Хусусиятҳои иҷрои сэндвич панели алюминийи нахи карбон дар мис гузошташуда дар муқоиса бо сэндвич панели оддии кафк алюминий

Сэндвичи кафк аз алюминийПанелҳои (AFS) дорои маҷмӯи хусусиятҳои сохторӣ ва функсионалӣ мебошанд, аз қабили зичии паст, қувваи баланди хос, азхудкунии мусоиди энергия, иқтидори дампинг ва муҳофизати электромагнитӣ. Ин хосиятҳои олӣ AFS-ро дар соҳаи аэрокосмос, нақлиёт ва баҳрӣ потенсиали бузург доранд. Дар муқоиса бо кафкҳои базӯр металлӣ, плитаҳои металлии берунии AFS метавонанд кафкро ба таври муассир мӯҳр зананд ва хосиятҳои механикии ҳамаҷонибаи онро, аз қабили қувваи кашиш ва печиданро беҳтар созанд. Умуман, AFS бо усули пайвасткунии часпак сохта шудааст, ки бо истифода аз илтиёми қатрони эпоксидӣ васл кардани кафк алюминий ба панелҳои металлии сахтро дар бар мегирад.

Ҳарчанд усули пайвастшавии часпак сустшавии сохторро ба таври муассир беҳтар мекунад, он бо маҳдудиятҳо, аз ҷумла мушкилот дар коркард ва ҳассосият ба шикасти деламинатсия дар шароити ҳарорати баланд ё зангзананда ҳамроҳ аст. Барои бартараф кардани ин маҳдудиятҳо, кӯшишҳои васеи тадқиқотӣ барои ноил шудан ба пайванди металлургӣ байни панел ва қабати аслӣ бахшида шудаанд.

Дар айни замон, усулҳои бартаридоштаи омодасозии AFS, ки ба ноил шудан ба пайванди металлургӣ нигаронида шудаанд, умуман ба се категория тасниф карда мешаванд: кафшер, кафккунии гудохта ва усули печонидани металлургияи хока. Дар байни ин усулҳо, усули металлургияи печонидани хока барои назорати сохтори сӯрохиҳо ва ноил шудан ба кафккунии ҳарорати паст бартарӣ ҳисобида мешавад. Кори қаблии мо ин технологияро барои тавлиди AFS-и калонҳаҷм бо хосиятҳои беҳтари тавсеа ва сохтори ҳуҷайравӣ барои барномаҳои саноатӣ истифода бурд.

Аммо аз сабаби нисбатан паст будани хосиятҳои механикии фишурдавии ядрои кафк, такмили устувории механикии АФС маҳдуд аст, бинобар ин, минбаъд такмил додани мустаҳкамии ядрои кафк барои АФС муҳим аст.

То имрӯз, усулҳои маъмул барои беҳтар кардани хосиятҳои механикии фишурда гузориш додандпенои алюминийчунинанд: коркарди руи замин, коркарди гармй ва арматура бо рохи илова кардани заррачахо, наххо, элементхои хӯладор ва ғайра. Дар байни онҳо нахҳои карбонии кутоҳ бо зичии паст, модули чандирии баланд ва таносуби ҷанбаҳои калон ҳамчун масолеҳи умедбахши арматурӣ таваҷҷӯҳи васеъро ба худ ҷалб кардаанд. Гузашта аз ин, металлизатсияи рӯизаминии нахҳои карбон тавассути электропликатсия ё пӯшонидани кимиёвӣ, аз қабили миспӯшӣ ё никелпӯшӣ, намнокии нахҳои карбонро дар гудохтаи алюминий боз ҳам беҳтар мекунад ва аз реаксияҳои зараровар байни нахҳои карбон ва алюминий пешгирӣ мекунад. Ҳоло нахи кӯтоҳи карбон барои мустаҳкам кардани композитҳои матритсаи алюминий ба таври васеъ истифода мешавад.

Бхав Сингетал. наххои карбонии бо мис печонидашуда тайёр карда шудаанд, ки композитхои алюминии матрица бо усули рехтагарй мустахкам карда шудаанд. Муетал. композитхои матрицаи алюминии сохташуда, ки бо наххои карбонии бо никел пушондашуда бо усули рехтагарии ду-ролл мустахкам карда шудаанд. Натиљањо нишон доданд, ки ќувваи кашиши композитњо бо илова намудани нахњои карбон ба таври назаррас афзоиш ёфтааст. Бо вуҷуди ин, дар бораи тадқиқоти маҳдуд гузаронида шудаасткафк алюминий мустахкам карда шудаастбо наххои карбон бо мис пушондашуда. Каоетал. Нахҳои карбонӣ, ки бо мис печонида шудаанд, аввал тайёр карда шудаанд, кафкҳои алюминийро тавассути усули кафккунии гудохта мустаҳкам карданд. Натиҷаҳо нишон медиҳанд, ки 0,35 ҳаҷм% Cf метавонад кафки алюминийро бо роҳи пешгирӣ аз шикастани плёнкаи моеъ устувор гардонад ва ҳамон қадар миқдори нахҳои ба кафк иловашуда устувортар аст. Муетал. нишон дод, ки хосиятхои демпферии кафки алюминие, ки бо усули кафккунии гудохта тайёр карда мешаванд, бо илова кардани Кф хеле бехтар гардид.

Аз ин рӯ, метавон хулоса кард, ки илова кардани Cf метавонад як стратегияи муассир барои беҳтар кардани устувории кафккунӣ ва хосиятҳои механикиикафкхои алюминий. Ғайр аз он, дар бораи нахҳои карбон бо мис печонидашуда, ки бо усули металлургияи хока омода карда шудаанд, муҳаққиқонро водор месозад, ки дар ин соҳа таҳқиқоти амиқтар анҷом дода шаванд, гузориш дода нашудааст.

