Sifa za utendaji za paneli ya paneli ya sandwich ya nyuzi ya kaboni yenye povu ya kaboni ikilinganishwa na paneli ya kawaida ya sandwich ya povu ya alumini.

Sandwich ya povu ya aluminiPaneli za (AFS) zina mchanganyiko wa sifa za kimuundo na utendakazi kama vile msongamano mdogo, nguvu mahususi za juu, ufyonzwaji mzuri wa nishati, uwezo wa kunyonya unyevu na ulinzi wa sumakuumeme. Sifa hizi bora hufanya AFS kuwa na uwezo mkubwa katika anga, usafirishaji, na uwanja wa baharini. Ikilinganishwa na povu za chuma kidogo, sahani za nje za metali za AFS zinaweza kuziba povu kwa ufanisi na kuboresha sifa zake za kina za kiufundi, kama vile nguvu za kustahimili na kupinda. Kwa ujumla, AFS ilibuniwa kwa njia ya kushikamana kwa wambiso, ambayo inajumuisha kupachika povu ya alumini kwenye paneli za chuma ngumu kwa kutumia wambiso wa resin ya epoxy.

Ijapokuwa mbinu ya uunganishaji wa wambiso huongeza kwa ufanisi upunguzaji wa miundo, inaambatana na vikwazo, ikiwa ni pamoja na changamoto katika urejeleaji na uwezekano wa kutofaulu chini ya halijoto ya juu au ulikaji. Ili kushughulikia mapungufu haya, juhudi za kina za utafiti zimetolewa ili kufikia uhusiano wa metallurgiska kati ya paneli na safu ya msingi.

Hivi sasa, mbinu kuu za utayarishaji wa AFS zinazolenga kufikia uunganishaji wa metali kwa ujumla zimeainishwa katika kategoria tatu: kulehemu, kuyeyusha povu, na mbinu ya upakiaji wa unga wa madini. Miongoni mwa njia hizi, mbinu ya uwekaji madini ya unga unaoviringishwa inachukuliwa kuwa bora zaidi kwa kudhibiti muundo wa pore na kufikia utokaji wa povu wa halijoto ya chini. Kazi yetu ya awali ilitumia teknolojia hii kuunda AFS ya ukubwa mkubwa na sifa bora za upanuzi na muundo wa seli kwa matumizi ya viwandani.

Walakini, kwa sababu ya sifa za chini za mitambo ya msingi wa povu, uboreshaji wa nguvu ya mitambo ya AFS ni mdogo, kwa hivyo uboreshaji zaidi wa nguvu ya msingi wa povu ni muhimu kwa AFS.

Hadi sasa, mbinu za kawaida taarifa kuboresha compressive mitambo mali yapovu ya aluminini kama ifuatavyo: matibabu ya uso, matibabu ya joto, na uimarishaji kwa kuongeza chembe, nyuzi, vipengele vya alloying, nk. Miongoni mwao, nyuzi fupi za kaboni na msongamano mdogo, moduli ya juu ya elastic, na uwiano mkubwa wa kipengele zimevutia tahadhari kubwa kama nyenzo za kuimarisha zinazoahidi. Zaidi ya hayo, utiaji wa metali kwenye uso wa nyuzi za kaboni, kwa kuwekewa kieletroniki au kuchomwa kwa kemikali kama vile upako wa shaba au upako wa nikeli, huboresha zaidi unyevunyevu wa nyuzi za kaboni kwenye alumini kuyeyuka na huepuka miitikio hatari ya uso kati ya nyuzi za kaboni na kuyeyuka kwa alumini. Nyuzi fupi za kaboni sasa hutumiwa sana ili kuimarisha composites ya matrix ya alumini.

Bhav Singhetal. nyuzinyuzi za kaboni zilizopakwa kwa shaba zilizoimarishwa misombo ya matrix ya alumini kwa njia ya kutia koroga. Muetal. mchanganyiko wa matrix ya alumini iliyotungwa iliyoimarishwa kwa nyuzi za kaboni zilizopakwa nikeli kwa kutumia mbinu ya urushaji-mbili. Matokeo yalionyesha uboreshaji mkubwa katika nguvu ya mkazo ya composites kwa kuongeza nyuzi za kaboni. Hata hivyo, kumekuwa na utafiti mdogo uliofanywapovu ya alumini iliyoimarishwana nyuzi za kaboni zilizofunikwa na shaba. Caoetal. kwanza iliyotayarishwa nyuzi za kaboni iliyopakwa kwa shaba iliimarishwa povu ya alumini kupitia njia ya kuyeyusha povu. Matokeo yanaonyesha kuwa 0.35 vol% ya Cf inaweza kuleta utulivu wa povu ya alumini kwa kuzuia kupasuka kwa filamu ya kioevu, na zaidi kiasi cha nyuzi zinazoongezwa kwenye povu ni thabiti zaidi. Muetal. ilionyesha kuwa sifa za unyevu za povu ya alumini iliyotayarishwa na njia ya kuyeyusha povu iliboreshwa kwa kiasi kikubwa kwa kuongezwa kwa Cf.

Ipasavyo, inaweza kuhitimishwa kuwa kuongezwa kwa Cf kunaweza kuwa mkakati madhubuti wa kuboresha wakati huo huo uimara wa kutokwa na povu na mali ya mitambo yapovu za alumini. Zaidi ya hayo, kumekuwa hakuna ripoti juu ya nyuzi za kaboni zilizotiwa shaba zilizoimarishwa kwa paneli za sandwich za povu za alumini zilizotayarishwa kupitia mbinu ya metallurgy ya unga, ambayo inawahamasisha watafiti kufanya tafiti za kina zaidi katika uwanja huu.

