رغوة الألمنيوم هو نوع من المواد المعدنية التي يسهل اختراقها مع الجمع بين خصائص المواد المسامية والمعادن . بسبب انخفاض الكثافة ، وارتفاع امتصاص الطاقة ، وإعادة التدوير ، رغوة الألمنيوم لديها آفاق واسعة التطبيق في مجال المواد في الوقت الحاضر .
فريق بقيادة البروفيسور تشن fanxiu من جامعة تشينغداو للتكنولوجيا ، الخواص الميكانيكية رغوة الألمنيوم تم التحقيق فيها من قبل عالية الدقة الأشعة السينية التصوير المقطعي ثلاثي الأبعاد ( 3D ) و مطابقة في الموقع تحميل النظام . في الموقع تحميل تجارب مغلقة خلية رغوة الألمنيوم مع كثافة 0.217g / cm3 , 0.347g / cm3 , 0.414g / cm3 , و 0.588g / cm3 على التوالي . المسام هيكل المعلمات من رغوة الألمنيوم مع كثافة مختلفة تم مقارنتها وتحليلها .
1 - المواد والأساليب
1-1 إعداد المواد
في هذه الدراسة ، 1060 الصناعية الألومنيوم النقي كما تم اختيار المواد الأساسية ، tih2 كما وكيل رغوة ، رغوة الألمنيوم خلية مغلقة مع حجم
الشكل 1 أربعة أنواع من الكثافة رغوة الألمنيوم عينة اسطوانية :
(أ) 0.217g / cm3 ، (ب) 0.347g / cm3 ، (ج) 0.414 g / cm3 ، (د) 0.588 g / cm3
1-2 المنهج التجريبي
غير المدمرة مسح أربعة أنواع من الكثافة رغوة الألمنيوم أسطواني العينات مع القرار 25-2 ميكرون نفذت باستخدام nanovoxel-2000 سلسلة عالية الدقة الأشعة السينية التصوير المقطعي ثلاثي الأبعاد التي تنتجها الصين تيانجين سانيينج الآلات الدقيقة المحدودة .
ثلاثي الأبعاد الدقيقة nanovoxel-2000 CT
إعادة الإعمار 3D البرمجيات المستخدمة للحصول على صورة ثلاثية الأبعاد ( الشكل 2 ) . وفي الوقت نفسه ، 3D التصور البرمجيات المستخدمة في تحليل هيكل مسام رغوة الألمنيوم المسامية ، طبقة الوجه المسامية وغيرها من المعالم .
الشكل 2 صورة ثلاثية الأبعاد من أربعة أنواع من الكثافة رغوة الألمنيوم
(أ) 0.217g / cm³ ، (ب) 0.347g / cm³ ، (ج) 0.414 g / cm³ ، (د) 0.588 g / cm³
في الموقع اختبار التحميل
micro-ct نظام التحميل في الموقع كان يعمل على المحور اختبار التحميل بمعدل 3 ملم / دقيقة . الشكل الأولي من رغوة الألمنيوم تم تسجيلها من قبل micro-ct المسح ، ثم تم مسح CT كل 3 ملم إلى الأسفل . وفي الوقت نفسه ، تم الحصول على منحنيات القوة والتشريد من خلال جمع البيانات من خلال مطابقة البرمجيات .
الشكل 1 تخطيطي micro-ct نظام التحميل في الموقع : ( أ ) عرض أعلى من الضغط اسطوانة ( ب ) خطة الضغط اسطوانة ( ج ) الضغط على الجهاز
2 - النتائج الرئيسية
2-1 المسامية والمسامية
أربعة أنواع من الكثافة رغوة الألمنيوم العينات تم مسحها ضوئيا بواسطة الأشعة المقطعية ، و لا تحميل المسامية أربعة أنواع من رغوة الألمنيوم تم الحصول عليها باستخدام عتبة تجزئة ( الشكل 3 ( أ ) ) . الرسم البياني 3 ( ب ) تظهر النتائج أن : نفس الكثافة رغوة الألمنيوم في س ص ، ض ، YZ ثلاثة اتجاهات من طبقة إلى طبقة سطح توزيع نسبة الفراغ هو أساسا نفس ، أربعة أنواع من الكثافة رغوة الألمنيوم طبقة سطح توزيع نسبة الفراغ تقريبا في أربع فترات .
الشكل 3 ( أ ) المسامية من أربعة أنواع من الكثافة رغوة الألمنيوم
من أجل مزيد من تحليل التباين الميكانيكية رغوة الألمنيوم مع كثافة مختلفة ، فإن هذه الورقة مقارنة وتحليل نسبة الفراغ العينات التي تم مسحها ضوئيا بواسطة الأشعة المقطعية كل 3 ملم ضغط مع سلالة 0.1 . النتائج التجريبية تبين أن هناك انخفاض متوسط ارتفاع في نهاية كل سطح منحنى توزيع الكثافة رغوة الألمنيوم في عملية ضغط ( الشكل 4 ) . في عملية الضغط من 0 إلى 0.7 ، انهيار الخلية و تشوه المنطقة شكلت تدريجيا .
