Conception et optimisation de la composition des matériaux en mousse d'aluminium

La mousse d'aluminium est un matériau poreux légerMétalMatériau chimique présentant d'excellentes performances. Ces performances dépendent en grande partie de la conception et de l'optimisation de la composition du matériau. Ce qui suit résume la conception et l'optimisation de la composition du matériau.mousse d'aluminiummatériaux, de la sélection des principales matières premières à l'ajout d'éléments d'alliage et au contrôle de la microstructure dans le processus de moussage.
1. Sélection des principales matières premières
Le matériau de base en mousse d'aluminium choisit généralement les deux matériaux suivants comme matière première principale :

• Aluminium pur (Al) :Il a un point de fusion bas et de bonnes performances de traitement.
• Alliage Al-Si :Étant donné que ses propriétés de fusion (point de fusion, viscosité, tension superficielle, etc.) sont supérieures à celles de l'aluminium pur, il est le plus largement étudié dans la préparation de la mousse d'aluminium.
  Dans le système d'alliage Al-Si, on utilise généralement un alliage dont la fraction massique de silicium est comprise entre 5 et 12 %. Ses avantages sont les suivants : une viscosité et une fluidité modérées de la masse fondue, ce qui facilite le contrôle du moussage. L'ajout d'autres éléments d'alliage permet d'optimiser encore ses propriétés.

2. Ajout d'éléments d'alliage et leurs effets
Pour améliorer les paramètres structurels et les performances globales demousse d'aluminiumDes quantités appropriées d'éléments d'alliage tels que Cu, Mg, Zn, etc. sont généralement ajoutées aux alliages Al-Si. Les fonctions de chaque élément sont les suivantes :

• Ajout de Cu
  Principe : L'ajout d'environ 3 % de Cu au système composite Al-Mg-Si peut réduire la taille des particules de Mg₂Si de 30 μm à 10 μm, ce qui peut signifierDansAugmente considérablement la surface totale des particules et la viscosité de la masse fondue. L'ajout de 5 % de Cu fait passer le mode de solidification d'une solidification couche par couche à une solidification simultanée, ce qui améliore l'organisation du matériau.
  Effet : Prolonge le temps de stabilisation des pores lors du moussage. Réduit l'apparition de défauts et de fissures au niveau des parois des pores. Améliore la dureté et la résistance à la corrosion du matériau.
• Ajout de Mg
  Principe d'action : L'ajout d'une quantité appropriée de magnésium (environ 2 %) peut améliorer efficacement la structure des pores de la bulle et accroître la stabilité du processus de moussage. L'ajout de magnésium peut contribuer à réduire l'enchevêtrement des particules d'oxyde, rendant ainsi la structure des pores de la bulle plus régulière et la paroi des pores plus uniforme.
  Effet : Améliore l'homogénéité et la stabilité des pores. Réduit le phénomène d'effondrement.
• Optimisation du Si
  Dans les alliages Al-Si, la réduction de la taille des particules de Si a un effet évident sur l'amélioration de la structure des vésicules. Des expériences pertinentes ont démontré que l'ajout de 1 % de Mg au système de poudre d'alliage Al-Si peut améliorer significativement l'uniformité et la régularité des parois des pores, et rendre le processus de moussage plus stable.

3. Contrôle de l'écoulement à l'état fondu et de la viscosité
Exigences de l'industrie aérospatiale et automobile : un bon écoulement de la masse fondue d'aluminium est essentiel pour la fabrication de produits fins et légersalliage d'aluminiummoulages.
Préparation de la mousse d'aluminium : Pour obtenir un meilleur effet moussant, une fluidité de fusion relativement faible (viscosité élevée) doit être maintenue.
Méthodes d'ajustement de la viscosité : L'ajout d'éléments d'alliage (par exemple, Cu, Mg) augmente la viscosité de la masse fondue en modifiant la granulométrie et la distribution. Ajuster le rapport de composition de l'alliage pour optimiser la zone et le mode de solidification.
4. Optimisation de la microstructure
Grâce à l'analyse de la microstructure (par exemple, microscopie optique et observation SEM), les stratégies d'optimisation suivantes peuvent être dérivées :

• Réduire le problème d’enchevêtrement des particules d’oxyde :Les particules d'oxyde simples n'améliorent pas significativement les performances de moussage, mais peuvent entraîner des bulles irrégulières et un effondrement facile. L'ajout de magnésium peut améliorer considérablement la répartition des particules d'oxyde et régulariser la structure des bulles.
• Optimisation de la composition eutectique :L'ajout de magnésium à un alliage Al-Si pour former un système eutectique (par exemple Al-Mg-Si) peut améliorer considérablement les performances de moussage. Le système de poudre d'alliage eutectique présente une stabilité accrue lors du processus de moussage.

5. Recherches connexes
Recherche:Étudier les effets du Mg et du Si sur la structure des parois des pores, leur taille et l'uniformité de la distribution lors du processus de moussage. Il a été constaté que l'ajout de Si ou de Mg seul à de la poudre d'aluminium pur n'avait pas d'effet notable, tandis que l'ajout d'environ 1 % de Mg aux alliages Al-Si pouvait améliorer significativement la stabilité du moussage, ce qui se traduisait par une taille de pores plus uniforme et des parois plus lisses.
Comparaison expérimentale :Des expériences au microscope optique montrent que les particules d'oxyde simples ne peuvent pas améliorer l'effet moussant, mais entraînent une structure poreuse irrégulière. L'ajout d'une quantité appropriée de magnésium permet une répartition plus uniforme des pores de la mousse et une amélioration significative de sa stabilité.
Le cœur de la conception compositionnelle dematériaux en mousse d'aluminiumL'objectif est d'optimiser les propriétés de fusion et de moussage des matériaux par des procédés d'alliage et une modulation de la microstructure. Les principaux points de la stratégie d'optimisation sont les suivants :
1. Privilégiez l'alliage Al-Si (teneur en Si de 5 à 12 %) comme matière première principale.
2. Ajoutez une quantité appropriée de Cu (environ 3 % à 5 %) pour améliorer la viscosité de la masse fondue, améliorer la structure des trous de bulles et prolonger le temps de stabilisation des trous de bulles.
3. Ajoutez une quantité appropriée de Mg (environ 1 % à 2 %) pour améliorer la stabilité du processus de moussage, la douceur de la paroi des pores et l'uniformité des pores.
4. Réduire la taille des particules de Si pour optimiser la composition eutectique de la masse fondue de l'alliage.
Grâce à l’optimisation ci-dessus, les performances des matériaux en mousse d’aluminium dans les industries aérospatiale et automobile seront considérablement améliorées.