Оид ба механизми ядрошавӣ ва устувории он тадқиқотҳои сершумор гузаронида шудандкафкхои алюминийбо илова кардани фазахои мустахкамкунанда. Тафовут дар шумораи сӯрохҳо ва морфологияи сӯрохҳо,

ба монанди андоза, тақсимот ва шакл, одатан ба механизмҳои ядроӣ ва устуворӣ марбутанд. Таъсири ядроии гетерогенӣ ва механизмҳои устуворсозии шабакаи оксидҳо дар системаи металлургияи хока ҳамаҷониба омӯхта шудааст. Хокаҳои хӯлаи чоргонаи иборат аз Al–Si–Mg–Cu, ки дар ин мақола истифода шудаанд, суръати истисноии васеъшавӣ ва ҳарорати пасти кафккуниро бо ҳарорати солиус 507 ◦C ва ҳарорати моеъи 596 ◦C нишон доданд. Бо вуҷуди ин, набудани тадқиқот оид ба механизми ядрошавӣ, устуворӣ ва хосиятҳои механикии фишурдашудаи компактҳои хока, ки ин таркиби махсуси хӯлаи доранд, махсусан ҳангоми ворид кардани Cf. Дар корҳои қаблӣ, таҳқиқоти механизмҳои ядрошавӣ ва устуворкунӣ пеш аз ҳама тавассути усулҳои ғайридавлатӣ, бо назардошти таҳлили томографии намунаҳо, ки пас аз қатъ шудани кафк зуд сард мешуданд, гузаронида мешуданд. Мутаассифона, нуклеатсияи ҳубобҳои субмикронӣ асосан ҳангоми гармкунии прекурсорҳо ба амал меояд ва дар фосилаҳои вақт аз 100 мс то 1 сония зуд васеъ мешавад ва аксар вақт барои мушоҳидаи вақти воқеӣ мушкилот эҷод мекунад. Техникаи муосири тасвири рентгении синхротронӣ дорои энергияи баланд ва резолюцияи фазо-вақтӣ мебошад, ки имкон медиҳад, ки дар вақти воқеӣ мушоҳидаи ядрошавӣ ва раванди афзоиши кафкҳои алюминийро дар ҳарорати баланд мушоҳида кунанд. Дар айни замон, танҳо муҳаққиқони маҳдуд кинетикаи кафккунии хокаи хӯлаи Al-Si-Mg тавассути радиатсияи синхротронро омӯхтаанд. Масалан, Гарсиа-Мореноетал. зуҳуроти назарраси динамикӣ дар кафки алюминийи моеъ, аз ҷумла ядрошавӣ ва афзоиш, азнавсозии ҳубобӣ, бозпас гирифтани моеъ, агломератсия ва шикастани плёнка гузориш дод. Камм ва дигарон. ядрошавй ва нашъунамои кафки алюминии AlSi8Mg4-ро бо шуоъхои синхротронй омухт. Бозёфтҳои онҳо нишон доданд, ки гидроген, ки тавассути таҷзияи адсорбатҳо дар сатҳи хокаи металлӣ тавлид мешавад, боз як механизми муҳими ядрошавӣ мебошад. Бо вуҷуди ин, таъсири мутақобилаи ҷузъҳои прекурсорҳо мураккаб аст ва ба динамикаи кафккунӣ аз таркиби онҳо таъсир расонида метавонад. Барои ҳам системаи хокаи Al-Si-Cu-Mg ва ҳам системаи хокаи Al-Si-Cu-Mg бо иловаи Cf, фаҳмидан ва омӯхтани оғоз ва афзоиши кафк металлӣ барои рушди минбаъдаи сохтории кафк барои беҳтар кардани хосиятҳо муҳим аст. барои барномаҳо.

Дар ин кор Cf/AFS ва AFS бо пайванди байнифаъолагии металлургӣ бо усули металлургияи прокати хокаи бастабандӣ омода карда шуданд. Эволюцияи футурҳои Cf/AFS ва AFS дар ҷои худ тавассути радиатсияи синхротронӣ мушоҳида карда шуд, то механизми Cf дар ядрошавии ҳубоб, афзоиш ва якҷояшавӣ ва устуворӣ ошкор карда шавад. Илова бар ин, Cf/AFS ва AFS дар 620 ◦C барои 15 дақиқа дар оташдонҳои камеравӣ кафк карда шуданд. Минбаъд, тақсимоти андозаи сӯрохиҳо, микроструктураи сӯрохҳо ва хосиятҳои механикии фишурдашудаи намунаҳои кафкшуда тавсиф ва озмуда шуданд. Дар асоси таҳқиқоти дар боло зикршуда, сохтор ва қувваи фишурдани Cf/AFS ва AFS мунтазам арзёбӣ карда шуданд.

2. Маводҳо ва усулҳо

2.1. Маводи хом

Барои тайёр кардани AFS ва Cf/AFS 6 ашёи хом истифода шудааст: хокаи Al (андозаи миёна: 45 мкм, тозагӣ >99,70%), хокаи Si (андозаи миёна: 38 мкм, тозагӣ >99,50%), хокаи Cu (андозаи миёна: 38 мкм, тозагӣ >99,90%), хокаи Mg (андозаи миёна: 75 мкм, тозагӣ >99,70%), хокаи TiH2 (андозаи миёна: 45 мкм, тозагӣ >99,70%) ва нахи карбон бо мис (андозаи миёна: 1～2 мм, ғафсии мис пӯшида: 1,4 мкм).

