ลักษณะการทำงานของแผงแซนวิชโฟมอลูมิเนียมคาร์บอนไฟเบอร์ที่เคลือบทองแดงเมื่อเปรียบเทียบกับแผงแซนวิชโฟมอลูมิเนียมทั่วไป

แซนวิชโฟมอลูมิเนียมแผง AFS มีคุณสมบัติเชิงโครงสร้างและฟังก์ชันผสมผสานกัน เช่น ความหนาแน่นต่ำ ความแข็งแรงจำเพาะสูง การดูดซับพลังงานที่ดี ความสามารถในการหน่วง และการป้องกันแม่เหล็กไฟฟ้า คุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมเหล่านี้ทำให้ AFS มีศักยภาพที่ยอดเยี่ยมในด้านการบินและอวกาศ การขนส่ง และการเดินเรือ เมื่อเปรียบเทียบกับแผงโลหะโฟมแผ่นโลหะด้านนอกของ AFS สามารถปิดผนึกโฟมได้อย่างมีประสิทธิภาพและปรับปรุงคุณสมบัติเชิงกลโดยรวม เช่น ความแข็งแรงในการดึงและการดัด โดยทั่วไป AFS ผลิตขึ้นโดยใช้วิธีการยึดด้วยกาว ซึ่งเกี่ยวข้องกับการยึดโฟมอะลูมิเนียมกับแผงโลหะแข็งโดยใช้กาวเรซินอีพอกซี

แม้ว่าวิธีการยึดติดด้วยกาวจะช่วยเพิ่มการหน่วงโครงสร้างได้อย่างมีประสิทธิภาพ แต่ก็มีข้อจำกัดหลายประการ เช่น ความท้าทายในการรีไซเคิล และความอ่อนไหวต่อความล้มเหลวในการแยกตัวภายใต้สภาวะอุณหภูมิสูงหรือสภาวะที่กัดกร่อน เพื่อแก้ไขข้อจำกัดเหล่านี้ ความพยายามในการวิจัยอย่างกว้างขวางจึงทุ่มเทให้กับการยึดติดทางโลหะวิทยาระหว่างแผงและชั้นแกนกลาง

ปัจจุบัน วิธีการเตรียม AFS ที่สำคัญซึ่งมุ่งเน้นที่การยึดติดทางโลหะวิทยานั้นแบ่งได้เป็น 3 ประเภท ได้แก่ การเชื่อม การหลอมโฟม และวิธีการรีดบรรจุภัณฑ์ด้วยผงโลหะวิทยา ในบรรดาวิธีการเหล่านี้ วิธีการรีดบรรจุภัณฑ์ด้วยผงโลหะวิทยาถือเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพเหนือกว่าในการควบคุมโครงสร้างรูพรุนและการทำให้เกิดโฟมที่อุณหภูมิต่ำ ผลงานก่อนหน้านี้ของเราใช้เทคโนโลยีนี้ในการผลิต AFS ขนาดใหญ่ที่มีคุณสมบัติการขยายตัวและโครงสร้างเซลล์ที่ดีกว่าสำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรม

อย่างไรก็ตาม เนื่องจากคุณสมบัติเชิงกลของแกนโฟมมีการบีบอัดที่ค่อนข้างต่ำ การปรับปรุงความแข็งแรงเชิงกลของ AFS จึงมีจำกัด ดังนั้น การปรับปรุงความแข็งแรงของแกนโฟมเพิ่มเติมจึงเป็นสิ่งสำคัญสำหรับ AFS

จนถึงปัจจุบัน มีการรายงานวิธีการทั่วไปในการปรับปรุงคุณสมบัติเชิงกลเชิงอัดของโฟมอลูมิเนียมมีดังต่อไปนี้: การปรับพื้นผิว การอบด้วยความร้อน และการเสริมแรงโดยการเพิ่มอนุภาค เส้นใย ธาตุโลหะผสม เป็นต้น ในจำนวนนี้ เส้นใยคาร์บอนสั้นที่มีความหนาแน่นต่ำ โมดูลัสความยืดหยุ่นสูง และอัตราส่วนภาพขนาดใหญ่ ได้รับความสนใจอย่างกว้างขวางในฐานะวัสดุเสริมแรงที่มีแนวโน้มดี นอกจากนี้ การทำให้เส้นใยคาร์บอนเป็นโลหะบนพื้นผิวด้วยการชุบด้วยไฟฟ้าหรือการชุบด้วยสารเคมี เช่น การชุบด้วยทองแดงหรือการชุบด้วยนิกเกิล ยังช่วยปรับปรุงความสามารถในการเปียกของเส้นใยคาร์บอนในอลูมิเนียมหลอมเหลวและหลีกเลี่ยงปฏิกิริยาระหว่างเส้นใยคาร์บอนและอลูมิเนียมหลอมเหลวที่เป็นอันตราย ปัจจุบัน เส้นใยคาร์บอนสั้นถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายเพื่อเสริมความแข็งแรงให้กับคอมโพสิตเมทริกซ์อลูมิเนียม

Bhav Singhetal ได้เตรียมคอมโพสิตเมทริกซ์อะลูมิเนียมเสริมแรงด้วยเส้นใยคาร์บอนเคลือบทองแดงโดยใช้วิธีการหล่อแบบคนผสม Muetal ได้ผลิตคอมโพสิตเมทริกซ์อะลูมิเนียมเสริมแรงด้วยเส้นใยคาร์บอนเคลือบนิกเกิลโดยใช้วิธีการหล่อแบบสองลูกกลิ้ง ผลการทดลองแสดงให้เห็นถึงการปรับปรุงอย่างมีนัยสำคัญในความแข็งแรงแรงดึงของคอมโพสิตด้วยการเพิ่มเส้นใยคาร์บอน อย่างไรก็ตาม มีการวิจัยที่จำกัดเกี่ยวกับ...โฟมอลูมิเนียมเสริมแรงด้วยเส้นใยคาร์บอนเคลือบทองแดง Caoetal เส้นใยคาร์บอนเคลือบทองแดงที่เตรียมขึ้นเป็นครั้งแรกเสริมโฟมอลูมิเนียมผ่านวิธีการโฟมหลอมละลาย ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่า Cf 0.35 vol% สามารถทำให้โฟมอลูมิเนียมคงตัวได้โดยป้องกันการแตกของฟิล์มของเหลว และยิ่งปริมาณเส้นใยที่เติมลงในโฟมมีความเสถียรมากขึ้น Muetal แสดงให้เห็นว่าคุณสมบัติการหน่วงของโฟมอลูมิเนียมที่เตรียมขึ้นโดยวิธีการโฟมหลอมละลายได้รับการปรับปรุงอย่างมีนัยสำคัญด้วยการเติม Cf

