалтын урвалын явцыг зөн совингоор ажиглаж болноЗураг 4(a)–(c). Тунадасжилтын үе шат нь нүүрстөрөгчийн утаснуудыг бүрэн хүрээлдэггүй бөгөөд энэ тархалтын төлөв байдал, хэмжээ нь Cf/AFS-д ашигтай гэдгийг анхаарна уу. Lv нар Cf хүчитгэсэн хөнгөн цагаан матрицын нийлмэл материал дээр хийсэн судалгаан дээр үндэслэн тунадасны фазын зохих хэмжээ нь фаз хоорондын холболтын бат бөх байдалд нөлөөлж, зохицуулж болохыг харуулсан.

Зураг 6.Төлөөлөгч дээжийн босоо зүсэлт (a) AFS ба (б) Cf/AFS. (a) ба (b)-д харгалзах талбайн фракцтай тэнцэх диаметрийг (c) болон (d)-д тус тус үзүүлэв. (c) ба (d) дахь цул үргэлжилсэн шугам нь лог-нормаль тохирохыг илэрхийлнэ. Регресс (R2 ) нь сайн тохирох байдлыг илэрхийлдэг.

Зураг 7.SEM зураг (a) ба (b) нь харгалзах бичил бүтцийг харуулж байнаЗураг 6(a) AFS баЗураг 6(б) Cf/AFS, мөн түүнчлэн,Зураг 7(б) ба (г)-ийн орон нутгийн томруулагчийг харуулнаЗураг 7(а) ба (в) тус тус.

3.4. Cf тогтворжуулах Al-Si-Mg-Cu хөөс үүсэх механизм

Дээр дурдсан дүн шинжилгээнд үндэслэн Cf/AFS болон AFS-ийн хөөс үүсэх механизмын бүдүүвч дүрслэлийг нэгтгэн үзүүлэв.Зураг 8. Цөм үүсэх үе шат, хөөс үүсэх, нэгдэх үе шат, аажмаар хатуурах үе шат дахь Cf/AFS ба AFS-ийн мэдэгдэхүйц ялгааг доорх зурагт үзүүлэв.Зураг 8(a) ба (b).

Зураг 8.Cf/AFS ба AFS-ийн хөөсрөлтийн бүдүүвч диаграм: (a) Cf/AFS; ба (б) AFS.

AlSi6Cu4Mg4 хайлшны хөөс үүсэх үе шатанд бөмбөлгүүд нь TiH2 хэсгүүдийн байрлал дээр бөөмжихээс илүүтэйгээр зэсийн хэсгүүдийг тойрсон шингэн дөрөвдөгч эвтектик дотор бөөмжих хандлагатай байдаг. Урьдчилан үүсгэгчийн хамгийн сул хэсэгт (II хэлбэрийн бөөм) ийм төрлийн бөөм үүсэх нь TiH2 задралаас ялгарах хийг илүү гадагшлуулах сувгийг бий болгож, хий хуримтлагдахаас сэргийлж, хөнгөн цагааны хайлмагт ан цав үүсэхээс сэргийлдэг. Зэсээр бүрсэн нүүрстөрөгчийн утас нэмснээр H2 ялгаруулах илүү олон суваг бий болж байгаа бололтой. Гэсэн хэдий ч, хөнгөн цагааны хайлмал нь энэ үе шатанд хангалттай шингэн фракцгүй тул ийм жижиг бөмбөлөгүүд H2-ийн хангалттай эх үүсвэртэй байх нь хэцүү байдаг. Үүний үр дүнд эдгээр жижиг бөмбөлгүүд нь температур нэмэгдэх тусам хайлмал дотор хагардаг. Урьдчилсан бодисыг бүрэн хайлахад TiH2-ийн хүчтэй усгүйжүүлэлтийн урвалаас ялгарсан H2 нь бөөмжиж, бөөмжих цэг дээр үндэслэн хурдан өсөх болно. Cf нь бөмбөлөг үүсгэх олон тооны гетероген бөөмжилтийн цэгүүдийг өгдөг бөгөөд энэ нь бөөмийн хурдыг ихээхэн нэмэгдүүлдэг. Үүний зэрэгцээ Cf байгаа нь анхдагч бөмбөлгүүдийн холбоо барих, нэгдэхийг үр дүнтэй саатуулж, хэвийн бус том бөмбөлөг үүсэхээс сэргийлдэг.