2.2. Истеҳсоли Cf/AFS

Нақшаи усули металлургияи печонидани хока дар тасвир нишон дода шудаастРасми 1. Дар марҳилаи омехта, хӯлаи чоргонаи AlSi6Mg4Cu4 бо хокаҳои Al, Si, Cu ва Mg дар таносуби мутаносибан 86 вазн%, 6 ваз., 4 вазн% ва 4 ват% омода карда шуд. Хокаи 1 ват% оксидшудаи TiH2 (табобати гармӣ дар ҳаво барои 1,5 соат дар 470 ◦C) ҳамчун агенти шамолкашӣ илова карда шуд, ки H2-ро дар ҳарорати об зуд паҳн мекунад ва обро васеъ мекунад. Илова бар ин, 0,5 ват% нахҳои карбон ҳамчун марҳилаҳои тақвияткунанда дохил карда шуданд. Қобили зикр аст, ки барои баланд бардоштани намнокӣ ва пешгирии реаксияҳои зараровар ба монанди Al4C3 дар интерфейси обшавии нахи алюминий ҳангоми кафккунӣ, нахҳои карбон тавассути электропластика бо мис пӯшонида шуданд. Раванди электроплитатсия дар Refs тавсиф шудааст.Расми 2наххои карбонии бо мис печондашударо нишон медихад, ки дар натичаи процесси бе-электрикй ба даст оварда шудаанд. Дар молидани дорои фарогирии яксон ва доимии сатҳи нахи(Расми 2(а)–(б)). Баъдан, таркибҳои гуногуни хӯлаи дар ин таҳқиқот истифодашуда бо роҳи омехта кардани хокаҳои дар боло зикршуда бо ва бе Cf дар як миксери сеченака барои 3 соат омода карда шуданд. Хокаи омехтаи якхела дар дохили як холигии мӯҳршуда печонида мешавад ва пас аз он расмиёти печонидани хунук ва гарм.

Марҳилаи гардиши сард ҳаворо аз дохили холигоҳҳо ва фосилаҳои байни зарраҳо тавассути як қатор гузаргоҳҳои сершумор ва депрессияҳои хурд ба таври муассир эвакуатсия мекунад. Марҳилаи ғалтаки гарм кафолат медиҳад, ки прекурсор ба зичии нисбии зиёда аз 98% тавассути деформатсияи панел ва хока ноил мешавад, ки раванди кафккунии минбаъдаро осон мекунад. Параметрҳои раванди ғалтаки муфассал дар Refs тавсиф карда шудаанд. Прекурсорҳои кафкшавандаи AFS ва Cf/AFS тавассути раванди дар боло зикршуда ба даст оварда мешаванд. Дар ниҳоят, ҳарду прекурсорҳои кафкшаванда дар 620 ◦C барои 15 дақиқа гарм карда шуданд, то намунаҳои Cf/AFS ва AFS, ки барои таҳлили андозаи сӯрохиҳо, тавсифи микроструктура ва санҷишҳои хосиятҳои механикии фишурда истифода мешуданд.

2.3. Хусусиятҳо ва усулҳои санҷиш

2.3.1. Тавсифи микроструктура

Морфологияи микроструктураи Cf/AFS ва AFS тавассути микроскопияи электронии сканерии саҳроӣ (SEM, Zeiss Ultra Plus) таҳқиқ карда шуданд. Спектроскопияи энергетикии дисперсивӣ (EDS) барои муайян кардани таркиби фазаҳои гуногун дар деворҳои ҳуҷайраҳои намунаҳои кафкшуда истифода шуд. Қисмҳои дарозии намунаҳо тавассути буридани намунаҳои кафкшуда бо истифода аз мошини барқии барқ ​​​​(EDM, DK7745) гирифта шуданд. Пас аз ин, қисмҳои тӯлонии намунаҳо бо ранг пӯшонида шуданд ва сипас бо истифода аз регҳои 800-гритӣ ва 1500-гритӣ регдор ва сайқал дода шуданд. Дар ниҳоят, диаметрҳои эквиваленти ҳуҷайраҳои (Dmean) буриши намунаи сайқалёфта бо истифода аз нармафзори таҳлили тасвир, Image Pro Plus 6.0 муайян карда шуданд.

Расми 1.Схемати усули металлургияи хока печонидани прокат.

Расми 2.Тасвирҳои SEM-и (а) нахҳои карбон бо мис пӯшидашуда ва (б) манзараи калоншудаи минтақаро нишон медиҳад, ки бо квадрати сурх дар (а) ишора шудааст. Тасвирҳо (в) ва (г) натиҷаҳои EDS дар нуқтаи А дар (б) мебошанд.

Расми 3.Диаграммаи схематикии насби таҷрибаҳои радиатсионӣ синхротрон.

2.3.2. Мушоҳидаҳои кафккунии дар ин ҷо тавассути радиатсияи синхротронӣ

Диаграммаи схематикии насби озмоиши радиатсияи синхротронӣ дар эскиз оварда шудаастРасми 3. Таҷрибаҳо дар хати нури 4W1A дар иншооти радиатсионии синхротрони Пекин (BSRF, Институти физикаи энергияи баланд дар Пекин, Академияи илмҳои Чин, Чин) гузаронида шуданд. Баръакси тасвири анъанавии азхудкунии контраст, ин коғаз аз тасвири марҳилавӣ-контраст бо манбаи нури синхротрон истифода мебарад. Ин равиш маҳдудиятҳои тасвири анъанавии ҷаббидаро баррасӣ мекунад, ки барои визуализатсияи моддаҳои суст ҷаббида бесамар аст. Раванди кафккунии намунаҳо дар як кӯраи кафксозии фармоишӣ анҷом дода шуд, ки дорои равзанаи квадратии 15 то 15 мм ба самти рентгенӣ перпендикуляр ҷойгир шудааст. Андозаи намуна, ки дар расми 3 тасвир шудааст, 15 мм × 15 мм × 2 мм аст. Намунаро дар қолаби кафккунанда, ки аз миқдори муайяни варақҳои сафолӣ иборат аст, ҷойгир мекунанд. Дар тӯли раванди кафккунӣ, рентгенҳо метавонанд аз намуна гузаранд ва тавассути камераи дастгоҳи пайвастшуда (CCD) сабт карда мешаванд. Сарчашмаи рентгении интихобшуда бо шиддати 20 Кев кор мекард ва андозаи максималии тамошои 7,4 мм × 7,4 мм барои имкон додани мушоҳидаи ҳамаҷонибаи тамоми раванди кафккунӣ истифода мешуд.