ดังนั้น จึงสรุปได้ว่าการเติม Cf อาจเป็นกลยุทธ์ที่มีประสิทธิภาพในการปรับปรุงเสถียรภาพของการเกิดฟองและคุณสมบัติเชิงกลของพร้อมกันโฟมอลูมิเนียมนอกจากนี้ ยังไม่มีรายงานใดๆ เกี่ยวกับแผงแซนวิชโฟมอะลูมิเนียมเสริมใยคาร์บอนชุบทองแดงที่เตรียมโดยวิธีการผงโลหะ ซึ่งเป็นแรงบันดาลใจให้นักวิจัยดำเนินการศึกษาวิจัยในสาขานี้อย่างเจาะลึกมากขึ้น

มีการศึกษามากมายที่ดำเนินการเกี่ยวกับกลไกการสร้างนิวเคลียสและเสถียรภาพของโฟมอลูมิเนียมโดยการเพิ่มเฟสเสริมแรง ความแตกต่างของจำนวนรูพรุนและสัณฐานของรูพรุน

เช่น ขนาด การกระจาย และรูปร่าง มักเกิดจากกลไกการสร้างนิวเคลียสและความเสถียร ผลของการสร้างนิวเคลียสที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันและกลไกการทำให้เครือข่ายออกไซด์เสถียรในระบบโลหะผงได้รับการศึกษาอย่างละเอียดถี่ถ้วน ผงโลหะผสมควอเทอร์นารีที่ประกอบด้วย Al–Si–Mg–Cu ที่ใช้ในบทความนี้แสดงให้เห็นอัตราการขยายตัวที่ยอดเยี่ยมและอุณหภูมิการเกิดฟองต่ำ โดยมีอุณหภูมิโซลิดัสที่ 507 ◦C และอุณหภูมิลิควิดัสที่ 596 ◦C อย่างไรก็ตาม ยังไม่มีการวิจัยเกี่ยวกับกลไกการสร้างนิวเคลียส ความเสถียร และคุณสมบัติเชิงกลอัดของผงอัดที่ประกอบด้วยองค์ประกอบของโลหะผสมเฉพาะนี้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อผสม Cf ในงานก่อนหน้านี้ การตรวจสอบกลไกการสร้างนิวเคลียสและการทำให้เสถียรนั้นดำเนินการเป็นหลักโดยใช้วิธีการนอกสถานที่ ซึ่งเกี่ยวข้องกับการวิเคราะห์ภาพตัดขวางของตัวอย่างที่ได้รับการทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็วหลังจากการหยุดการเกิดฟอง น่าเสียดายที่การเกิดนิวเคลียสของฟองอากาศขนาดเล็กกว่าไมครอนเกิดขึ้นเป็นหลักในระหว่างการให้ความร้อนแก่สารตั้งต้นและขยายตัวอย่างรวดเร็วภายในช่วงเวลาตั้งแต่ 100 มิลลิวินาทีถึง 1 วินาที ซึ่งมักสร้างความท้าทายสำหรับการสังเกตแบบเรียลไทม์ เทคนิคการถ่ายภาพเอกซเรย์ด้วยรังสีซินโครตรอนสมัยใหม่มีพลังงานสูงและความละเอียดเชิงปริภูมิและเวลา ทำให้สามารถสังเกตการเกิดนิวเคลียสและกระบวนการเติบโตของโฟมอะลูมิเนียมที่อุณหภูมิสูงได้แบบเรียลไทม์ ปัจจุบัน มีนักวิจัยเพียงไม่กี่คนที่สำรวจจลนพลศาสตร์การเกิดฟองของผงโลหะผสม Al–Si–Mg โดยรังสีซินโครตรอน ตัวอย่างเช่น García-Morenoetal รายงานปรากฏการณ์พลวัตที่สำคัญในโฟมอะลูมิเนียมเหลว รวมถึงการเกิดนิวเคลียสและการเติบโต การจัดเรียงฟอง การหดตัวของของเหลว การรวมตัวเป็นกลุ่ม และการแตกของฟิล์ม Kamm และคณะศึกษาการเกิดนิวเคลียสและกระบวนการเติบโตของโฟมอะลูมิเนียม AlSi8Mg4 โดยรังสีซินโครตรอน ผลการค้นพบระบุว่าไฮโดรเจนที่เกิดจากการสลายตัวของสารดูดซับบนพื้นผิวผงโลหะเป็นกลไกการเกิดนิวเคลียสที่สำคัญอีกประการหนึ่ง อย่างไรก็ตาม ปฏิสัมพันธ์ระหว่างส่วนประกอบของสารตั้งต้นนั้นมีความซับซ้อน และพลวัตของการเกิดฟองอาจได้รับอิทธิพลจากองค์ประกอบของมัน สำหรับระบบผง Al–Si–Cu–Mg และระบบผง Al–Si–Cu–Mg ที่มี Cf เพิ่มเข้ามา การทำความเข้าใจและการสำรวจจุดเริ่มต้นและการเติบโตของโฟมโลหะนั้นมีความสำคัญต่อการพัฒนาโครงสร้างโฟมเพิ่มเติมเพื่อปรับปรุงคุณสมบัติสำหรับการใช้งาน

ในงานนี้ ได้เตรียม Cf/AFS และ AFS ที่มีการเชื่อมประสานระหว่างส่วนต่อประสานโลหะโดยใช้วิธีการกลิ้งผงโลหะ วิวัฒนาการของฟองอากาศของ Cf/AFS และ AFS ถูกสังเกตในแหล่งกำเนิดด้วยรังสีซินโครตรอนเพื่อเปิดเผยกลไกของ Cf ต่อการเกิดนิวเคลียสของฟองอากาศ การเติบโตและการรวมตัวกัน และความเสถียร นอกจากนี้ Cf/AFS และ AFS ยังถูกทำให้เป็นฟองอากาศที่อุณหภูมิ 620 ◦C เป็นเวลา 15 นาทีในเตาเผาแบบห้อง จากนั้น ได้มีการกำหนดลักษณะและทดสอบการกระจายขนาดรูพรุน โครงสร้างจุลภาคของรูพรุน และคุณสมบัติเชิงกลของแรงอัดของตัวอย่างโฟม จากการศึกษาที่กล่าวถึงข้างต้น โครงสร้างและความแข็งแรงของแรงอัดของ Cf/AFS และ AFS ได้รับการประเมินอย่างเป็นระบบ

2.วัสดุและวิธีการ

2.1. วัตถุดิบ

ใช้วัตถุดิบหกชนิดในการเตรียม AFS และ Cf/AFS ได้แก่ ผง Al (ขนาดเฉลี่ย: 45 μm ความบริสุทธิ์ >99.70%), ผง Si (ขนาดเฉลี่ย: 38 μm ความบริสุทธิ์ >99.50%), ผง Cu (ขนาดเฉลี่ย: 38 μm ความบริสุทธิ์ >99.90%), ผง Mg (ขนาดเฉลี่ย: 75 μm ความบริสุทธิ์ >99.70%), ผง TiH2 (ขนาดเฉลี่ย: 45 μm ความบริสุทธิ์ >99.70%) และเส้นใยคาร์บอนเคลือบทองแดง (ขนาดเฉลี่ย: 1～2 มม. ความหนาของทองแดงเคลือบ: 1.4 μm)