Tafiti nyingi zimefanyika juu ya utaratibu wa nucleation na utulivu wapovu za aluminipamoja na kuongeza awamu za kuimarisha. Tofauti katika idadi ya pore na morphology ya pore,

kama vile ukubwa, usambazaji, na umbo, kwa kawaida huhusishwa na mifumo ya nukleo na uthabiti. Athari nyingi za nuklea na mifumo ya uimarishaji wa mtandao wa oksidi katika mfumo wa madini ya poda imechunguzwa kikamilifu. Poda za aloi za Quaternary zinazojumuisha Al–Si–Mg–Cu zinazotumiwa katika karatasi hii zimeonyesha viwango vya kipekee vya upanuzi na halijoto ya chini inayotoa povu, na halijoto ya solidus ya 507 ◦C na halijoto ya liquidus ya 596 ◦C. Hata hivyo, kuna ukosefu wa utafiti kuhusu utaratibu wa uhuishaji, uthabiti, na sifa za kiufundi za kubana za kompakt za poda zilizo na muundo huu wa aloi, haswa wakati wa kujumuisha Cf. Katika kazi za awali, uchunguzi wa mifumo ya nukleo na uimarishaji ulifanywa kimsingi kupitia njia zisizo za ndani, ukihusisha uchanganuzi wa tomografia wa sampuli ambazo zilipozwa haraka kufuatia kukatizwa kwa povu. Kwa bahati mbaya, nucleation ya viputo vidogo vidogo hutokea hasa wakati wa kuongeza joto na hupanuka haraka ndani ya vipindi vya muda vinavyoanzia ms 100 hadi s 1, mara nyingi huleta changamoto kwa uchunguzi wa wakati halisi. Mbinu ya kisasa ya upigaji picha ya X-ray ya mionzi ya synchrotron ina uwezo wa juu wa nishati na azimio la anga, kuruhusu uchunguzi wa wakati halisi, katika hali ya nukleo na mchakato wa ukuaji wa povu za alumini katika halijoto ya juu. Hivi sasa, watafiti wachache tu wamegundua kinetiki zinazotoa povu za poda ya aloi ya Al-Si-Mg kwa mionzi ya synchrotron. Kwa mfano, García-Morenoetal. iliripoti matukio muhimu yanayobadilika katika povu kioevu ya alumini, ikijumuisha viini na ukuaji, upangaji upya wa viputo, uondoaji wa kioevu, mkusanyiko na mpasuko wa filamu. Kamm na wengine. alisoma mchakato wa uundaji na ukuaji wa povu ya alumini ya AlSi8Mg4 kwa mionzi ya synchrotron. Matokeo yao yalionyesha kuwa hidrojeni inayotokana na mtengano wa adsorbates kwenye uso wa poda ya chuma inawakilisha utaratibu mwingine muhimu wa nucleation. Hata hivyo, mwingiliano kati ya vipengele vya mtangulizi ni ngumu, na mienendo ya kutoa povu inaweza kuathiriwa na muundo wao. Kwa mfumo wa poda wa Al–Si–Cu–Mg na mfumo wa poda wa Al–Si–Cu–Mg ulioongezwa Cf, kuelewa na kuchunguza uanzishaji na ukuaji wa povu ya chuma ni muhimu kwa maendeleo zaidi ya kimuundo ya povu ili kuboresha mali. kwa maombi.

Katika kazi hii, Cf/AFS na AFS zenye uunganisho wa uso wa metallu zilitayarishwa kwa mbinu ya metallurgy ya unga unaoviringishwa. Mageuzi ya Bubbles ya Cf/AFS na AFS yalizingatiwa katika situ na mionzi ya synchrotron ili kufichua utaratibu wa Cf kwenye nucleation ya Bubble, ukuaji na muunganisho, na uthabiti. Kwa kuongeza, Cf/AFS na AFS zilitiwa povu kwa 620 ◦C kwa dakika 15 kwenye tanuru ya chumba. Baadaye, usambazaji wa ukubwa wa pore, muundo wa pore, na sifa za mitambo ya sampuli za povu zilitambuliwa na kujaribiwa. Kulingana na tafiti zilizotajwa hapo juu, muundo na nguvu za kukandamiza za Cf/AFS na AFS zilitathminiwa kwa utaratibu.

2. Nyenzo na mbinu

2.1. Malighafi

Malighafi sita zilitumika kuandaa AFS na Cf/AFS: Poda ya Al (ukubwa wa wastani: 45 μm, usafi >99.70%), poda ya Si (ukubwa wa wastani: 38 μm, usafi > 99.50%), unga wa Cu (ukubwa wa wastani: 38 μm, usafi >99.90%), Mg poda (ukubwa wa wastani: 75 μm, usafi >99.70%), poda ya TiH2 (ukubwa wa wastani: 45 μm, usafi >99.70%), na nyuzinyuzi ya kaboni iliyopakwa shaba (ukubwa wa wastani: 1～2 mm, unene wa iliyopakwa shaba: 1.4 μm).

