金屬泡沫鋁夾芯板的制備與力學(xué)性能研究.pdf

1、金屬泡沫鋁夾芯板既具有泡沫鋁質(zhì)輕、緩沖吸能效果好等特點(diǎn)，又能解決單一泡沫鋁板強(qiáng)度較低、難連接等問題，因此在航空航天、汽車制造、軌道交通、精密機(jī)床等工業(yè)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。金屬泡沫鋁夾芯板制備方法多采用膠粘工藝，但在使用過程中會(huì)出現(xiàn)界面結(jié)合強(qiáng)度不高，膠層易失效老化等缺點(diǎn)。粉末冶金制備法可以避免粘結(jié)法制備泡沫鋁夾芯板在使用過程中易出現(xiàn)的缺點(diǎn)，是金屬泡沫鋁夾芯板制備技術(shù)發(fā)展的一個(gè)主要方向。目前國內(nèi)的制備技術(shù)還不成熟與完善，因此探索一種相對(duì)

2、完善，適合工業(yè)化生產(chǎn)的制備工藝就顯得尤為重要。
　　本文首先提出包套軋制-粉末冶金法制備泡沫鋁夾芯板的制備工藝，并進(jìn)一步對(duì)此種工藝制備出的泡沫鋁夾芯板與粘結(jié)法制備出的泡沫鋁夾芯板進(jìn)行準(zhǔn)靜態(tài)三點(diǎn)彎曲和動(dòng)態(tài)沖擊行為的對(duì)比分析，為泡沫鋁夾芯板應(yīng)用制品的設(shè)計(jì)及優(yōu)化提供理論依據(jù)。具體研究成果如下:
　　通過鋁管包套軋制法制備可發(fā)泡預(yù)制體，顯著降低粉末的流失率，提高板型精度與完整性，獲得均勻致密的粉末，是一種有效的制備可發(fā)泡預(yù)制體的方法

3、。
　　通過軋制理論對(duì)包套軋制過程進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，軋制后粉體的致密度與粉末的初始裝填量及軋制壓下率有關(guān)。粉末初始密度高于2.40g/cm3，壓下率為65％～75％時(shí)，可獲得高質(zhì)量的可發(fā)泡預(yù)制體。
　　采用自行設(shè)計(jì)模具實(shí)現(xiàn)預(yù)制體的快速、均勻且受限發(fā)泡，這種發(fā)泡工藝即有利于降低能耗，又可避免面板的缺陷，同時(shí)有效控制泡沫鋁夾芯板的高度，可以獲得高度統(tǒng)一的泡沫鋁夾芯板。
　　對(duì)發(fā)泡劑氫化鈦進(jìn)行450℃，2h的氧化處理，發(fā)泡溫度為

4、700℃，發(fā)泡時(shí)間為90s～120s時(shí)，可以獲得膨脹率大約為200％～230％左右高質(zhì)量的泡沫鋁夾芯板。本實(shí)驗(yàn)制備泡沫鋁夾芯板的厚度約為10mm，面板厚度約為1mm，泡孔形貌大部分為多邊形結(jié)構(gòu)，泡孔層數(shù)不低于3層，平均孔徑范圍為1 mm～4mm，泡沫鋁夾芯板的平均密度范圍為0.70g/cm3～1.20g/cm3，芯層密度范圍為0.30g/cm3～0.80g/cm3。
　　通過準(zhǔn)靜態(tài)三點(diǎn)彎曲對(duì)包套軋制-粉末冶金法泡沫鋁夾芯板(以下簡(jiǎn)

5、稱YJ-AFS)與粘結(jié)法制備的泡沫鋁夾芯板（以下簡(jiǎn)稱NJ-AFS）進(jìn)行測(cè)試獲得的典型位移-載荷曲線得出:NJ-AFS的曲線主要分為兩個(gè)階段，線彈性階段和失穩(wěn)階段，而YJ-AFS的曲線分為三個(gè)階段:線彈性階段、穩(wěn)態(tài)階段和壓實(shí)階段。對(duì)失效模式分析得出:NJ-AFS類型出現(xiàn)一種失效模式主要為芯層斷裂和面板脫黏;YJ-AFS類型出現(xiàn)兩種失效模式，第一種失效模式主要是面板凹陷，壓頭下方面板兩側(cè)出現(xiàn)塑性鉸，芯層產(chǎn)生坍塌壓實(shí)破壞;第二種失效模式主要是

6、面板屈服，壓頭一側(cè)面板出現(xiàn)塑性鉸，芯層產(chǎn)生剪切破壞。比較不同芯層密度和跨距條件下的兩類泡沫鋁夾芯板的最大載荷、失效模式和吸能性能得出，最大載荷值隨著芯層密度的增加而增大，隨著跨距減少，最大載荷值增加，跨距的改變沒有改變失效模式。YJ-AFS類型吸能效果的不同，是由芯層密度和變形模式共同影響。對(duì)斷口分析得出，NJ-AFS和YJ-AFS類型芯層泡沫鋁斷口主要為脆性斷裂，斷口上出現(xiàn)大量平滑的解理面。NJ-AFS類型界面分離;而YJ-AFS類型

7、界面結(jié)合緊密。
　　動(dòng)態(tài)沖擊實(shí)驗(yàn)獲得的典型位移載荷曲線得出:NJ-AFS的曲線主要分為兩個(gè)階段，初始變形階段和失效壓碎階段;YJ-AFS分為三個(gè)階段，初始變形階段、漸進(jìn)壓潰階段和失效壓碎階段。對(duì)破壞模式分析得出:NJ-AFS類型破壞模式有兩種;而YJ-AFS類型分為三種破壞模式，其中第一和第二類破壞模式具有良好的緩沖效果。通過動(dòng)能控制實(shí)驗(yàn)得出，隨著能量的增加，試樣破壞的越嚴(yán)重，比較NJ-AFS類型和YJ-AFS類型的沖擊數(shù)據(jù)，第一

8、種YJ-AFS類型的沖擊模式，不但具有較長平臺(tái)區(qū)，其破壞時(shí)間大于NJ-AFS的試樣，尤其當(dāng)輸入能量為50J和70J時(shí)，此種類型的破壞時(shí)間大約是NJ-AFS試樣的2倍。對(duì)斷口分析得出，NJ-AFS和YJ-AFS類型的斷口均呈現(xiàn)混合型斷裂，晶粒被打碎，整個(gè)表面未出現(xiàn)大的、聚集的、平滑的片狀晶粒，面板處斷口表面不平滑，出現(xiàn)了滑移臺(tái)階，界面連接處發(fā)生明顯的彎曲。NJ-AFS類型界面出現(xiàn)寬而深的裂縫;YJ-AFS類型界面結(jié)合緊密，具有良好的結(jié)合效