玻璃空心微珠-Al多孔材料壓縮及阻尼性能研究.pdf

1、本文采用擠壓鑄造專利技術(shù)制備了空心微珠體積分數(shù)為63％~67%的玻璃空心微珠/鋁泡沫多孔材料。利用金相顯微鏡、X射線成分分析(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、電子萬能試驗機、Gleeble1500D熱-力模擬試驗機、分離式Hopkinson壓桿(SHPB)、動態(tài)力學(xué)分析儀(DMA)等分析手段,研究了多孔材料的微觀組織、不同應(yīng)變速率沖擊吸能性能及低頻阻尼性能,探討微觀組織與性能的關(guān)系。
　　選取3M公司生產(chǎn)的玻璃空心微珠,牌號分

2、別為S38、K46。對原始玻璃空心微珠(平均粒徑40μm)的性能進行表征,發(fā)現(xiàn)其主要成分為SiO2和CaO,密度分別為0.38g/cm3和0.46g/cm3,孔隙率分別為85.1%和81.9%,空心微珠壁厚分比為1.0μm和1.3μm。XRD實驗結(jié)果表明,玻璃空心微珠為非晶態(tài)。SEM結(jié)果表明,玻璃空心微珠幾何形貌接近正圓形,空心微珠表面光滑,無微裂紋或孔洞等缺陷存在。制備的S38/Al和K46/Al多孔材料的密度分別為1.1g/cm3和

3、1.3g/cm3。
　　在準靜態(tài)壓縮下,制備的玻璃空心微珠/鋁多孔材料的壓縮強度隨玻璃空心微珠孔壁厚度、基體合金強度的增大而增大;其中S38/1100、K46/1100多孔材料的準靜態(tài)壓縮強度分別為76MPa和86MPa,吸能能力為33MJ/m3(ε=49%)和35MJ/m3(ε=53%),S38/6061、K46/6061多孔材料的壓縮強度分別為106MPa和121MPa,吸能能力為38MJ/m3(ε=42%)和43MJ/m3(

4、ε=43%);經(jīng)峰時效熱處理后,S38/6061、K46/6061多孔材料的壓縮強度提升至125MPa和145MPa,吸能能力提升至53MJ/m3(ε=47%)和55MJ/m3(ε=45%)左右。
　　在中高應(yīng)變速率動態(tài)壓縮下,玻璃空心微珠/鋁多孔材料的壓縮強度較之準靜態(tài)壓縮有一定程度的提高,多孔材料表現(xiàn)出應(yīng)變速率敏感性。應(yīng)變速率敏感性的大小主要取決于基體合金,1100純鋁的應(yīng)變速率敏感性高于6061鋁合金,不同基體合金制備的多孔

5、材料表現(xiàn)出同樣的變化趨勢且多孔材料的應(yīng)變速率敏感性不隨著應(yīng)變速率的增加而發(fā)生改變。
　　利用動態(tài)機械熱分析儀研究了玻璃空心微珠/鋁多孔材料的低頻阻尼性能,探究玻璃空心微珠的阻尼隨著應(yīng)變、溫度和頻率的變化趨勢。結(jié)果表明,多孔材料的阻尼值隨著應(yīng)變的增加而增大,其最大值可達0.14;多孔材料的阻尼值隨著溫度的增加而增加,其最大值可達0.15,多孔材料的阻尼值隨著頻率的增大而減小。熱處理后多孔材料的阻尼值發(fā)生明顯降低。
　　對多孔材