Бөмбөлөг ургах, нэгдэх үе шатанд Cf нэмэх нь хөөсний тогтвортой байдлыг ихээхэн сайжруулдаг. Учир нь Cf болон хөнгөн цагааны хайлмал нь чийгшүүлэх чадвар сайтай бөгөөд утаснууд нь хий-шингэн интерфейсийн хооронд амархан баригдаж сүлжээний бүтэц үүсгэдэг (зурагт үзүүлсний дагуу).Зураг 7(c)). Шингэн хальс нимгэрч байгаа тул утаснууд нь өндөрлөг газрын хилээс сорохыг эсэргүүцэхийн тулд тусгаарлах даралтыг бий болгож, шингэн хальсыг хагарахаас сэргийлдэг. Тиймээс Cf/AFS нь AFS-тай харьцуулахад илүү удаан хөөсөрч, хөөс үүсэх явцад нүхжилтийн бүтцийн жигд байдлыг хадгалах өндөр тогтвортой байдал шаарддаг.

Удаан хатуурах үе шатанд Cf/AFS дахь бөмбөлөгүүд ургахаа больж, утаснууд нь эсийн хананд (улаан тасархай хайрцгаар тэмдэглэгдсэн) суулгагдсан байдаг. Ширхэгүүдийн ийм хадгалалт нь Оствальд боловсорч гүйцсэний адил том бөмбөлгүүдэд жижиг бөмбөлгийг шингээхээс сэргийлж, хатуурах тэлэлтийн улмаас эсийн хана хагарахаас сэргийлдэг. Үүний үр дүнд Cf/AFS нь AFS-тай харьцуулахад илүү нэгэн төрлийн нүх сүвний бүтэцтэй бөгөөд нүхний согог багатай байдаг.

3.5. Механик шинж чанар

Бараг ижил сүвэрхэг (83.2% ба 81.4% тус тус) Cf/AFS ба AFS-ийн шахалтын хүчдэл-хүч алдагдлын муруйг энд үзүүлэв.Зураг 9(a). Шахалтын хүчдэл-хүчдэлийн муруй нь шугаман уян харимхай бүс, тэгш өндөрлөгийн бүс, нягтралын бүсээс бүрдэх тодорхой гурван үе шаттай шинж чанарыг харуулдаг. AFS ба Cf/AFS-ийн шахалтын уналтын бат бэх нь тус тус 8.44 МПа ба 11.87 МПа байв. Cf/AFS-ийн шахалтын уналтын бат бэхийг AFS-тай харьцуулахад 40.6%-иар нэмэгдүүлсэн. Үүний зэрэгцээ Cf/AFS-ийн энерги шингээх чадвар нь ижил ачаалалтай үед AFS-ээс илүү сайн байдаг.Зураг 9(b). AFS ба Cf/AFS-ийн энерги шингээх чадвар нь ойролцоогоор 3.3 MJ/m3 ба 6.1 MJ/m3 байна. Cf/AFS-ийн энерги шингээх чадвар AFS-тай харьцуулахад 84.8%-иар сайжирсан.

Зураг 9.Cf/AFS ба AFS-ийн шахалтын хүчдэл-галт тэрэгний муруй ба энерги шингээх чадварын муруй: (a) шахалтын хүчдэл-галт тэрэгний муруй; (б) энерги шингээх чадварын муруй.