الشكل 4 طبقة مسامية ( أ ) 0.217g / سم مكعب ، ( ب ) 0.347g / سم مكعب ، ( ج ) 0.414 ز / سم مكعب ، ( د ) 0.588 ز / سم مكعب
انهيار عملية رغوة الألمنيوم أثناء التحميل ( الشكل 5 ) يظهر أنه عند الضغط هو 0.1 ، رغوة الألمنيوم في مرحلة المرونة ، وهيكل لا يتغير تقريبا ، رغوة الألمنيوم ينهار ببطء مع زيادة الضغط ، مورفولوجيا الخلية تتغير تدريجيا . انهيار فقاعة يبدأ عادة من أضعف المناطق المحلية تشوه المنطقة تتشكل ، و تشوه المنطقة تتوسع تدريجيا مع زيادة الضغط . عند الضغط هو 0.7 ، هيكل رغوة الألمنيوم قد تغيرت تماما ، لا سيما عندما كثافة 0.58g / cm3 رغوة الألمنيوم تحت ضغط أكبر ، مما أدى في نهاية المطاف إلى كسر وتدمير كامل ، وانهيار في وقت لاحق هو أكثر اكتمالا من غيرها من ثلاثة أنواع من الكثافة رغوة الألمنيوم .
الشكل 5 انهيار رغوة الألمنيوم أثناء التحميل ( أ ) 0.217 غ / سم 3 ، ( ب ) 0.347 غ / سم 3 ، ( ج ) 0.414 غ / سم 3 ، ( د ) 0.588 غ / سم 3
توزيع حجم المسام
توزيع حجم المسام هو عامل رئيسي آخر يؤثر على الخواص الميكانيكية و امتصاص الطاقة من رغوة الألمنيوم - توزيع الترددات والنسب المئوية من معادلة حجم المسام التي تم الحصول عليها باستخدام خوارزمية مستجمعات المياه ( الشكل 6 ) تظهر النتائج أن حجم المسام من رغوة الألمنيوم هو أساسا في توزيع حجم المسام . رغوة الألمنيوم مع كثافة 0.588g / cm3 انخفض إلى النصف من رغوة الألمنيوم مع كثافة 0.217g / cm3 ، فقاعة شكل أقرب إلى المجال مع زيادة الكثافة .
الشكل 6 توزيع حجم المسام من أربعة أنواع من الكثافة رغوة الألمنيوم
(أ) 0.217g / cm³ ، (ب) 0.347g / cm³ ، (ج) 0.414 g / cm³ ، (د) 0.588 g / cm³
كروية
كروية يمكن قياس ما إذا كان شكل الخلية القياسية . في هذه الورقة ، فإننا نستخدم خوارزمية مستجمعات المياه لتقسيم الخلايا في رغوة الألمنيوم ، وحساب المساحة والحجم من كل خلية . الشكل 7 توزيع كروي نقطة تشتت رغوة الألمنيوم ( الشكل 7 ) تبين أن أعلى كثافة رغوة الألمنيوم ، كروية أكثر كثافة ، كروية أفضل . زيادة المسامية سوف يرافقه المزيد من فقاعات غير النظامية . كروية درجة من الخلايا ذات الصلة مع رغوة رغوة الألمنيوم في عملية التجمد ، كروية درجة توزيع أربعة أنواع من رغوة الألمنيوم تتركز في النصف العلوي ، مما يدل على أن هيكل رغوة الألمنيوم هو أكثر تجانسا .
الشكل 7 توزيع كروية تشتت أربعة أنواع من الكثافة رغوة الألمنيوم
(أ) 0.217g / cm³ ، (ب) 0.347g / cm³ ، (ج) 0.414 g / cm³ ، (د) 0.588 g / cm³
من أجل أن نرى تغيير شكل الخلية أكثر بصريا ، ثلاثي الأبعاد الرسم البياني ( الشكل 8 ) من الخلايا الرغوية الألومنيوم مع كثافة 0.588g / سم مكعب تم رسمها . وأظهرت النتائج أن معظم الفقاعات كانت كروية أو بيضاوية الشكل ، سوى جزء صغير من الفقاعات كانت غير منتظمة الشكل ، مما يدل على أن الفقاعات غير النظامية التي شكلتها رغوة كروية جيدة الممتلكات .