2.2. การผลิต Cf/AFS

แผนภาพของวิธีการกลิ้งผงโลหะบรรจุภัณฑ์แสดงไว้ในรูปที่ 1ในระหว่างขั้นตอนการผสม ผงโลหะผสมควอเทอร์นารี AlSi6Mg4Cu4 ได้ถูกเตรียมขึ้น โดยมีผงของ Al, Si, Cu และ Mg ในสัดส่วน 86%, 6%, 4% และ 4% ตามลำดับ ผง TiH2 ที่ถูกออกซิไดซ์ 1% (ผ่านการให้ความร้อนในอากาศเป็นเวลา 1.5 ชั่วโมงที่อุณหภูมิ 470 ◦C) ถูกเติมลงไปเพื่อใช้เป็นตัวเป่าซึ่งจะปลดปล่อย H2 อย่างรวดเร็วที่อุณหภูมิหลอมเหลว ทำให้หลอมเหลวขยายตัว นอกจากนี้ เส้นใยคาร์บอน 0.5% ถูกผสมเป็นเฟสเสริมแรง โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เพื่อเพิ่มความสามารถในการเปียกและป้องกันปฏิกิริยาที่เป็นอันตราย เช่น Al4C3 ที่อินเทอร์เฟซเส้นใย-อะลูมิเนียมหลอมเหลวระหว่างการเกิดฟอง เส้นใยคาร์บอนจะถูกเคลือบด้วยทองแดงผ่านการชุบด้วยไฟฟ้า กระบวนการชุบด้วยไฟฟ้าอธิบายไว้ในเอกสารอ้างอิงรูปที่ 2แสดงให้เห็นเส้นใยคาร์บอนเคลือบทองแดงที่ได้จากกระบวนการชุบแบบไม่ใช้ไฟฟ้า การเคลือบจะครอบคลุมพื้นผิวเส้นใยอย่างสม่ำเสมอและต่อเนื่อง(รูปที่ 2(ก)–(ข))จากนั้นจึงเตรียมโลหะผสมต่าง ๆ ที่ใช้ในการศึกษานี้โดยผสมผงที่กล่าวถึงข้างต้นอย่างละเอียดทั้งที่มีและไม่มี Cf ในเครื่องผสมสามมิติเป็นเวลา 3 ชั่วโมง ผงที่ผสมกันอย่างสม่ำเสมอจะถูกห่อหุ้มไว้ในโพรงที่ปิดสนิท ตามด้วยขั้นตอนการรีดเย็นและรีดร้อน

ขั้นตอนการรีดเย็นช่วยระบายอากาศออกจากโพรงและช่องว่างระหว่างอนุภาคได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยผ่านขั้นตอนการรีดซ้ำหลายครั้งและรอยบุ๋มเล็กๆ ขั้นตอนการรีดร้อนช่วยให้สารตั้งต้นมีความหนาแน่นสัมพัทธ์เกิน 98% ผ่านการเสียรูปร่วมกันของแผงและผง ซึ่งช่วยให้กระบวนการโฟมในขั้นตอนต่อไปง่ายขึ้น พารามิเตอร์กระบวนการรีดโดยละเอียดมีอธิบายไว้ในเอกสารอ้างอิง สารตั้งต้นที่เป็นโฟม AFS และ Cf/AFS ได้มาจากกระบวนการที่กล่าวถึงข้างต้น ในที่สุด สารตั้งต้นที่เป็นโฟมทั้งสองชนิดจะถูกให้ความร้อนที่ 620 ◦C เป็นเวลา 15 นาทีเพื่อสร้างชิ้นงาน Cf/AFS และ AFS ซึ่งใช้สำหรับการวิเคราะห์ขนาดรูพรุน การจำแนกลักษณะโครงสร้างจุลภาค และการทดสอบคุณสมบัติเชิงกลของแรงอัด

2.3. การกำหนดลักษณะและวิธีการทดสอบ

2.3.1. การกำหนดลักษณะโครงสร้างจุลภาค

โครงสร้างจุลภาคของ Cf/AFS และ AFS ได้รับการตรวจสอบด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดแบบปล่อยสนาม (SEM, Zeiss Ultra Plus) สเปกโตรสโคปีแบบกระจายพลังงาน (EDS) ถูกใช้เพื่อระบุองค์ประกอบของเฟสต่างๆ ในผนังเซลล์ของตัวอย่างที่เป็นโฟม ส่วนตามยาวของตัวอย่างจะได้รับโดยการตัดตัวอย่างที่เป็นโฟมโดยใช้เครื่องปล่อยไฟฟ้า (EDM, DK7745) หลังจากนั้น ส่วนตามยาวของตัวอย่างจะถูกเคลือบด้วยสี จากนั้นจึงขัดและขัดเงาโดยใช้กระดาษทรายเบอร์ 800 และ 1500 ตามลำดับ ในที่สุด เส้นผ่านศูนย์กลางเซลล์เทียบเท่า (Dmean) ของหน้าตัดตัวอย่างที่ขัดเงาจะถูกกำหนดโดยใช้ซอฟต์แวร์วิเคราะห์ภาพ Image Pro Plus 6.0

รูปที่ 1.แผนภาพวิธีการทำผงโลหะโดยการกลิ้งบรรจุภัณฑ์

รูปที่ 2.ภาพ SEM ของเส้นใยคาร์บอนเคลือบทองแดง (ก) และ (ข) แสดงมุมมองขยายของบริเวณที่ทำเครื่องหมายด้วยสี่เหลี่ยมสีแดงใน (ก) ภาพ (ค) และ (ง) คือผลลัพธ์ EDS ของจุด A ใน (ข)