2.2. Utengenezaji wa CF/AFS

Mchoro wa mbinu ya upakiaji wa unga unaoviringisha wa madini umeonyeshwa katikaKielelezo cha 1. Wakati wa hatua ya kuchanganya, poda ya aloi ya quaternary AlSi6Mg4Cu4 ilitayarishwa, na poda za Al, Si, Cu, na Mg kwa uwiano wa 86 wt%, 6 wt%, 4 wt%, na 4 wt%, kwa mtiririko huo. 1 wt% poda ya TiH2 iliyooksidishwa (matibabu ya joto hewani kwa h 1.5 saa 470 ◦C) iliongezwa kama wakala wa kupuliza ambayo hutoa H2 haraka katika halijoto ya kuyeyuka na kupanua kuyeyuka. Zaidi ya hayo, 0.5 wt% ya nyuzi za kaboni ziliingizwa kama awamu za kuimarisha. Hasa, ili kuongeza unyevunyevu na kuzuia athari mbaya kama vile Al4C3 kwenye kiolesura cha kuyeyusha nyuzi-alumini wakati wa kutoa povu, nyuzinyuzi za kaboni zilipakwa shaba kupitia upakoji wa umeme. Mchakato wa uwekaji umeme ulielezewa katika Marejeleo.Kielelezo cha 2inaonyesha nyuzi za kaboni zilizopakwa kwa shaba zilizopatikana kwa mchakato wa uwekaji wa elektroni. Mipako ina chanjo sare na inayoendelea ya uso wa nyuzi(Kielelezo 2(a)–(b)). Baadaye, matunzi tofauti ya aloi yaliyotumika katika utafiti huu yalitayarishwa kwa kuchanganya kikamilifu poda zilizotajwa hapo juu na bila Cf katika kichanganyiko chenye mwelekeo-tatu kwa saa 3. Poda iliyochanganywa kwa usawa imefungwa ndani ya cavity iliyofungwa, ikifuatiwa na taratibu za baridi na za moto za rolling.

Hatua ya baridi ya kukunja huondoa hewa kutoka ndani ya mashimo na nafasi za kati kati ya chembe kupitia mfululizo wa kupita nyingi na kushuka kwa vidogo. Hatua ya kukunja joto huhakikisha kuwa kitangulizi kinapata msongamano wa jamaa unaozidi 98% kupitia ubadilishaji mshikamano wa paneli na unga, ambao hurahisisha mchakato unaofuata wa kutoa povu. Vigezo vya kina vya mchakato wa kusongesha vimeelezewa katika Marejeleo. AFS na Cf/AFS vitangulizi vya povu hupatikana kupitia mchakato uliotajwa hapo juu. Hatimaye, vianzilishi vyote viwili vilivyokuwa na povu vilipashwa joto hadi 620 ◦C kwa dakika 15 ili kutengeneza vielelezo vya Cf/AFS na AFS, ambavyo vilitumika kwa uchanganuzi wa saizi ya vinyweleo, uainishaji wa miundo midogo, na majaribio ya sifa za mitambo ya kubana.

2.3. Tabia na mbinu za mtihani

2.3.1. Tabia ya muundo mdogo

Mofolojia ya Miundo midogo ya Cf/AFS na AFS ilichunguzwa na hadubini ya elektroni ya kuchanganua utoaji wa hewa chafu (SEM, Zeiss Ultra Plus). Utazamaji wa kutawanya nishati (EDS) ulitumiwa kutambua muundo wa awamu mbalimbali katika kuta za seli za sampuli zenye povu. Sehemu za longitudinal za sampuli zilipatikana kwa kukata vielelezo vya povu kwa kutumia mashine ya kutokwa kwa umeme (EDM, DK7745). Kufuatia hili, sehemu za longitudi za vielelezo zilipakwa rangi na kisha kupakwa mchanga na kung'aa kwa kutumia sandpaper ya grit 800 na 1500, mtawalia. Hatimaye, vipenyo sawa vya seli (Dmean) vya sehemu nzima ya kielelezo kilichong'arishwa viliamuliwa kwa kutumia programu ya uchanganuzi wa picha, Image Pro Plus 6.0.

Kielelezo cha 1.Mchoro wa mbinu ya metallurgy ya unga unaoviringika.

Kielelezo cha 2.Picha za SEM za (a) nyuzi za kaboni zilizopakwa kwa shaba, na (b) zinaonyesha mwonekano uliokuzwa wa eneo lililowekwa alama ya mraba nyekundu katika (a). Picha (c) na (d) ni matokeo ya EDS ya nukta A katika (b).

Kielelezo cha 3.Mchoro wa mpangilio wa usanidi wa majaribio ya mionzi ya synchrotron.