Бояд қайд кард, ки намунаҳои мушоҳидашуда ба таври перпендикуляр ҳам ба самти чархзанӣ ва ҳам самти тангенсиалӣ ҷойгир шудаанд. Ҳарду прекурсорҳои дорои 0,5 ват% Cf ва онҳое, ки 0,5 ват% Cf надоранд, панелҳои паҳлӯии худро аз ҳар ду тарафи намунаҳо бо истифода аз EDM хориҷ карданд. Таъсири Cf ба хусусияти кафккунии кафки алюминий тафтиш карда шуд. Ғайр аз он, прекурсорҳо бо таркибҳои гуногун дар як кӯраи гармидиҳӣ дар ҳарорати пешакии 620 ◦C кафк карда шуданд.

2.3.3. Санҷиши хосиятҳои механикии компрессорӣ

Намунаҳои фишурдашуда ба намунаҳои силиндрӣ бо баландии 23 мм ва диаметри 20 мм тавассути EDM бурида шуданд ва ҳар як самт ҳадди аққал 10 сӯрохи пурраро дар бар мегирад, то аз таъсири андоза пешгирӣ карда шавад. Санҷишҳои фишурдани квазистатикӣ тибқи стандартҳои ISO13314–2011 ва GB/T31930–2015 бо истифода аз мошини универсалии санҷиши маводҳои электронии AG-XPLUS бо иқтидори ҳадди аксар 100 KN гузаронида шуданд. Барои ҳар як гурӯҳ се намуна санҷида шуд ва каҷҳои фишори фишурда ва шиддат дар ин коғаз натиҷаҳои миёнаи бадастомадаро аз се намунаи санҷидашуда нишон медиҳанд. Ҳама озмоишҳо таҳти назорати ҷобаҷогузорӣ, нигоҳ доштани суръати доимии сарҳад 2 мм/дақ (мувофиқ ба суръати шиддати ибтидоии 10−3 с−1) дар ҳарорати хонагӣ анҷом дода шуданд.

Расми 4.Тасвирҳои радиатсионии синхротронӣ дар вақти таҳаввулшудаи раванди кафккунии Cf/AFS: (a) прекурсори кафкнашуда дар лаҳзаи t0 380 ◦C; (б) – (в) парокандашавии миси элементарї ва ядрои навъи II њангоми обшавии прекурсорњо; (г) – (ж) ядрошавии гетерогенї ва равандњои афзоиши футурњо; ва (з) – (i) футурҳои якҷояшавӣ ва шикастани.

3. Натиҷаҳо ва муҳокима

3.1. Рафтори кафккунӣ дар ҷои радиатсияи синхротронӣ

3.1.1. Эволютсияи кафк аз Cf/AFS

Расми 4як қатор тасвирҳои радиатсионӣ синхротронӣ намоиш медиҳад, ки раванди кафкшавии Cf/AFS-ро тасвир мекунанд. Тасвирҳои аслии Cf/AFS(Расми 4 (а))вақте ки матритса дар ҳолати сахт дар 380 ◦C буд, гирифта шуданд ва ин вақт ҳамчун t0 муқаррар карда шуд. Дар муқоиса бо дигар ҷузъҳои прекурсор, Cf дар дохили матритсаи аз алюминий бойи хокистарранг сиёҳ ба назар мерасад. Инро метавон ба миқдори зиёди мис дар сатҳи нах, тавре ки дар он нишон дода шудааст, рабт додРасми 2(c)–(d), ки нисбат ба дигар ҷузъҳои прекурсор бузургтарин массаи нисбии атомӣ дорад. Гузашта аз ин, аксарияти Cf мушоҳида мешавад, ки пароканда ва ҷудо бошанд, на дар якҷоягӣ, тавре ки дар нишон дода шудааст,Расми 4(а). Ин маънои онро дорад, ки бо иловаи 0,5 ват% Cf, раванди 3 соат омехта кардан метавонад ба ҳолати дилхоҳи дисперсия ноил шавад.