รูปที่ 3.แผนผังการจัดการทดลองรังสีซินโครตรอน

2.3.2 การสังเกตการเกิดฟองในแหล่งกำเนิดโดยใช้รังสีซินโครตรอน

แผนผังโครงร่างของการตั้งค่าการทดลองรังสีซินโครตรอนถูกร่างไว้รูปที่ 3การทดลองดังกล่าวดำเนินการที่ลำแสง 4W1A ของศูนย์รังสีซินโครตรอนปักกิ่ง (BSRF, สถาบันฟิสิกส์พลังงานสูงปักกิ่ง, สถาบันวิทยาศาสตร์จีน, ประเทศจีน) ซึ่งแตกต่างจากการถ่ายภาพแบบดูดกลืน-คอนทราสต์แบบเดิม บทความนี้ใช้การถ่ายภาพแบบคอนทราสต์เฟสร่วมกับแหล่งกำเนิดแสงรังสีซินโครตรอน วิธีนี้ช่วยแก้ไขข้อจำกัดของการถ่ายภาพแบบดูดกลืนแบบเดิม ซึ่งไม่มีประสิทธิภาพในการแสดงภาพสารที่ดูดกลืนได้น้อย กระบวนการสร้างโฟมของตัวอย่างดำเนินการภายในเตาสร้างโฟมที่ออกแบบพิเศษ โดยมีหน้าต่างสี่เหลี่ยมจัตุรัสขนาด 15 มม. x 15 มม. วางตั้งฉากกับทิศทางของลำแสงเอกซ์เรย์ ขนาดตัวอย่างตามที่แสดงในรูปที่ 3 มีขนาด 15 มม. x 15 มม. x 2 มม. ตัวอย่างจะถูกวางไว้ในแม่พิมพ์สร้างโฟมซึ่งประกอบด้วยแผ่นเซรามิกจำนวนหนึ่ง ตลอดกระบวนการสร้างโฟม รังสีเอกซ์สามารถผ่านตัวอย่างได้และถูกจับภาพโดยกล้อง CCD (Charge-coupled device) แหล่งกำเนิดรังสีเอกซ์ที่เลือกใช้ทำงานที่ความเข้มข้น 20 Kev และมีขนาดการมองเห็นสูงสุด 7.4 มม. × 7.4 มม. ถูกนำมาใช้เพื่อให้สามารถสังเกตกระบวนการเกิดฟองทั้งหมดได้อย่างครอบคลุม

ที่น่าสังเกตคือตัวอย่างที่สังเกตพบนั้นวางในลักษณะตั้งฉากกับทั้งทิศทางการกลิ้งและทิศทางการสัมผัส สารตั้งต้นทั้งสองชนิดที่มี Cf 0.5% ตามน้ำหนักและสารตั้งต้นที่ไม่มี Cf 0.5% ตามน้ำหนักนั้นถูกถอดแผงด้านข้างออกจากทั้งสองด้านของตัวอย่างโดยใช้ EDM ผลของ Cf ต่อลักษณะการเกิดฟองของโฟมอะลูมิเนียมได้รับการศึกษาวิจัย นอกจากนี้ สารตั้งต้นที่มีองค์ประกอบต่างกันยังถูกทำให้เป็นฟองในเตาเผาเดียวกันที่อุณหภูมิที่ตั้งไว้ล่วงหน้าที่ 620 ◦C

2.3.3. การทดสอบคุณสมบัติเชิงกลของการบีบอัด

ชิ้นงานที่ถูกอัดถูกตัดเป็นชิ้นงานทรงกระบอกที่มีความสูง 23 มม. และเส้นผ่านศูนย์กลาง 20 มม. โดยใช้ EDM และต้องแน่ใจว่าทุกทิศทางมีรูพรุนที่สมบูรณ์อย่างน้อย 10 รูเพื่อหลีกเลี่ยงผลกระทบจากขนาด การทดสอบแรงอัดแบบกึ่งคงที่ดำเนินการตามมาตรฐาน ISO13314–2011 และ GB/T31930–2015 โดยใช้เครื่องทดสอบวัสดุสากลแบบอิเล็กตรอน AG-XPLUS ที่มีความสามารถในการรับน้ำหนักสูงสุด 100 KN มีการทดสอบตัวอย่างสามตัวอย่างสำหรับแต่ละกลุ่ม และเส้นโค้งความเค้น-ความเครียดเชิงอัดในเอกสารนี้แสดงถึงผลลัพธ์โดยเฉลี่ยที่ได้จากตัวอย่างที่ทดสอบสามตัวอย่าง การทดสอบทั้งหมดดำเนินการภายใต้การควบคุมการเคลื่อนที่ โดยรักษาความเร็วของหัวไขว้ให้คงที่ที่ 2 มม./ นาที (สอดคล้องกับอัตราความเครียดเริ่มต้นที่ 10− 3 s− 1) ที่อุณหภูมิห้อง

รูปที่ 4.ภาพการแผ่รังสีซินโครตรอนที่วิวัฒนาการตามเวลาของกระบวนการเกิดฟองของ Cf/AFS: (ก) สารตั้งต้นที่ไม่มีฟองที่ช่วงเวลา 380 ◦C; (ข)–(ค) การสลายตัวของทองแดงธาตุและการเกิดนิวเคลียสประเภท II ในระหว่างการหลอมละลายของสารตั้งต้น; (ง)–(ช) กระบวนการเกิดนิวเคลียสและการเจริญเติบโตที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันของฟอง; และ (ซ)–(i) ฟองที่รวมตัวและแตกออก

3. ผลการศึกษาและการอภิปราย

3.1. พฤติกรรมการเกิดฟองในแหล่งกำเนิดภายใต้รังสีซินโครตรอน

3.1.1. วิวัฒนาการโฟมของ Cf/AFS

รูปที่ 4แสดงภาพรังสีซินโครตรอนชุดหนึ่งซึ่งแสดงถึงกระบวนการเกิดฟองของ Cf/AFS ภาพต้นฉบับของ Cf/AFS(รูปที่ 4 (ก))ถูกจับภาพเมื่อเมทริกซ์อยู่ในสถานะของแข็งที่ 380 ◦C และครั้งนี้ถูกตั้งเป็น t0 เมื่อเปรียบเทียบกับส่วนประกอบอื่นๆ ในสารตั้งต้น Cf จะปรากฏเป็นสีดำภายในเมทริกซ์ที่มีอะลูมิเนียมสีเทาเป็นส่วนใหญ่ ซึ่งอาจเกิดจากปริมาณทองแดงที่สูงบนพื้นผิวของเส้นใย ดังที่แสดงในรูปที่ 2(c)–(d)ซึ่งมีมวลอะตอมสัมพัทธ์สูงสุดเมื่อเทียบกับองค์ประกอบอื่นของสารตั้งต้น นอกจากนี้ Cf ส่วนใหญ่ยังสังเกตได้ว่ากระจัดกระจายและแยกจากกัน แทนที่จะอยู่รวมกันเป็นกลุ่ม ดังที่แสดงในรูปที่ 4(ก)นั่นหมายความว่าด้วยการเติม Cf ลงไป 0.5% โดยน้ำหนัก กระบวนการกวนเป็นเวลา 3 ชั่วโมงสามารถบรรลุสถานะการกระจายตัวที่ต้องการได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ที่ t0+194s (ตามที่เห็นในรูปที่ 4(ข)) สามารถสังเกตเห็นฟองอากาศสีขาวจำนวนมากที่มีรูปร่างเกือบเป็นทรงกลม โดยมีเส้นผ่านศูนย์กลางตั้งแต่ 90 μm ถึง 180 μm ในเมทริกซ์อะลูมิเนียมสีเทา (ทำเครื่องหมายด้วยลูกศรสีแดง) จำนวนฟองอากาศยังคงเพิ่มขึ้นภายใน 46 วินาที ดังที่แสดงในรูปที่ 4(ค)นอกจากนี้ การเปลี่ยนแปลงที่น่าสังเกตอีกประการหนึ่งที่เกิดขึ้นในเมทริกซ์ก็คือ ฟองอากาศขนาดเล็กบางส่วนมีแนวโน้มที่จะก่อตัวบนพื้นผิวของ Cf เมื่อมีการเริ่มละลาย Cu (ทำเครื่องหมายด้วยกล่องจุดสีแดง) ปรากฏการณ์นี้น่าจะเกิดจากนิวเคลียสประเภท II ที่เกิดขึ้นภายในผงอัดแน่นที่มีทองแดง เป็นที่ยอมรับกันโดยทั่วไปว่าการเติม Cu จะช่วยลดอุณหภูมิการหลอมเหลวของโลหะผสมได้อย่างมาก ส่งผลให้เกิดการหลอมเหลวเฉพาะที่รอบๆ อนุภาคผงแต่ละอนุภาคในสารตั้งต้นของผงที่มีผงทองแดงระหว่างกระบวนการให้ความร้อน ทำให้เกิดการหลอมเหลวยูเทกติกควอเทอร์นารี Al–Si–Mg–Cu จำนวนมากที่อุณหภูมิต่ำกว่า แหล่งหลอมเหลวยูเทกติกควอเทอร์นารีมีแนวโน้มที่จะเป็นบริเวณที่อ่อนแอในโลหะผสมและมีแนวโน้มที่จะเกิดนิวเคลียสมากขึ้น เป็นผลให้ฟองอากาศมีแนวโน้มที่จะเกิดนิวเคลียสและเติบโตใกล้กับพื้นผิวเส้นใยที่เคลือบด้วยทองแดง ยิ่งไปกว่านั้น เศษส่วนของเหลวที่ต่ำในเมทริกซ์ในขณะนี้ทำให้ก๊าซจากการสลายตัวของ TiH2 สะสมได้ง่ายในเมทริกซ์อะลูมิเนียม การสร้างนิวเคลียสประเภท II สามารถหลีกเลี่ยงการสะสมของแก๊สที่บังคับให้เมทริกซ์เศษส่วนของเหลวต่ำแยกออกจากกันและแพร่กระจายรอยแตกผ่านของเหลว ส่งผลให้สูญเสียไฮโดรเจนในปริมาณมาก