2.3.2. Uchunguzi wa kutokwa na povu ndani ya situ kwa mionzi ya synchrotron

Mchoro wa mpangilio wa usanidi wa majaribio ya mionzi ya synchrotron umechorwaKielelezo cha 3. Majaribio yalifanywa katika mstari wa 4W1A wa Kituo cha Mionzi ya Beijing Synchrotron (BSRF, Taasisi ya Beijing ya Fizikia ya Nishati ya Juu, Chuo cha Sayansi cha China, Uchina). Tofauti na taswira ya kawaida ya ufyonzaji-tofauti, karatasi hii hutumia taswira ya utofautishaji wa awamu na Chanzo cha Mwanga wa Mionzi ya Synchrotron. Mbinu hii inashughulikia vikwazo vya upigaji picha wa kitamaduni wa kunyonya, ambao haufanyi kazi kwa taswira ya dutu dhaifu. Mchakato wa kutoa povu wa vielelezo ulifanywa ndani ya tanuru ya kutoa povu iliyoundwa maalum, iliyo na dirisha la mraba la mm 15 kwa mm 15 lililowekwa sawa na mwelekeo wa boriti ya X-ray. Saizi ya sampuli, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 3, hupima 15 mm × 15 mm × 2 mm. Sampuli huwekwa kwenye mold yenye povu yenye idadi fulani ya karatasi za kauri. Katika mchakato mzima wa kutoa povu, X-rays inaweza kupita kwenye sampuli na kunaswa na kamera ya kifaa kilichounganishwa chaji (CCD). Chanzo cha X-ray kilichochaguliwa kilifanya kazi kwa nguvu ya Kev 20, na ukubwa wa juu wa kutazama wa 7.4 mm × 7.4 mm ulitumika ili kuwezesha uchunguzi wa kina wa mchakato mzima wa kutokwa na povu.

Ni muhimu kuzingatia kwamba sampuli zilizozingatiwa ziliwekwa kwa njia ya perpendicular kwa mwelekeo wote wa rolling na mwelekeo wa tangential. Watangulizi wote walio na 0.5 wt% Cf na wale wasio na 0.5 wt% Cf walikuwa na paneli zao za upande kuondolewa kutoka pande zote mbili za sampuli kwa kutumia EDM. Athari za CF kwenye sifa za povu za alumini zilichunguzwa. Zaidi ya hayo, vitangulizi vilivyo na nyimbo tofauti vilitolewa povu katika tanuru moja ya joto kwa joto la awali la 620 ◦C.

2.3.3. Mtihani wa mali ya mitambo ya compression

Vielelezo vya ukandamizaji vilikatwa kwenye vielelezo vya cylindrical na urefu wa 23 mm na kipenyo cha mm 20 na EDM, na kila mwelekeo ulihakikishwa kuingiza angalau pores 10 kamili ili kuepuka athari ya ukubwa. Majaribio ya mbano ya kiasi-tuli yalifanywa kwa kufuata viwango vya ISO13314–2011 na GB/T31930–2015, kwa kutumia mashine ya kupima nyenzo za elektroni ya AG-XPLUS yenye uwezo wa juu zaidi wa kubeba wa 100 KN. Sampuli tatu zilijaribiwa kwa kila kikundi, na mikunjo ya mkazo ya kubana kwenye karatasi hii inawakilisha wastani wa matokeo yaliyopatikana kutoka kwa sampuli tatu zilizojaribiwa. Vipimo vyote vilifanyika chini ya udhibiti wa uhamishaji, kudumisha kasi ya mara kwa mara ya kichwa cha 2 mm / min (inayolingana na kiwango cha awali cha matatizo ya 10-3 s-1) kwenye joto la kawaida.

Kielelezo cha 4.Picha za mionzi ya synchrotron iliyobadilishwa kwa muda ya mchakato wa kutoa povu wa Cf/AFS: (a) kitangulizi kisicho na povu katika dakika t0 ya 380 ◦C; (b)–(c) kufutwa kwa shaba ya msingi na aina ya viini vya II wakati wa kuyeyuka kwa mtangulizi; (d)–(g) uchanganuzi tofauti tofauti na michakato ya ukuaji wa mapovu; na (h)–(i) mapovu yanayounganishwa na kupasuka.

3. Matokeo na majadiliano

3.1. Tabia ya kutoa povu katika hali chini ya mionzi ya synchrotron

3.1.1. Mageuzi ya povu ya Cf/AFS

Kielelezo cha 4huonyesha mfululizo wa picha za mionzi ya synchrotron inayoonyesha mchakato wa kutoa povu wa Cf/AFS. Picha za asili za CF/AFS(Kielelezo 4 (a))zilinaswa wakati matrix ilikuwa katika hali thabiti saa 380 ◦C, na wakati huu iliwekwa kama t0. Ikilinganishwa na vijenzi vingine kwenye kitangulizi, Cf inaonekana nyeusi ndani ya matrix yenye aluminium yenye rangi ya kijivu. Hii inaweza kuhusishwa na maudhui ya juu ya shaba kwenye uso wa nyuzi, kama inavyoonyeshwa katikaKielelezo 2(c)–(d), ambayo ina wingi mkubwa wa atomiki ikilinganishwa na vijenzi vingine vya kitangulizi. Zaidi ya hayo, sehemu kubwa ya Tafs inazingatiwa kuwa imetawanywa na kutenganishwa, badala ya kuunganishwa pamoja, kama inavyoonyeshwa katikaKielelezo 4(a). Hii ina maana kwamba kwa nyongeza ya 0.5 wt% ya Cf, mchakato wa kusisimua wa saa 3 unaweza kufikia hali inayotakiwa ya mtawanyiko.