Дар t0+194s (тавре ки дарРасми 4(б)), дар матритсаи алюминийи хокистарранг (бо тирчаи сурх ишора шудааст) миқдори зиёди футурҳои сафеди тақрибан курашаклро мушоҳида кардан мумкин аст, ки диаметрашон аз 90 мкм то 180 мкм аст. Шумораи футурҳо дар давоми 46 сония афзоиш ёфт, тавре ки дар он нишон дода шудаастРасми 4(c). Илова бар ин, як тағйироти ҷолиби дигар, ки дар матритса ба амал меояд, дар он аст, ки баъзе футурҳои хурд одатан дар сатҳи Cf бо оғози обшавии Cu (бо қуттии нуқтаҳои сурх нишон дода шудаанд) ба вуҷуд меоянд. Эҳтимол ин падида ба нуклеатсияи навъи II марбут аст, ки дар таркиби хокаи мис дорад. Ба таври васеъ эътироф шудааст, ки илова кардани Cu ҳарорати обшавии хӯлаҳоро ба таври назаррас коҳиш медиҳад. Ин ба обшавии локализатсияшуда дар атрофи зарраҳои хока дар прекурсори хокаи дорои хокаи мис дар ҷараёни гармкунӣ оварда мерасонад ва миқдори зиёди обшавии эвтектикии чорумин Al-Si-Mg-Cu дар ҳарорати паст ба вуҷуд меояд. Ҳавзи обшавии эвтектикии чорум одатан як минтақаи заиф дар хӯла мебошад ва ба ядрошавӣ бештар майл дорад. Дар натиҷа, ҳубобчаҳо эҳтимоли зиёд пайдо мешаванд, ки дар наздикии сатҳи нахи мис пӯшида мешаванд. Ғайр аз он, фраксияи пасти моеъ дар матритса дар айни замон боиси он мегардад, ки газҳо аз таҷзияи TiH2 ба осонӣ дар матритсаи алюминий ҷамъ шаванд. Нуклеатсияи навъи II метавонад аз гази ҷамъшуда ба таври муассир канорагирӣ кунад, ки матритсаи фраксияи пасти моеъро маҷбур мекунад ва тарқишҳоро тавассути моеъ паҳн мекунад, ки боиси талафоти шадиди миқдори гидроген мегардад.

Расми 4(д)нишон медиҳад, ки футурҳо дар ибтидо ядро ​​мешаванд ва дар минтақаи Cf мерӯянд, зеро матритса комилан гудохта мешавад ва ҷойгиршавии ҳубоб ба қабати нопадидшавандаи миспӯшшуда (бо қуттии нуқтадори сурх ишора шудааст) мувофиқат мекунад. Муайян карда шудааст, ки илова кардани фазаҳои дуюмдараҷа шумораи ҷойҳои гетерогении ядроиро зиёд мекунад ва ба ин васила монеаи энергетикиро барои ташаккули футурҳои нав дар дохили обшавии хӯла кам мекунад. Дар ҳамин ҳол, суръати ядрошавӣ ба майдони умумии ядрои гетерогенӣ барои як воҳид алоқаманд аст. Аз ин рӯ, мушоҳида кардан мумкин аст, ки футурҳо аввал дар ҷойҳое, ки нахҳои карбон ҷойгиранд, ядро ​​​​мешаванд ва дар тӯли нахи карбон васеъ мешаванд. Бо афзоиши минбаъдаи фраксияи обшавии он, пайдоиши футурҳои нави сершумор идома дорандРасми 4(д)–4(г). Бо вуҷуди ин, суръати якҷояшавӣ ва шикастани футурҳои маҳаллӣ суст аст, ки ин нишон медиҳад, ки футурҳо устувории баланд доранд. Дар t0+426s шумораи ҳубобчаҳо хеле зиёд мешавад ва

ҳаҷми прекурсор васеъшавии калонро нишон медиҳад(Расми 4(h)). Ғайр аз он, пайдоиши баъзе ҳубобчаҳо (бо тирчаи сурх нишон дода шудааст), ки дар он ҳубобҳои хурд бо сабаби камолоти Оствальд аз ҷониби ҳубобҳои калонтар ҷаббида мешаванд, раванди ногузир ҳангоми эволютсияи кафкҳои металлӣ мебошад [40]. Ин падидаи камолот инчунин ба пайдоиши шумораи ками футурҳои калон ва номунтазам (бо тирчаи сурх дарРасми 4(i)).

Расми 5.Тасвири бо мурури замон инкишофёфтаи раванди кафкшавии AFS дар марҳилаҳои гуногун: (а) прекурсори ногудохта дар t0 лаҳзаи 380 ◦С; $B) мањлули миси элементарї ва ядрои навъи II њангоми обшавии прекурсорњо; $C) љараёнњои ядрошавї ва афзоиши футурњо; ва (г) – (е) футурҳои якҷояшавӣ ва шикастани.

3.1.2. Эволютсияи кафк аз AFS

Дар расми 5 як қатор тасвирҳои радиатсионӣ синхротронӣ нишон дода шудаанд, ки раванди кафкшавии AFS-ро тасвир мекунанд. Монанди Cf/AFS, тасвири ибтидоии пайдарпаии радиатсияи синхротронӣ вақте гирифта шуд, ки AFS дар марҳилаи сахт дар 380 ◦C буд (ниг.Расми 5(а)). Вақте ки матритса аз ҳарорати солидус боло гарм карда мешавад, дар он футурҳои хурди сафед намоён мешавандРасми 5(б) ва (в), ки дар натиҷаи таҷзия TiH2 ва пайдоиши нуклеатсияи навъи II дар минтақаи Cu бой аст. Аммо, шумораи футурҳои тавлидшуда ва зичии тақсимоти онҳо дарРасми 5(в)нисбат ба он хеле паст астРасми 4(c). Ин аз он гувоҳӣ медиҳад, ки Cf/AFS каналҳои бештареро барои озодшавии барвақти газ ҳангоми ядрошавӣ таъмин намуда, аз пайдоиши аз ҳад зиёди тарқишҳо дар матритсаи алюминий бо фраксияи ками моеъ пешгирӣ мекунад.

Шумораи камтари маконҳои ядрошавии AFS ва эҳтимолияти афзоиши ғайримуқаррарии ҳубоб дар муқоиса бо Cf/AFS азРасми 5(d)–(f). Эволютсияи футурҳои AFS номунтазам аст ва андозаҳои онҳо аз сабаби ҳамзистии ҳам футурҳои андозаи микрометр ва ҳам футурҳои бузурги миллиметрии ғайримуқаррарӣ (бо тирчаи сурх нишон дода шудаанд) тағйирёбии васеъ доранд. Ғайр аз он, ин ноустуворӣ ва номутаносибӣ дар ҷараёни барвақти ядрошавӣ метавонад боиси фарқиятҳои назаррас дар сохтори ниҳоии сӯрохиҳо ва хосиятҳои механикӣ байни AFS ва Cf/AFS гардад.