รูปที่ 4(ง)แสดงให้เห็นว่าฟองอากาศเริ่มก่อตัวเป็นนิวเคลียสและเติบโตในบริเวณ Cf เมื่อเมทริกซ์หลอมละลายทั้งหมด และตำแหน่งของฟองอากาศสอดคล้องกับชั้นเคลือบทองแดงที่หายไป (ทำเครื่องหมายด้วยกล่องจุดสีแดง) เป็นที่ทราบกันดีว่าการเพิ่มเฟสรองจะเพิ่มจำนวนไซต์นิวเคลียสที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกัน จึงลดอุปสรรคด้านพลังงานสำหรับการก่อตัวของฟองอากาศใหม่ภายในโลหะผสมที่หลอมละลาย ในขณะเดียวกัน อัตราการเกิดนิวเคลียสสัมพันธ์กับพื้นที่นิวเคลียสที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันทั้งหมดต่อหน่วยปริมาตร ดังนั้น จึงสังเกตได้ว่าฟองอากาศเริ่มก่อตัวเป็นนิวเคลียสที่ไซต์ที่มีเส้นใยคาร์บอนตั้งอยู่และขยายตัวไปตามความยาวของเส้นใยคาร์บอน เมื่อเศษส่วนของโลหะผสมที่หลอมละลายเพิ่มขึ้นอีก ฟองอากาศใหม่จำนวนมากก็ปรากฏขึ้นอย่างต่อเนื่องรูปที่ 4(e)–4(g)อย่างไรก็ตาม อัตราการรวมตัวและการแตกของฟองอากาศในพื้นที่นั้นช้า ซึ่งบ่งชี้ว่าฟองอากาศมีความเสถียรสูง ที่ t0+426s จำนวนฟองอากาศจะเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ และ

ปริมาตรของสารตั้งต้นแสดงการขยายตัวขนาดใหญ่(รูปที่ 4(h))นอกจากนี้ การเกิดฟองอากาศบางส่วนที่รวมตัวกัน (ทำเครื่องหมายด้วยลูกศรสีแดง) โดยที่ฟองอากาศขนาดเล็กจะถูกดูดซับโดยฟองอากาศขนาดใหญ่กว่าเนื่องจากการทำให้สุกแบบออสต์วาลด์ เป็นกระบวนการที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ในระหว่างวิวัฒนาการของโฟมโลหะ [40] ปรากฏการณ์การทำให้สุกนี้ยังส่งผลให้มีฟองอากาศขนาดใหญ่และไม่สม่ำเสมอจำนวนเล็กน้อย (ทำเครื่องหมายด้วยลูกศรสีแดงในรูปที่ 4(i)-

รูปที่ 5.ภาพที่วิวัฒนาการตามเวลาของกระบวนการเกิดฟองของ AFS ในแต่ละขั้นตอน ได้แก่ (ก) สารตั้งต้นที่ยังไม่หลอมละลาย ณ เวลา 380 ◦C (ข) การสลายตัวของทองแดงธาตุและการเกิดนิวเคลียสประเภท II ในระหว่างการหลอมละลายของสารตั้งต้น (ค) กระบวนการเกิดนิวเคลียสและการเติบโตของฟองอากาศ และ (ง)–(ฉ) ฟองอากาศที่รวมตัวและแตกออก

3.1.2. วิวัฒนาการโฟมของ AFS

รูปที่ 5 แสดงภาพรังสีซินโครตรอนชุดหนึ่งที่แสดงให้เห็นกระบวนการเกิดฟองของ AFS เช่นเดียวกับ Cf/AFS ภาพเริ่มต้นสำหรับลำดับรังสีซินโครตรอนถูกถ่ายเมื่อ AFS อยู่ในเฟสของแข็งที่ 380 ◦C (ดูรูปที่ 5(ก)) เมื่อเมทริกซ์ได้รับความร้อนเหนืออุณหภูมิโซลิดัส ฟองอากาศสีขาวเล็กๆ จะมองเห็นได้ในรูปที่ 5(b) และ (c)ซึ่งเกิดจากการสลายตัวของ TiH2 และการเกิดนิวเคลียสประเภท II ในบริเวณที่มี Cu สูง อย่างไรก็ตาม จำนวนของฟองอากาศที่เกิดขึ้นและความหนาแน่นของการกระจายตัวในรูปที่ 5(ค)ลดลงอย่างเห็นได้ชัดเมื่อเทียบกับรูปที่ 4(ค)สิ่งนี้แสดงให้เห็นว่า Cf/AFS มีช่องทางมากขึ้นสำหรับการปล่อยก๊าซในระยะเริ่มต้นในระหว่างการสร้างนิวเคลียส ซึ่งช่วยป้องกันการก่อตัวของรอยแตกร้าวที่มากเกินไปในเมทริกซ์อะลูมิเนียมที่มีเศษส่วนของเหลวต่ำ