Katika t0+194s (kama inavyoonekana katikaKielelezo 4(b)), idadi kubwa ya Bubbles nyeupe, karibu duara na kipenyo kuanzia 90 μm hadi 180 μm inaweza kuzingatiwa katika matrix ya alumini ya kijivu (iliyowekwa alama ya mshale mwekundu). Idadi ya viputo iliendelea kuongezeka ndani ya sekunde 46, kama inavyoonyeshwa katikaKielelezo 4(c). Kwa kuongezea, badiliko lingine muhimu linalofanyika kwenye tumbo ni kwamba viputo vingine vidogo vinaelekea kuunda kwenye uso wa Cf kwa kuanzisha miyeyusho ya Cu (iliyowekwa alama na kisanduku cha nukta nyekundu). Jambo hili lina uwezekano wa kuhusishwa na nucleation ya aina ya II inayotokea ndani ya unga ulio na shaba. Inakubaliwa sana kuwa kuongezwa kwa Cu kunapunguza sana joto la kuyeyuka kwa aloi. Hii husababisha kuyeyuka kwa ndani karibu na chembe za poda za kibinafsi katika kitangulizi cha unga kilicho na unga wa shaba wakati wa mchakato wa kupasha joto, na kuzalisha kiasi kikubwa cha Al-Si-Mg-Cu quaternary eutectic kuyeyuka kwa joto la chini. Dimbwi la kuyeyuka la eutectic la quaternary huwa ni eneo dhaifu katika aloi na huathirika zaidi na nucleation. Matokeo yake, Bubbles ni zaidi ya uwezekano wa nucleate na kukua karibu na shaba-coated juu ya uso fiber. Zaidi ya hayo, sehemu ya chini ya kioevu kwenye tumbo kwa wakati huu husababisha gesi kutoka kwa mtengano wa TiH2 kujilimbikiza kwa urahisi kwenye tumbo la alumini. Nucleation ya Aina ya II inaweza kwa ufanisi kuzuia gesi iliyokusanywa kulazimisha sehemu ya chini ya kioevu kutenganisha tumbo na kueneza nyufa kupitia kioevu, na kusababisha hasara kubwa ya kiasi cha hidrojeni.

Kielelezo 4(d)huonyesha viputo mwanzoni vikiwa viini na kukua kwenye eneo la Cf huku tumbo likiyeyuka kabisa, na maeneo ya viputo yanawiana na safu inayotoweka iliyopakwa shaba (iliyo na alama ya kisanduku chenye vitone vyekundu). Imethibitishwa kuwa uongezaji wa awamu za sekondari huongeza idadi ya tovuti tofauti za nucleation, na hivyo kupunguza kizuizi cha nishati kwa uundaji wa Bubbles mpya ndani ya kuyeyuka kwa aloi. Wakati huo huo, kiwango cha nukleo kinahusiana na jumla ya eneo la nyuklia tofauti kwa kila kitengo. Kwa hivyo, inaweza kuzingatiwa kuwa viputo hapo awali huingia kwenye tovuti ambapo nyuzi za kaboni ziko na kupanua kwa urefu wa nyuzi za kaboni. Pamoja na ongezeko zaidi la sehemu ya kuyeyuka, Bubbles nyingi mpya zinaendelea kutokeaKielelezo 4(e)-4(g). Hata hivyo, kasi ya kuunganishwa kwa ndani na kupasuka kwa Bubbles ni polepole, kuonyesha kwamba Bubbles zina uthabiti wa juu. Katika t0 + 426s, idadi ya Bubbles huongezeka kwa kiasi kikubwa, na

kiasi cha mtangulizi kinaonyesha upanuzi mkubwa(Kielelezo 4(h)). Zaidi ya hayo, kutokea kwa baadhi ya mapovu kuunganishwa (iliyowekwa alama na mshale mwekundu), ambapo viputo vidogo humezwa na vikubwa zaidi kutokana na kukomaa kwa Ostwald, ni mchakato usioepukika wakati wa mageuzi ya povu za metali [40]. Hali hii ya kukomaa pia husababisha kuonekana kwa idadi ndogo ya viputo vikubwa na visivyo vya kawaida (iliyowekwa alama ya mshale mwekundu ndani.Kielelezo 4(i))

Kielelezo cha 5.Picha zilizobadilishwa kwa wakati za mchakato wa kutokwa na povu wa AFS katika hatua tofauti: (a) kitangulizi ambacho hakijayeyuka kwa t0 wakati wa 380 ◦C; (b) kufutwa kwa shaba ya msingi na aina ya viini vya aina ya II wakati wa kuyeyuka kwa mtangulizi; (c) michakato ya nucleation na ukuaji wa Bubbles; na (d)–(f) mapovu yanayounganishwa na kupasuka.

3.1.2. Mageuzi ya povu ya AFS

Mtini. 5 inaonyesha mfululizo wa picha za mionzi ya synchrotron inayoonyesha mchakato wa kutokwa na damu wa AFS. Sawa na Cf/AFS, taswira ya awali ya mfuatano wa mionzi ya synchrotron ilinaswa wakati AFS ilikuwa katika awamu thabiti katika 380 ◦C (onaKielelezo 5(a)) Wakati tumbo linapashwa joto zaidi ya joto la solidus, viputo vidogo vyeupe huonekana ndaniKielelezo 5(b) na (c), kutokana na mtengano wa TiH2 na tukio la nucleation ya aina ya II katika eneo la Cu-tajiri. Walakini, idadi ya Bubbles zinazozalishwa na msongamano wao wa usambazaji ndaniKielelezo 5(c)iko chini sana ikilinganishwa naKielelezo 4(c). Hii inapendekeza kwamba Cf/AFS hutoa njia zaidi za kutolewa kwa gesi mapema wakati wa nucleation, kuzuia uundaji mwingi wa nyufa kwenye matrix ya alumini na sehemu ya chini ya kioevu.