3.2. Таҳлили макроструктура

Барои таҳқиқи фарқияти морфологияи сӯрохиҳои макроскопӣ ва диаметри сӯрохи байни AFS ва Cf/AFS, ду сохтори сандвичӣ дар шароити лабораторӣ дар ҳарорати кафккунии 620 ◦C барои 15 дақиқа омода карда шуданд. Макросохторҳо ва тақсимоти андозаи ҳуҷайраҳои AFS ва Cf/AFS дар нишон дода шудаандРасми 6. Муқоисаи қисматҳои амудии ду намунаи сохтори сэндвичӣ нишон медиҳад, ки кафкҳои Cf/AFS дорои ҳуҷайраҳои хубтар ҳастанд ва нуқсонҳои камтар ба монанди шикастан ё якҷояшавии ҳуҷайраҳо (ниг.Расми 6 (б)). Баръакс, чунон ки дарРасми 6(а), AFS якхела будани сӯрохиро бо мавҷудияти баъзе сӯрохиҳои ғайримуқаррарӣ калон нишон медиҳад. Дар ҳамин ҳол, диаметри сӯрохиҳои эквивалентӣ барои AFS ва Cf/AFS мутаносибан 2,9 ± 0,2 мм ва 1,9 ± 0,1 мм буд, ки аз он шаҳодат медиҳад, ки диаметри сӯрохиҳо бо иловаи Cf (ниг.Расми 6(c) ва (d)).

Ба таҳаввулоти сохтори сӯрохиҳо ду механизми рақобатӣ таъсир мерасонад: таҷзияи TiH2 ва якҷояшавӣ ва шикастани кафк. Таҷзияи TiH2 ба афзоиши шумораи ядроҳо, ковокӣ ва суръати васеъшавӣ мусоидат мекунад, дар ҳоле ки якҷояшавӣ ва шикастани футурҳо шумораи сӯрохиҳоро коҳиш медиҳад ва диаметри сӯрохиҳоро зиёд мекунад. Коҳиши муттаҳидшавӣ ва шикастани ҳубобӣ ба ба даст овардани сохтори беҳтари ҳуҷайра мусоидат мекунад. Аз ин рӯ, устувории баланди кафк барои нигоҳ доштани якхелаи сохтори сӯрохиҳо дар ҷараёни кафккунӣ зарур аст. Барои Cf/AFS, илова кардани Cf намнокии нахҳоро бо гудохтаи алюминий хеле беҳтар мекунад. Ба монанди кафки алюминийи тақвиятёфтаи Cf [44], ки бо усули кафккунии гудохта омода шудааст, илова кардани Cf кафки алюминийро бо роҳи пешгирӣ аз шикастани девори ҳуҷайра ва кам кардани агломератсия устувор мекунад. Дар ҳамин ҳол, Cf метавонад дар девори ҳуҷайра як сохтори шабакавӣ эҷод кунад, ки қувваи ҷудокуниро ба вуҷуд меорад ва шикастани футурҳоро пешгирӣ мекунад ва ҳамин тавр сохтори ҳуҷайра, устувории кафк ва якрангии тақсимоти сӯрохҳоро беҳтар мекунад.

3.3. Тавсифи микроструктура

Расми 7(а)микроструктураи девори ҳуҷайраро пас аз кафк кардан бо AFS нишон медиҳад. Тавре ки барои кафкҳои хӯлаи AlSi6Cu4Mg4 гузориш дода шудааст, эвтектикии Al-Si, Mg2Si, Al2Cu ва Al5Cu2Mg8Si6 дар хӯла мавҷуд аст, ки бо бозёфтҳои аз таҳлили EDS гирифташуда мувофиқат мекунад.Расми 7(б). Ин фазаҳои шикаста хосиятҳои механикии кафк алюминийро тавассути заиф кардани девори сӯрохиҳо ё ҳамчун манбаи тарқишҳо ҳангоми деформатсия кам мекунанд. Аз ин рӯ, баланд бардоштани хосиятҳои механикии девори сӯрохиҳо тавассути илова кардани марҳилаҳои мустаҳкамкунӣ як стратегияи қобили ҳаёт ва муассир аст.

Барои Cf/AFS, онро аз мушоҳида кардан мумкин астРасми 7(c) ва (г)ки Cf дар дохили девори ҳуҷайра ё дар канори девори ҳуҷайра паҳн шудааст, ки Cf дорои намнокии аъло бо гудохтаи алюминий мебошад. Илова бар ин, он назаррас аст (нигРасми 7(д)) ки миқдори ками марҳилаи боришот Al2Cu дар интерфейси байни нахҳо ва гудохтаи алюминий ба вуҷуд меояд. Ин падида барои ба даст овардани пайванди мустаҳкам байни нахҳо ва матритса мусоидат мекунад. Пешравии ин реаксияи диффузиро дар интуитивӣ мушоҳида кардан мумкин астРасми 4(а)–(в). Дар хотир доред, ки марҳилаи боришот нахҳои карбонро пурра иҳота намекунад ва ҳолат ва миқдори ин тақсимот барои Cf/AFS муфид аст. Дар асоси омӯзиши Lv ва дигарон, аз рӯи маводи таркибии матритсаи алюминийи мустаҳкамшудаи Cf, нишон дода шуд, ки миқдори мувофиқи фазаи боришот метавонад ба қувваи пайванди байнифазоӣ таъсир расонад ва танзим кунад.