Cf-ийг оруулсан нь хөөсний голын механик шинж чанарыг ихээхэн сайжруулсан. Механик шинж чанар нь сайн мэддэгхөнгөн цагаан хөөснүх сүвний бүтэц, тулгуурын механик шинж чанаруудтай нягт холбоотой байдаг. Макро бүтцийн шинжилгээгээр Cf нэмснээр нүх сүвний хэмжээ сайжирч, нүх сүвний хуваарилалт сайжирч, нүхний согог багассан байна. Сасикумар нартай төстэй. болон Янгетал. жижиг нүх сүвний диаметр, нарийхан нүх сүвний хуваарилалт нь шахалтын бат бэх, энерги шингээх үр ашгийг нэмэгдүүлэхэд илүү ашигтай байдаг. Түүнчлэн хөөсний механик шинж чанарт бичил бүтцийн нөлөөлөл нь голчлон хөөсний нүхний хананд суулгасан Cf-ээс шалтгаална. Зэсээр бүрсэн нүүрстөрөгчийн утаснуудын хөнгөн цагаан матрицад тархах, уусгах нь утас ба хөнгөн цагаан матрицын хооронд илүү бат бөх холбоосыг бий болгож, ачааллыг шилжүүлэхэд хувь нэмэр оруулдаг. Нүх сүвний хананд бэхлэгдсэн өндөр модультай карбон файбер нь шахалтын ачааллын үед нүх сүвний хананы хэв гажилтыг хязгаарлаж, даацыг сайжруулдаг. Эдгээр бүх хүчин зүйлүүд нь AFS-тай харьцуулахад илүү их ургацын бат бэх, энерги шингээх чадварыг бий болгохын тулд Cf/AFS-ийг дэмждэг.

4. Дүгнэлт

Энэ ажилд Cf/AFS болон AFS-ийг савлах нунтаг металлургийн аргаар бэлтгэсэн. Cf/AFS ба AFS-ийн хөөсрөлтийг синхротрон цацрагаар динамикаар ажиглав.

бөмбөлгийн бөөм болон өсөлтөд Cf-ийн нөлөөг судлах. Түүнчлэн хөнгөн цагаан хөөсний нүх сүвний хэлбэр, нүх сүвний тархалт, шахалтын шинж чанарын талаархи Cf-ийг сайтар судалсан. Гол дүгнэлтүүд нь дараах байдалтай байна.

(1) Синхротроны цацрагийг газар дээр нь ажигласнаар Cf/AFS ба AFS хөөсрөх процессууд нь бөмбөлөг бөөм үүсэх, хөөс үүсэх, нэгдэх, хатуурах гэсэн гурван тодорхой үе шаттай болохыг харуулж байна.

AFS-тай харьцуулахад Cf/AFS-ийн хөөсөрч буй үйл явц нь илүү тогтвортой байдал, бөмбөлөг жигд байдлыг харуулдаг. Нүхжилт үүсэх явцад AFS нь хэвийн бус том, бүдүүн нүх үүсэхэд илүү өртөмтгий байдаг. Нэмж дурдахад энэ ялгаа нь Cf-ийн гетероген бөөмийн эффекттэй холбоотой бөгөөд энэ нь бөмбөлөгний хана хагарахаас сэргийлж, бөөмжилтийн хурдыг нэмэгдүүлэхийн зэрэгцээ нэгдэхийг бууруулдаг.

(2) Cf-ийн жингийн 0.5% нэмэх нь нүхний эквивалент диаметрийг 2.9 ± 0.2 мм-ээс 1.9 ± 0.1 мм болгон сайжруулж, том ширхэгтэй нүхний согогийг эрс багасгадаг. Үүний зэрэгцээ бичил бүтэц нь нүх сүвний хана болон хийн хатуу интерфейсийн дагуу тархсан Cf-ийн сайн чийгшлийг харуулж, улмаар хөөсний тогтвортой байдлыг сайжруулдаг.

(3) AFS-тай харьцуулахад Cf/AFS-ийн шахалтын уналтын бат бэх ба энерги шингээх чадвар ойролцоогоор 40.6% ба 84.8% тус тус өссөн байна. Энэхүү судалгааны үр дүн нь автомашины болон сансрын үйлдвэрлэлийн салбарт инженерийн хэрэглээнд ашиглах боломжтой металлургийн холбох интерфейс бүхий хөнгөн цагаан хөөс сэндвич хавтанг бэхжүүлэх санааг өгч чадна.

Материалын судалгаа, технологийн сэтгүүлийн нийтлэл