Idadi chache ya tovuti za viini vya AFS na uwezekano mkubwa wa ukuaji usio wa kawaida wa viputo ikilinganishwa na Cf/AFS inaweza kuzingatiwa kutokaKielelezo 5(d)–(f). Mabadiliko ya viputo vya AFS si vya kawaida, na saizi zake zinaonyesha mabadiliko makubwa kutokana na kuwepo kwa viputo vyote viwili vya ukubwa wa mikromita na viputo vikubwa vya ukubwa wa milimita isiyo ya kawaida (iliyowekwa alama ya mshale mwekundu). Zaidi ya hayo, kutokuwa na utulivu na kutokuwa sawa wakati wa mchakato wa mapema wa nucleation inaweza kusababisha tofauti kubwa katika muundo wa mwisho wa pore na sifa za mitambo kati ya AFS na Cf/AFS.

3.2. Uchambuzi wa muundo wa jumla

Ili kuchunguza tofauti za mofolojia ya vinyweleo vingi na kipenyo cha pore kati ya AFS na Cf/AFS, miundo miwili ya sandwich ilitayarishwa chini ya hali ya maabara kwa joto la 620 ◦C kwa dakika 15. Miundo mikubwa na usambazaji wa saizi ya seli ya AFS na Cf/AFS imeonyeshwa katikaKielelezo cha 6. Ulinganisho wa sehemu za wima za sampuli mbili za miundo ya sandwich unaonyesha kuwa mapovu ya Cf/AFS yana seli laini na kasoro kidogo kama vile kupasuka au kuunganishwa kwa seli (onaKielelezo 6 (b)) Badala yake, kama inavyoonyeshwa katikaKielelezo 6(a), AFS inaonyesha uwiano duni wa pore kwa kuwepo kwa vinyweleo vikubwa isivyo kawaida. Wakati huo huo, kipenyo sawa cha pore kwa AFS na Cf/AFS kilikuwa 2.9 ± 0.2 mm na 1.9 ± 0.1 mm, kwa mtiririko huo, na kupendekeza kuwa kipenyo cha pore kiliboreshwa zaidi kwa kuongeza Cf (tazamaKielelezo 6(c) na (d))

Mageuzi ya muundo wa pore huathiriwa na taratibu mbili za ushindani: utengano wa TiH2 na kuunganisha na kupasuka kwa povu. Mtengano wa TiH2 huchangia kuongezeka kwa idadi ya nucleation, porosity, na kiwango cha upanuzi, wakati kuunganisha na kupasuka kwa Bubbles hupunguza idadi ya pores na huongeza kipenyo cha pores. Kupunguzwa kwa matukio ya kuunganisha na kupasuka kwa Bubble huchangia kupata muundo bora wa seli. Kwa hivyo, utulivu wa juu wa povu ni muhimu ili kudumisha homogeneity ya muundo wa pore wakati wa mchakato wa povu. Kwa Cf/AFS, nyongeza ya Cf inaboresha sana unyevunyevu wa nyuzi na kuyeyuka kwa alumini. Sawa na taarifa ya povu ya alumini iliyoimarishwa ya Cf [44] iliyotayarishwa na mbinu ya kuyeyusha povu, uongezaji wa CF hutamilisha povu la alumini kwa kuzuia mpasuko wa ukuta wa seli na kupunguza mchanganyiko. Wakati huo huo, Cf inaweza kuunda muundo unaofanana na wavu katika ukuta wa seli, ambao huzalisha nguvu ya utengano na kuzuia mpasuko wa viputo, hivyo basi, kuboresha muundo wa seli, uthabiti wa povu, na usawa wa usambazaji wa pore.

3.3. Tabia ya muundo mdogo

Kielelezo 7(a)inaonyesha muundo mdogo wa ukuta wa seli baada ya kutoa povu na AFS. Kama ilivyoripotiwa kwa AlSi6Cu4Mg4 aloi povu, eutectic Al–Si, Mg2Si, Al2Cu, na Al5Cu2Mg8Si6, zipo katika aloi, ambayo inakubaliana na matokeo yaliyopatikana kutokana na uchambuzi wa EDS katikaKielelezo 7(b). Awamu hizi za brittle hupunguza sifa za mitambo za povu ya alumini kwa kudhoofisha ukuta wa pore au kufanya kama chanzo cha nyufa wakati wa deformation. Kwa hiyo, kuimarisha mali ya mitambo ya ukuta wa pore kwa kuongeza awamu za kuimarisha ni mkakati unaofaa na unaofaa.

Kwa Cf/AFS, inaweza kuzingatiwa kutokaKielelezo 7(c) na (d)kwamba CF inasambazwa ndani ya ukuta wa seli au kwenye ukingo wa ukuta wa seli, ikionyesha Cf ina unyevu bora wa kuyeyuka kwa alumini. Zaidi ya hayo, inaonekana (rejeleaKielelezo 7(d)) kwamba kiasi kidogo cha awamu ya mvua ya Al2Cu huunda kwenye kiolesura kati ya nyuzi na alumini kuyeyuka. Jambo hili linachangia kufikia dhamana kali kati ya nyuzi na tumbo. Mwendelezo wa mmenyuko huu wa uenezaji unaweza kuzingatiwa kwa njia ya angavuKielelezo 4(a)–(c). Kumbuka kwamba, awamu ya mvua haizingii kabisa nyuzi za kaboni, na hali na kiasi cha usambazaji huu ni manufaa kwa Cf/AFS. Kulingana na utafiti wa Lv et al, juu ya nyenzo za mchanganyiko wa matrix ya alumini iliyoimarishwa ya CF, ilionyeshwa kuwa kiasi kinachofaa cha awamu ya mvua inaweza kuathiri na kudhibiti nguvu ya dhamana ya interfacial.