Расми 6.Қисмҳои амудии намунаи намояндагӣ (а) AFS ва (б) Cf/AFS. Диаметри эквивалентӣ бо қитъаҳои фраксияи майдони мувофиқ ба (а) ва (б) мутаносибан дар (в) ва (г) тасвир шудаанд. Хати доимии доимӣ дар (c) ва (d) мувофиқати муқаррарии log-ро ифода мекунад. Регрессия (R2) хуб будани мувофиқатро ифода мекунад.

Расми 7.Тасвирҳои SEM (а) ва (б) микроструктураҳои мувофиқро нишон медиҳандРасми 6(а) AFS ваРасми 6(б) мутаносибан Cf/AFS, илова бар ин,Расми 7(б) ва (г) калоншавии маҳаллиро нишон медиҳандРасми 7(а) ва (в) мутаносибан.

3.4. Механизми Cf устуворкунандаи кафк Al-Si-Mg-Cu

Дар асоси таҳлили дар боло зикршуда, тасвири схемавии механизми кафккунӣ барои Cf/AFS ва AFS дар ҷамъбаст оварда шудааст.Расми 8. Тафовутҳои назаррас байни Cf/AFS ва AFS дар марҳилаи ядрошавӣ, афзоиши ҳубобӣ ва марҳилаи муттаҳидшавӣ ва марҳилаи тадриҷии мустаҳкамшавӣ, тавре ки дарРасми 8(а) ва (б).

Расми 8.Диаграммаи схематикии рафтори кафккунии Cf/AFS ва AFS: (а) Cf/AFS; ва (б) AFS.

Дар марҳилаи ядроии кафкҳои хӯлаи AlSi6Cu4Mg4, футурҳо майл доранд, ки дар эвтектикаи чоруми моеъ, ки дар атрофи зарраҳои мис ҷойгиранд, ядро ​​шаванд, на дар ҷойгиршавии зарраҳои TiH2. Ин навъи ядрошавӣ дар минтақаи заифтарини прекурсор (намуди II ядро) барои газҳое, ки дар натиҷаи таҷзияи TiH2 бароварда мешаванд, каналҳои бештари фирорро таъмин намуда, аз ҷамъшавии газҳо пешгирӣ мекунанд ва боиси паҳншавии тарқишҳо дар гудохтаи алюминий мегардад. Илова кардани нахҳои карбон, ки бо мис фаро гирифта шудаанд, зоҳиран минбаъд каналҳои бештареро барои озод кардани H2 эҷод мекунанд. Аммо, азбаски гудохтаи алюминий дар ин марҳила фраксияи кофии моеъ надорад, барои чунин футурҳои хурд дорои манбаи кофии H2 барои идомаи афзоиш мушкил аст. Дар натиҷа, ин футурҳои хурд ҳангоми баланд шудани ҳарорат дар дохили об мешикананд. Вақте ки прекурсор пурра гудохта мешавад, H2, ки аз реаксияи шадиди дегидрогенизатсияи TiH2 хориҷ мешавад, дар асоси нуқтаи ядрошавӣ ядро ​​​​ва зуд афзоиш меёбад. Cf сайтҳои сершумори гетерогении ядроиро барои тавлиди футурҳо таъмин мекунад, ки суръати ядроиро хеле зиёд мекунанд. Ҳамзамон, мавҷудияти Cf тамос ва якҷояшавии футурҳои ибтидоиро ба таври муассир бозмедорад ва аз ташаккули футурҳои ба таври ғайримуқаррарӣ калон пешгирӣ мекунад.

Дар марҳилаи афзоиш ва якҷояшавии футурҳо, илова кардани Cf устувории кафкро ба таври назаррас беҳтар мекунад. Сабаб дар он аст, ки Cf ва гудохтаи алюминий хуб намнокӣ доранд ва нахҳо метавонанд ба осонӣ дар байни ду интерфейси газ-моеъ ҷойгир шаванд, то сохтори шабакаро ташкил кунанд (тавре ки дар нишон дода шудааст).Расми 7(c)). Вақте ки плёнкаи моеъ тунук мешавад, нахҳо метавонанд фишори ҷудокуниро ба вуҷуд оранд, то ба ҷаббида аз сарҳади плато муқовимат кунанд ва ҳамин тавр аз шикастани филми моеъ пешгирӣ кунанд. Ҳамин тавр, Cf/AFS нисбат ба AFS вақти дарозтари кафкро талаб мекунад ва устувории баландтаре, ки метавонад якрангии сохтори сӯрохиро ҳангоми эволютсияи кафк нигоҳ дорад.

Дар марҳилаи сустшавии сахтшавӣ, футурҳо дар Cf/AFS дигар ба воя намерасанд ва нахҳо дар дохили девори ҳуҷайра ҷойгир карда мешаванд (бо қуттии нуқтадори сурх ишора шудааст). Ин нигоҳдории нахҳо азхудкунии футурҳои хурдро аз ҷониби калонтар пешгирӣ мекунад, тавре ки дар камолоти Оствальд дида мешавад ва шикастани девори ҳуҷайраро аз сабаби васеъшавии сахтшавӣ бозмедорад. Дар натиҷа, Cf/AFS нисбат ба AFS сохтори якхелатари сӯрохиҳо ва камбудиҳои камтари сӯрохиро нишон медиҳад.