สามารถสังเกตไซต์นิวเคลียส AFS จำนวนน้อยกว่าและความน่าจะเป็นที่สูงขึ้นของการเติบโตของฟองอากาศที่ผิดปกติเมื่อเทียบกับ Cf/AFS ได้จากรูปที่ 5(d)–(f)ฟองอากาศ AFS มีลักษณะไม่สม่ำเสมอ และขนาดของฟองอากาศมีการผันผวนอย่างมาก เนื่องมาจากฟองอากาศที่มีขนาดไมโครเมตรและฟองอากาศขนาดใหญ่ที่มีขนาดมิลลิเมตรผิดปกติ (ทำเครื่องหมายด้วยลูกศรสีแดง) อยู่ร่วมกัน นอกจากนี้ ความไม่เสถียรและความไม่เป็นเนื้อเดียวกันในระหว่างกระบวนการสร้างนิวเคลียสในระยะเริ่มต้นอาจส่งผลให้เกิดความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญในโครงสร้างรูพรุนขั้นสุดท้ายและคุณสมบัติเชิงกลระหว่าง AFS และ Cf/AFS

3.2. การวิเคราะห์โครงสร้างมหภาค

เพื่อศึกษาความแตกต่างของสัณฐานวิทยาของรูพรุนในระดับมหภาคและเส้นผ่านศูนย์กลางของรูพรุนระหว่าง AFS และ Cf/AFS จึงได้เตรียมโครงสร้างแซนวิชสองแบบภายใต้สภาวะในห้องปฏิบัติการที่อุณหภูมิฟอง 620 ◦C เป็นเวลา 15 นาที โครงสร้างขนาดใหญ่และการกระจายขนาดเซลล์ของ AFS และ Cf/AFS แสดงไว้ในรูปที่ 6การเปรียบเทียบส่วนแนวตั้งของตัวอย่างโครงสร้างแซนวิชทั้งสองแบบเผยให้เห็นว่าโฟม Cf/AFS มีเซลล์ที่ละเอียดกว่าและมีตำหนิ เช่น การแตกหรือการผสานของเซลล์น้อยกว่า (ดูรูปที่ 6 (ข)). ตรงกันข้ามดังที่แสดงไว้ในรูปที่ 6(ก)AFS แสดงให้เห็นถึงความสม่ำเสมอของรูพรุนที่ไม่ดีโดยมีรูพรุนขนาดใหญ่ผิดปกติบางส่วน ในขณะเดียวกัน เส้นผ่านศูนย์กลางรูพรุนเทียบเท่าสำหรับ AFS และ Cf/AFS คือ 2.9 ± 0.2 มม. และ 1.9 ± 0.1 มม. ตามลำดับ ซึ่งแสดงให้เห็นว่าเส้นผ่านศูนย์กลางรูพรุนได้รับการปรับปรุงเพิ่มเติมด้วยการเติม Cf (ดูรูปที่ 6(c) และ (d)-

วิวัฒนาการของโครงสร้างรูพรุนได้รับอิทธิพลจากกลไกการแข่งขันสองประการ ได้แก่ การสลายตัวของ TiH2 และการรวมกันและการแตกของโฟม การสลายตัวของ TiH2 ส่งผลให้จำนวนนิวเคลียส ความพรุน และอัตราการขยายตัวเพิ่มขึ้น ในขณะที่การรวมตัวและการแตกของฟองอากาศทำให้จำนวนรูพรุนลดลงและเพิ่มเส้นผ่านศูนย์กลางของรูพรุน การลดเหตุการณ์การรวมตัวและการแตกของฟองอากาศช่วยให้ได้โครงสร้างเซลล์ที่ดีขึ้น ดังนั้น ความเสถียรสูงของโฟมจึงมีความจำเป็นเพื่อรักษาความสม่ำเสมอของโครงสร้างรูพรุนในระหว่างกระบวนการทำโฟม สำหรับ Cf/AFS การเติม Cf จะช่วยปรับปรุงการเปียกของเส้นใยด้วยอลูมิเนียมหลอมละลายได้อย่างมาก เช่นเดียวกับโฟมอลูมิเนียมเสริม Cf ที่รายงานซึ่งเตรียมโดยวิธีการทำโฟมหลอมละลาย การเติม Cf จะทำให้โฟมอลูมิเนียมมีความเสถียรโดยป้องกันการแตกของผนังเซลล์และลดการจับตัวเป็นก้อน ในขณะเดียวกัน Cf สามารถสร้างโครงสร้างคล้ายตาข่ายในผนังเซลล์ ซึ่งจะสร้างแรงแยกและป้องกันการแตกของฟองอากาศ จึงทำให้โครงสร้างเซลล์ ความเสถียรของโฟม และความสม่ำเสมอของการกระจายรูพรุนดีขึ้น

3.3. การกำหนดลักษณะโครงสร้างจุลภาค

รูปที่ 7(ก)แสดงโครงสร้างจุลภาคของผนังเซลล์หลังจากเกิดฟองด้วย AFS ตามที่รายงานสำหรับโฟมโลหะผสม AlSi6Cu4Mg4 พบ Al–Si, Mg2Si, Al2Cu และ Al5Cu2Mg8Si6 ที่มีสภาพยูเทกติกในโลหะผสม ซึ่งสอดคล้องกับผลการวิเคราะห์ EDS ในรูปที่ 7(ข)เฟสเปราะบางเหล่านี้ทำให้คุณสมบัติเชิงกลของโฟมอะลูมิเนียมลดลงโดยทำให้ผนังรูพรุนอ่อนแอลงหรือทำหน้าที่เป็นแหล่งของรอยแตกร้าวในระหว่างการเสียรูป ดังนั้น การปรับปรุงคุณสมบัติเชิงกลของผนังรูพรุนผ่านการเพิ่มเฟสเสริมแรงจึงเป็นกลยุทธ์ที่มีประสิทธิภาพและเป็นไปได้

สำหรับ Cf/AFS สามารถสังเกตได้จากรูปที่ 7(ค) และ (ง)ซึ่ง Cf กระจายตัวอยู่ภายในผนังเซลล์หรือที่ขอบผนังเซลล์ ซึ่งบ่งชี้ว่า Cf มีความสามารถในการเปียกได้ดีกับอะลูมิเนียมที่หลอมละลาย นอกจากนี้ยังสังเกตได้ชัดเจน (ดูรูปที่ 7(ง)) ซึ่งปริมาณเล็กน้อยของเฟสที่ตกตะกอน Al2Cu ก่อตัวที่อินเทอร์เฟซระหว่างเส้นใยและอลูมิเนียมหลอมเหลว ปรากฏการณ์นี้ช่วยให้เกิดพันธะที่แข็งแรงระหว่างเส้นใยและเมทริกซ์ ความก้าวหน้าของปฏิกิริยาการแพร่กระจายนี้สามารถสังเกตได้อย่างชัดเจนในรูปที่ 4(ก)–(ค)โปรดทราบว่าเฟสที่ตกตะกอนไม่ได้ล้อมรอบเส้นใยคาร์บอนทั้งหมด และสถานะและปริมาณของการกระจายนี้เป็นประโยชน์ต่อ Cf/AFS จากการศึกษาของ Lv et al เกี่ยวกับวัสดุคอมโพสิตเมทริกซ์อะลูมิเนียมเสริม Cf พบว่าเฟสที่ตกตะกอนในปริมาณที่เหมาะสมสามารถส่งผลและควบคุมความแข็งแรงของพันธะระหว่างส่วนต่อประสานได้