Kielelezo cha 6.Sehemu za wima za sampuli wakilishi (a) AFS na (b) Cf/AFS. Kipenyo sawa dhidi ya sehemu za sehemu za eneo zinazolingana na (a) na (b) zimeonyeshwa katika (c) na (d), mtawalia. Mstari thabiti unaoendelea katika (c) na (d) unawakilisha uwiano wa kawaida wa kumbukumbu. Regression (R2) inawakilisha wema wa kufaa.

Kielelezo cha 7.Picha za SEM (a) na (b) zinaonyesha miundo midogo inayolingana naKielelezo cha 6(a) AFS naKielelezo cha 6(b) Cf/AFS, kwa mtiririko huo, zaidi ya hayo,Kielelezo cha 7(b) na (d) kuonyesha ukuzaji wa ndani waKielelezo cha 7(a) na (c), mtawalia.

3.4. Utaratibu wa CF kuleta utulivu wa povu la Al–Si–Mg–Cu

Kulingana na uchanganuzi uliotajwa hapo juu, uwakilishi wa kimkakati wa utaratibu wa kutoa povu kwa Cf/AFS na AFS umefupishwa katikaKielelezo cha 8. Tofauti kubwa kati ya Cf/AFS na AFS katika hatua ya nukleo, ukuaji wa kiputo, na hatua ya kuunganisha, na hatua ya uimarishaji taratibu, kama inavyoonyeshwa katikaKielelezo 8(a) na (b).

Kielelezo cha 8.Mchoro wa mpangilio wa tabia ya kutoa povu ya Cf/AFS na AFS: (a) Cf/AFS; na (b) AFS.

Katika hatua ya unyakuzi wa povu za aloi ya AlSi6Cu4Mg4, viputo huwa na nyuklea ndani ya eutectic ya majimaji inayozunguka chembe za shaba, badala ya kutoa nuklea katika eneo la chembe za TiH2. Aina hii ya viini katika eneo dhaifu zaidi la mtangulizi (aina ya nyuklia ya II) hutoa njia zaidi za kutoroka kwa gesi iliyotolewa na mtengano wa TiH2, kuzuia mkusanyiko wa gesi na kusababisha nyufa kueneza katika kuyeyuka kwa alumini. Nyongeza ya nyuzi za kaboni zilizopakwa kwa shaba inaonekana zaidi hutengeneza njia zaidi za kutoa H2. Walakini, kwa kuwa kuyeyuka kwa alumini hakuna sehemu ya kioevu ya kutosha katika hatua hii, ni ngumu kwa Bubbles ndogo kama hizo kuwa na chanzo cha kutosha cha H2 kuendelea kukua. Kwa sababu hiyo, viputo hivi vidogo hupasuka ndani ya kuyeyuka joto linapoongezeka. Wakati kitangulizi kinapoyeyuka kabisa, H2 iliyotolewa kutoka kwa mmenyuko mkali wa dehydrogenation ya TiH2 itakuwa nucleate na kukua kwa kasi kulingana na nucleation uhakika. Cf hutoa tovuti nyingi tofauti za nukleo kwa ajili ya uzalishaji wa Bubbles, ambayo huongeza sana viwango vya nucleation. Wakati huo huo, uwepo wa Cf kwa ufanisi huzuia kuwasiliana na kuunganisha kwa Bubbles za msingi na kuepuka kuundwa kwa Bubbles kubwa isiyo ya kawaida.

Wakati wa ukuaji na hatua ya kuunganisha ya Bubbles, kuongeza kwa Cf kwa kiasi kikubwa inaboresha utulivu wa povu. Sababu ni kwamba Cf na alumini huyeyuka huwa na unyevu mzuri, na nyuzi zinaweza kunaswa kwa urahisi kati ya violesura viwili vya gesi-kioevu kuunda muundo wa mtandao (kama inavyoonyeshwa katikaKielelezo 7(c)) Filamu ya kioevu inapopunguzwa, nyuzi zinaweza kutoa shinikizo la kutenganisha ili kupinga kufyonza kutoka kwenye mpaka wa uwanda, na hivyo kuzuia filamu ya kioevu kutoka kwa kupasuka. Kwa hivyo Cf/AFS inahitaji muda mrefu zaidi wa kutoa povu ikilinganishwa na AFS, yenye uthabiti wa hali ya juu ambao unaweza kudumisha usawa wa muundo wa pore wakati wa mageuzi ya povu.

Wakati wa hatua ya ugaidi wa polepole, viputo katika Cf/AFS hazikui tena na nyuzi hupachikwa ndani ya ukuta wa seli (iliyowekwa alama ya kisanduku chenye vitone vyekundu). Utunzaji huu wa nyuzi huzuia kufyonzwa kwa viputo vidogo na vikubwa zaidi, kama inavyoonekana katika upevushaji wa Ostwald, na huzuia mpasuko wa ukuta wa seli kutokana na upanuzi wa kuganda. Kwa hivyo, Cf/AFS huonyesha muundo wa vinyweleo wenye usawa zaidi na kasoro chache za vinyweleo ikilinganishwa na AFS.