3.5. Хусусиятҳои механикӣ

Каҷҳои фишори фишурда ва шиддат барои Cf/AFS ва AFS бо порозияи тақрибан якхела (мутаносибан 83,2% ва 81,4%) дар нишон дода шудаанд.Расми 9(а). Каҷи фишори фишурда ва шиддат хусусияти семарҳилаи мушаххасро нишон медиҳад, ки минтақаи чандирии хатӣ, минтақаи плато ва минтақаи зичро дар бар мегирад. Қувваи фишурдани ҳосили AFS ва Cf/AFS мутаносибан 8,44 МПа ва 11,87 МПа буд. Қувваи фишурдани ҳосили Cf/AFS нисбат ба AFS 40,6% зиёд шуд. Дар ҳамин ҳол, қобилияти азхудкунии энергияи Cf/AFS нисбат ба AFS дар ҳамон шиддат беҳтар аст, тавре ки дарРасми 9(б). Қобилиятҳои азхудкунии энергияи AFS ва Cf/AFS мутаносибан тақрибан 3,3 МҶ/м3 ва 6,1 МҶ/м3 мебошанд. Қобилияти азхудкунии энергияи Cf/AFS дар муқоиса бо AFS 84,8% беҳтар шудааст.

Расми 9.Каҷҳои фишурдани фишор-поезд ва каҷҳои қобилияти азхудкунии энергияи Cf/AFS ва AFS: (а) каҷҳои фишурдани фишори қатор; (б) хатњои ќобилияти азхудкунии энергия.

Дохил кардани Cf хосиятҳои механикии ядрои кафкро хеле беҳтар кард. Маълум аст, ки хосиятхои механикиипенои алюминийбо сохтори сӯрохҳо ва хосиятҳои механикии strut зич алоқаманданд. Таҳлили макроструктурӣ нишон дод, ки иловаи Cf андозаи сӯрохиро тоза кард, тақсимоти сӯрохиҳоро беҳтар кард ва нуқсонҳои сӯрохиро коҳиш дод. Ба бозёфтҳои Сасикумар ва дигарон монанд аст. ва Янгетал. диаметри сӯрохиҳои хурд ва тақсимоти танги сӯрохҳо барои баланд бардоштани қувваи фишурда ва самаранокии азхудкунии энергия муфидтаранд. Ғайр аз он, таъсири микроструктураи ба хосиятҳои механикии кафк асосан аз ҳисоби Cf дар деворҳои сурохии кафк ҷойгир аст. Диффузия ва обшавии нахҳои карбон бо мис пӯшидашуда дар матритсаи алюминий метавонад ба пайванди мустаҳкамтари байни нахҳо ва матритсаи алюминий ноил шавад, ки ба интиқоли сарбор мусоидат мекунад. Нахи карбонии модули баланд, ки дар девори сӯрох часпонида шудааст, метавонад деформатсияи девори сӯрохиро дар зери бори фишурда маҳдуд кунад ва қобилияти борбардориро беҳтар кунад. Ҳамаи ин омилҳо ба Cf/AFS мусоидат мекунанд, то дар муқоиса бо AFS қобилияти баландтари ҳосилнокӣ ва қобилияти азхудкунии энергия ба даст оранд.

4. Хулоса

Дар ин кор Cf/AFS ва AFS бо усули металлургияи прокати хокаи бастабандӣ омода карда шуданд. Рафтори кафккунии Cf/AFS ва AFS тавассути радиатсияи синхротронӣ ба таври динамикӣ мушоҳида карда шуд.

таъсири Cf-ро ба ядрошавӣ ва афзоиши ҳубобӣ тафтиш кунед. Илова бар ин, Cf оид ба морфологияи сӯрохҳо, тақсимоти сӯрохҳо ва хосиятҳои фишурдани кафкҳои алюминий ҳаматарафа таҳлил карда шуданд. Хулосаҳои асосӣ инҳоянд:

(1) Радиатсияи синхротронӣ дар ҷои мушоҳидаҳо нишон медиҳад, ки ҳам равандҳои кафккунии Cf/AFS ва ҳам AFS се марҳилаи мушаххасро нишон медиҳанд: ядрошавии ҳубобӣ, афзоиш ва муттаҳидшавӣ ва мустаҳкамшавӣ.

Дар муқоиса бо AFS, раванди кафккунии Cf/AFS устувории баланд ва якрангии ҳубобро нишон медиҳад. AFS дар ҷараёни эволютсияи сӯрохҳо ба ташаккули сӯрохиҳои ғайримуқаррарӣ ва дағал майл дорад. Илова бар ин, нобаробарӣ ба таъсири гетерогении ядроии Cf мансуб аст, ки шикастани девори ҳубобро пешгирӣ мекунад ва муттаҳидшавиро ҳангоми зиёд кардани суръати ядрошавӣ коҳиш медиҳад.

(2) Иловаи 0,5 вазн.% Cf диаметри сӯрохии муодилиро аз 2,9 ± 0,2 мм то 1,9 ± 0,1 мм тоза карда, камбудиҳои сӯрохиро ба таври назаррас коҳиш медиҳад. Ҳамзамон, микроструктура намнокии хуби Cf-ро ошкор мекунад, ки дар баробари девори сӯрох ва интерфейси гази сахт паҳн мешавад ва ба ин васила устувории кафкро беҳтар мекунад.

(3) Дар муқоиса бо AFS, иқтидори ҳосилнокии фишурда ва қобилияти азхудкунии энергияи Cf/AFS мутаносибан тақрибан 40,6% ва 84,8% зиёд шуд. Бозёфтҳои ин таҳқиқот метавонанд барои таҳкими панелҳои сэндвичҳои алюминийи кафк бо интерфейсҳои пайвасти металлургӣ, ки потенсиали татбиқи муҳандисӣ дар соҳаи мошинсозӣ ва кайҳонӣ доранд, пешниҳод кунанд.

Мақола аз маҷаллаи тадқиқоти мавод ва технология