รูปที่ 6.ส่วนแนวตั้งของตัวอย่างตัวแทน (a) AFS และ (b) Cf/AFS กราฟเส้นผ่านศูนย์กลางเทียบเท่าเทียบกับเศษส่วนพื้นที่ที่สอดคล้องกับ (a) และ (b) แสดงไว้ใน (c) และ (d) ตามลำดับ เส้นต่อเนื่องทึบใน (c) และ (d) แสดงถึงความพอดีของลอการิทึมปกติ การถดถอย (R2 ) แสดงถึงความพอดี

รูปที่ 7.ภาพ SEM (a) และ (b) แสดงโครงสร้างจุลภาคที่สอดคล้องกับรูปที่ 6(ก) เอเอฟเอส และรูปที่ 6(b) Cf/AFS ตามลำดับ นอกจากนี้รูปที่ 7(b) และ (d) แสดงการขยายเฉพาะที่ของรูปที่ 7(ก) และ (ค) ตามลำดับ

3.4 กลไกของ Cf ที่ทำให้โฟม Al–Si–Mg–Cu เสถียร

จากการวิเคราะห์ที่กล่าวข้างต้น สามารถสรุปภาพแผนผังของกลไกการเกิดฟองสำหรับ Cf/AFS และ AFS ไว้ได้รูปที่ 8ความแตกต่างที่สำคัญระหว่าง Cf/AFS และ AFS ในระยะนิวเคลียส การเจริญเติบโตของฟอง และระยะการรวมกัน และระยะการแข็งตัวแบบค่อยเป็นค่อยไป ดังที่แสดงในรูปที่ 8(ก) และ (ข)-

รูปที่ 8.แผนผังแสดงพฤติกรรมการเกิดฟองของ Cf/AFS และ AFS: (ก) Cf/AFS และ (ข) AFS

ในขั้นตอนการสร้างนิวเคลียสของโฟมโลหะผสม AlSi6Cu4Mg4 ฟองอากาศมีแนวโน้มที่จะสร้างนิวเคลียสภายในยูเทกติกควอเทอร์นารีของเหลวที่ล้อมรอบอนุภาคทองแดง แทนที่จะสร้างนิวเคลียสที่ตำแหน่งของอนุภาค TiH2 การสร้างนิวเคลียสประเภทนี้ในบริเวณที่อ่อนแอที่สุดของสารตั้งต้น (การสร้างนิวเคลียสประเภท II) ช่วยให้ก๊าซที่ปล่อยออกมาจากการสลายตัวของ TiH2 มีช่องระบายออกมากขึ้น ซึ่งหลีกเลี่ยงการสะสมของก๊าซและทำให้เกิดรอยแตกร้าวในของเหลวที่หลอมละลายของอลูมิเนียม การเพิ่มเส้นใยคาร์บอนเคลือบทองแดงดูเหมือนจะสร้างช่องทางเพิ่มเติมสำหรับการปล่อย H2 อย่างไรก็ตาม เนื่องจากของเหลวที่หลอมละลายของอลูมิเนียมไม่มีเศษส่วนของเหลวเพียงพอในขั้นตอนนี้ จึงเป็นเรื่องยากที่ฟองอากาศขนาดเล็กดังกล่าวจะมีแหล่ง H2 ที่เพียงพอเพื่อให้เติบโตต่อไปได้ เป็นผลให้ฟองอากาศขนาดเล็กเหล่านี้จะแตกออกภายในของเหลวที่หลอมละลายเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น เมื่อสารตั้งต้นหลอมละลายจนหมด H2 ที่ปล่อยออกมาจากปฏิกิริยาการดีไฮโดรจิเนชันที่รุนแรงของ TiH2 จะเกิดนิวเคลียสและเติบโตอย่างรวดเร็วขึ้นอยู่กับจุดสร้างนิวเคลียส Cf จัดให้มีไซต์นิวเคลียสที่ไม่สม่ำเสมอจำนวนมากสำหรับการสร้างฟองอากาศ ซึ่งจะเพิ่มอัตราการสร้างนิวเคลียสอย่างมาก ในเวลาเดียวกัน การมีอยู่ของ Cf ช่วยยับยั้งการสัมผัสและการรวมตัวของฟองอากาศหลักได้อย่างมีประสิทธิภาพ และหลีกเลี่ยงการสร้างฟองอากาศขนาดใหญ่ผิดปกติ

ในระหว่างระยะการเจริญเติบโตและการรวมตัวของฟองอากาศ การเติม Cf จะช่วยปรับปรุงเสถียรภาพของโฟมได้อย่างมาก เหตุผลก็คือ Cf และอลูมิเนียมหลอมเหลวมีความสามารถในการเปียกได้ดี และสามารถดักเส้นใยระหว่างอินเทอร์เฟซก๊าซ-ของเหลวทั้งสองได้อย่างง่ายดายเพื่อสร้างโครงสร้างเครือข่าย (ดังที่แสดงในรูปที่ 7(ค)) เมื่อฟิล์มของเหลวบางลง เส้นใยสามารถสร้างแรงดันแยกเพื่อต้านทานการดูดจากขอบของที่ราบ จึงป้องกันไม่ให้ฟิล์มของเหลวแตกออก ดังนั้น Cf/AFS จึงต้องใช้เวลาในการเกิดฟองนานกว่าเมื่อเทียบกับ AFS โดยมีความเสถียรสูงกว่า ซึ่งสามารถรักษาความสม่ำเสมอของโครงสร้างรูพรุนระหว่างการวิวัฒนาการของโฟมได้

ในระหว่างขั้นตอนการแข็งตัวช้า ฟองอากาศใน Cf/AFS จะไม่เติบโตอีกต่อไป และเส้นใยจะฝังตัวอยู่ภายในผนังเซลล์ (ทำเครื่องหมายด้วยกรอบจุดสีแดง) การกักเก็บเส้นใยนี้จะป้องกันไม่ให้ฟองอากาศขนาดเล็กถูกดูดซับโดยฟองอากาศขนาดใหญ่ ดังที่เห็นได้ในกระบวนการทำให้สุกในออสต์วาลด์ และยับยั้งการแตกของผนังเซลล์อันเนื่องมาจากการขยายตัวจากการแข็งตัว เป็นผลให้ Cf/AFS มีโครงสร้างรูพรุนที่เป็นเนื้อเดียวกันมากขึ้นและมีข้อบกพร่องของรูพรุนน้อยลงเมื่อเทียบกับ AFS