3.5. Mali ya mitambo

Mikondo ya mkazo ya kukandamiza kwa Cf/AFS na AFS yenye karibu uthabiti sawa (83.2% na 81.4%, mtawalia) imewasilishwa katikaKielelezo 9(a). Mviringo mbanaji wa msongo wa mawazo unaonyesha sifa bainifu ya hatua tatu, inayojumuisha eneo nyororo la laini, eneo la nyanda za juu, na eneo la msongamano. Nguvu ya mavuno ya AFS na CF/AFS ilikuwa MPa 8.44 na MPa 11.87, mtawalia. Nguvu ya mavuno ya kukandamiza ya Cf/AFS iliongezeka kwa 40.6% ikilinganishwa na AFS. Wakati huo huo, uwezo wa kunyonya nishati wa Cf/AFS ni bora kuliko ule wa AFS kwa aina sawa, kama inavyoonyeshwa katikaKielelezo 9(b). Uwezo wa kunyonya nishati wa AFS na Cf/AFS ni takriban 3.3 MJ/m3 na 6.1 MJ/m3, mtawalia. Uwezo wa kunyonya nishati wa Cf/AFS umeboreshwa kwa 84.8% ikilinganishwa na AFS.

Kielelezo 9.Mikondo ya mkazo ya mkazo na uwezo wa kufyonzwa wa nishati ya Cf/AFS na AFS: (a) mikunjo ya mkazo ya mkazo; (b) mikondo ya uwezo wa kunyonya nishati.

Kuingizwa kwa Cf kwa kiasi kikubwa kuimarisha mali ya mitambo ya msingi wa povu. Inajulikana kuwa mali ya mitambo yapovu ya aluminizinahusiana kwa karibu na muundo wa pore na mali ya mitambo ya strut. Uchanganuzi wa muundo mkuu ulionyesha kuwa kuongezwa kwa CF kuliboresha saizi ya pore, kuboresha usambazaji wa vinyweleo, na kasoro zilizopunguzwa za pore. Sawa na matokeo ya Sasikumar et al. na Yangetal. kipenyo kidogo cha pore na usambazaji mwembamba wa pore ni manufaa zaidi ili kuongeza nguvu ya kukandamiza na ufanisi wa kunyonya nishati. Aidha, athari za microstructure juu ya mali ya mitambo ya povu ni hasa kutokana na CF iliyoingia kwenye kuta za pore za povu. Kueneza na kuyeyushwa kwa nyuzi za kaboni zilizofunikwa na shaba kwenye matrix ya alumini kunaweza kufikia dhamana thabiti zaidi ya uso kati ya nyuzi na matrix ya alumini, ambayo inachangia uhamishaji wa mzigo. Uzito wa juu wa moduli ya kaboni uliowekwa kwenye ukuta wa pore unaweza kuzuia deformation ya ukuta wa pore chini ya mzigo wa mgandamizo na kuboresha uwezo wa kubeba mzigo. Mambo haya yote yanapendelea Cf/AFS kufikia nguvu ya juu ya mavuno na uwezo wa kunyonya nishati ikilinganishwa na AFS.

4. Hitimisho

CF/AFS na AFS zilitayarishwa kwa mbinu ya metallurgy ya poda inayovingirishwa katika kazi hii. Tabia ya kutoa povu ya Cf/AFS na AFS ilizingatiwa kwa nguvu kupitia mionzi ya synchrotron hadi

kuchunguza ushawishi wa CF kwenye nucleation ya Bubble na ukuaji. Kwa kuongeza, Cf kwenye mofolojia ya pore, usambazaji wa pore, na sifa za ukandamizaji wa povu za alumini zilichambuliwa kikamilifu. Hitimisho kuu ni kama ifuatavyo:

(1) Uchunguzi wa mionzi ya Synchrotron katika situ unaonyesha kwamba michakato yote miwili ya kutoa povu ya Cf/AFS na AFS inaonyesha hatua tatu tofauti: utenaji wa viputo, ukuaji na muunganisho wa kiputo, na ugaidi.

Kwa kulinganisha na AFS, mchakato wa kutoa povu wa Cf/AFS unaonyesha uthabiti wa hali ya juu na usawa wa Bubble. AFS huathirika zaidi kutengeneza vinyweleo vikubwa na visivyo vya kawaida wakati wa mchakato wa mageuzi ya vinyweleo. Zaidi ya hayo, tofauti hiyo inachangiwa na athari tofauti za nukleo za Cf, ambayo huzuia kupasuka kwa ukuta wa viputo na kupunguza mshikamano huku ikiongeza kasi ya viini.

(2) Nyongeza ya 0.5 wt.% Cf husafisha kipenyo sawa cha pore kutoka 2.9 ± 0.2 mm hadi 1.9 ± 0.1 mm, kwa kiasi kikubwa kupunguza kasoro za pore. Wakati huo huo, muundo mdogo unaonyesha unyevu mzuri wa Cf, ambao husambazwa kando ya ukuta wa pore na kiolesura cha gesi-imara, na hivyo kuimarisha utulivu wa povu.

(3) Ikilinganishwa na AFS, nguvu ya mavuno ya kubana na uwezo wa kunyonya nishati ya Cf/AFS iliongezeka kwa takriban 40.6% na 84.8%, mtawalia. Matokeo ya utafiti huu yanaweza kutoa mawazo ya uimarishaji wa paneli za sandwich za povu za alumini na miingiliano ya uunganishaji wa metallurgiska ambayo inaweza kutumika kwa uhandisi katika uwanja wa tasnia ya magari na anga.

Makala kutoka kwa Jarida la Utafiti wa Nyenzo na Teknolojia