3.5. คุณสมบัติทางกล

กราฟความเค้น-ความเครียดเชิงอัดสำหรับ Cf/AFS และ AFS ที่มีรูพรุนเกือบเท่ากัน (83.2% และ 81.4% ตามลำดับ) จะแสดงไว้ในรูปที่ 9(ก)กราฟความเค้น-ความเครียดแบบอัดจะแสดงลักษณะเฉพาะสามขั้นตอน ได้แก่ ช่วงยืดหยุ่นเชิงเส้น ช่วงราบ และช่วงความหนาแน่น ความแข็งแรงผลผลิตแบบอัดของ AFS และ Cf/AFS อยู่ที่ 8.44 MPa และ 11.87 MPa ตามลำดับ ความแข็งแรงผลผลิตแบบอัดของ Cf/AFS เพิ่มขึ้น 40.6% เมื่อเทียบกับ AFS ในขณะเดียวกัน ความสามารถในการดูดซับพลังงานของ Cf/AFS ดีกว่าของ AFS ที่ความเครียดเท่ากัน ดังที่แสดงในรูปที่ 9(ข)ความสามารถในการดูดซับพลังงานของ AFS และ Cf/AFS อยู่ที่ประมาณ 3.3 MJ/m3 และ 6.1 MJ/m3 ตามลำดับ ความสามารถในการดูดซับพลังงานของ Cf/AFS ได้รับการปรับปรุงให้ดีขึ้น 84.8% เมื่อเทียบกับ AFS

รูปที่ 9.เส้นโค้งความเค้นอัดและเส้นโค้งความสามารถในการดูดซับพลังงานของ Cf/AFS และ AFS: (ก) เส้นโค้งความเค้นอัด (ข) เส้นโค้งความสามารถในการดูดซับพลังงาน

การผสม Cf ช่วยเพิ่มคุณสมบัติเชิงกลของแกนโฟมได้อย่างมาก เป็นที่ทราบกันดีว่าคุณสมบัติเชิงกลของโฟมอลูมิเนียมมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับโครงสร้างรูพรุนและคุณสมบัติเชิงกลของโครงค้ำยัน การวิเคราะห์โครงสร้างมหภาคบ่งชี้ว่าการเพิ่ม Cf ทำให้ขนาดรูพรุนเล็กลง การกระจายรูพรุนดีขึ้น และลดข้อบกพร่องของรูพรุน ซึ่งคล้ายกับการค้นพบของ Sasikumar et al. และ Yangetal เส้นผ่านศูนย์กลางรูพรุนขนาดเล็กและการกระจายรูพรุนแคบมีประโยชน์มากกว่าในการเพิ่มความแข็งแรงในการบีบอัดและประสิทธิภาพในการดูดซับพลังงาน ยิ่งไปกว่านั้น ผลกระทบของโครงสร้างจุลภาคต่อคุณสมบัติเชิงกลของโฟมนั้นส่วนใหญ่เกิดจาก Cf ที่ฝังอยู่ในผนังรูพรุนของโฟม การแพร่กระจายและการละลายของเส้นใยคาร์บอนที่เคลือบด้วยทองแดงในเมทริกซ์อลูมิเนียมสามารถสร้างพันธะระหว่างเส้นใยและเมทริกซ์อลูมิเนียมที่แน่นหนาขึ้น ซึ่งส่งผลต่อการถ่ายโอนน้ำหนัก เส้นใยคาร์บอนโมดูลัสสูงที่เย็บติดในผนังรูพรุนสามารถจำกัดการเสียรูปของผนังรูพรุนภายใต้แรงอัดและปรับปรุงความสามารถในการรับน้ำหนัก ปัจจัยทั้งหมดเหล่านี้สนับสนุนให้ Cf/AFS มีความแข็งแรงผลผลิตและความสามารถในการดูดซับพลังงานที่สูงขึ้นเมื่อเทียบกับ AFS

4. บทสรุป

ในงานวิจัยนี้ Cf/AFS และ AFS ได้รับการเตรียมโดยใช้วิธีการกลิ้งผงโลหะบรรจุ พฤติกรรมการเกิดฟองของ Cf/AFS และ AFS ได้รับการสังเกตแบบไดนามิกผ่านรังสีซินโครตรอน

ศึกษาอิทธิพลของ Cf ต่อการเกิดนิวเคลียสและการเติบโตของฟองอากาศ นอกจากนี้ ยังวิเคราะห์ Cf ต่อสัณฐานวิทยาของรูพรุน การกระจายตัวของรูพรุน และคุณสมบัติการบีบอัดของโฟมอะลูมิเนียมอย่างละเอียดถี่ถ้วน ข้อสรุปหลักๆ มีดังนี้

(1) การสังเกตการแผ่รังสีซินโครตรอนในแหล่งกำเนิดเผยให้เห็นว่ากระบวนการเกิดฟองของทั้ง Cf/AFS และ AFS นั้นมี 3 ขั้นตอนที่แตกต่างกัน คือ การเกิดฟอง การเจริญเติบโตและการรวมตัวของฟอง และการแข็งตัว

เมื่อเปรียบเทียบกับ AFS กระบวนการสร้างฟองของ Cf/AFS แสดงให้เห็นถึงความเสถียรและความสม่ำเสมอของฟองที่สูงกว่า AFS มีแนวโน้มที่จะเกิดรูพรุนที่ใหญ่และหยาบผิดปกติในระหว่างกระบวนการวิวัฒนาการของรูพรุน นอกจากนี้ ความแตกต่างดังกล่าวยังเกิดจากเอฟเฟกต์นิวเคลียสที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันของ Cf ซึ่งป้องกันไม่ให้ผนังฟองแตกและลดการรวมตัวกันในขณะที่เพิ่มอัตราการสร้างนิวเคลียส

(2) การเติม Cf ลงไป 0.5% จะทำให้เส้นผ่านศูนย์กลางรูพรุนเทียบเท่ามีขนาดลดลงจาก 2.9 ± 0.2 มม. เป็น 1.9 ± 0.1 มม. ซึ่งช่วยลดข้อบกพร่องของรูพรุนขนาดใหญ่ได้อย่างมาก พร้อมกันนั้น โครงสร้างจุลภาคยังเผยให้เห็นถึงความสามารถในการเปียกที่ดีของ Cf ซึ่งกระจายไปตามผนังรูพรุนและส่วนต่อประสานระหว่างก๊าซและของแข็ง จึงช่วยเพิ่มเสถียรภาพของโฟม

(3) เมื่อเปรียบเทียบกับ AFS ความแข็งแรงแรงอัดและความสามารถในการดูดซับพลังงานของ Cf/AFS เพิ่มขึ้นประมาณ 40.6% และ 84.8% ตามลำดับ ผลการศึกษาครั้งนี้สามารถให้แนวคิดสำหรับการเสริมความแข็งแรงของแผงแซนวิชโฟมอะลูมิเนียมที่มีอินเทอร์เฟซการยึดติดทางโลหะวิทยา ซึ่งมีศักยภาพสำหรับการใช้งานทางวิศวกรรมในภาคอุตสาหกรรมยานยนต์และอวกาศ

บทความจากวารสารการวิจัยวัสดุและเทคโนโลยี