الشكل 8 3-D رغوة الألمنيوم مع كثافة 0.588g / cm 3
العلاقة بين الإجهاد والانفعال أثناء التحميل في الموقع
ضغط رغوة الألمنيوم في معدل ثابت لضمان الحفاظ على معدل الانفعال المستمر أثناء التحميل ، منحنى الإجهاد والانفعال ( الشكل 9 ) يظهر أن كثافة عالية رغوة الألمنيوم منحنى الإجهاد والانفعال في الأعلى . منحنى الإجهاد والانفعال ينقسم إلى ثلاث مراحل ، وهي مرحلة مرنة ، والإجهاد المرحلة منصة التكثيف المرحلة . من بينها ، رغوة الألمنيوم يمتص الكثير من الطاقة في مرحلة الإجهاد منصة ، تشوه البلاستيك والانهيار يحدث في الخلية ، حتى الضغط يزيد أضعافا مضاعفة في مرحلة التكثيف ، وهذا النوع من الانهيار المستمر سوف تؤثر على امتصاص الطاقة من رغوة الألمنيوم .
الشكل 9 منحنيات الإجهاد والانفعال من أربعة أنواع من الكثافة رغوة الألمنيوم
النتائج التجريبية تبين أن إجهاد الخضوع رغوة الألمنيوم مع كثافة 0.588g / cm 3 هو ما يقرب من 7 مرات من رغوة الألمنيوم مع كثافة 0.217g / cm 3 ، و إجهاد الخضوع من أربعة أنواع من رغوة الألمنيوم هي قريبة جدا . معامل مرونة عالية الكثافة رغوة الألمنيوم هو أكبر ، أقصى فرق حوالي 5 مرات .
الجدول 2 - البارامترات الرئيسية رغوة الألمنيوم في مرحلة مرنة
امتصاص الطاقة أثناء التحميل في الموقع
امتصاص الطاقة وكفاءة الطاقة من أربعة أنواع من الكثافة رغوة الألمنيوم تختلف مع الإجهاد والانفعال ( الشكل 10 ) . وتظهر النتائج أن العلاقة بين امتصاص الطاقة والضغط من رغوة الألمنيوم بالقرب من خط مستقيم . أكثر تجانسا هيكل ، وارتفاع كفاءة امتصاص الطاقة رغوة الألمنيوم . ثلاث مراحل من منحنى الإجهاد والانفعال ، بما في ذلك ارتفاع بطيء في المنطقة ( مرحلة المرونة ) ، وارتفاع حاد في المنطقة ( مرحلة الإجهاد منصة ) ، وانخفاض في المنطقة ( مرحلة التكثيف ) هي المقابلة إلى ثلاث مراحل من منحنى الإجهاد والانفعال .
الشكل 10 امتصاص الطاقة وكفاءة امتصاص الطاقة من أربعة أنواع من الكثافة رغوة الألمنيوم : ( أ ) امتصاص الطاقة تحت ضغوط مختلفة ، ( ب ) كفاءة امتصاص الطاقة تحت ضغوط مختلفة ، ( ج ) امتصاص الطاقة تحت ضغوط مختلفة ، ( د ) كفاءة امتصاص الطاقة تحت ضغوط مختلفة
الخواص الميكانيكية أربعة أنواع من رغوة الألمنيوم مع كثافات مختلفة ( الجدول 3 ) مقارنة - وتظهر النتائج أن القدرة على امتصاص الطاقة من منصة الضغط ، ضغط الضغط يزيد مع زيادة كثافة رغوة الألمنيوم . كثافة 0.588g / cm 3 رغوة الألمنيوم هو الحد الأقصى ، كثافة 0.347g / cm 3 هو الحد الأدنى . هيكل الخلية المعلمات من العينات التي تحدد التغيرات الميكانيكية مثل الخواص الميكانيكية والطاقة الاستيعابية خصائص رغوة الألمنيوم مع كثافات مختلفة .
الجدول 3 مقارنة الخواص الميكانيكية رغوة الألمنيوم مع كثافة مختلفة
خاتمة
في هذه الدراسة ، micro-ct يستخدم لمسح كثافة مختلفة من رغوة الألمنيوم بواسطة الأشعة المقطعية ، وتحليل هيكل مسام المعلمات ( المسامية ، طبقة الوجه المسامية ، وتوزيع حجم المسام كروية ) و الخواص الميكانيكية و امتصاص الطاقة في الموقع التحميل .
النتائج الرئيسية يمكن تلخيصها على النحو التالي : في الموقع اختبار التحميل ، انهيار المسام رغوة الألمنيوم يبدأ من منطقة عالية المسامية . مسامية عالية الكثافة رغوة الألمنيوم منخفضة ، المسامية الصغيرة ، كروية جيدة . منحنى الإجهاد والانفعال عالية الكثافة رغوة الألمنيوم يقع فوق معامل مرونة كبيرة . قدرة امتصاص الطاقة يعتمد على كثافة رغوة الألمنيوم ، رغوة الألمنيوم عالية الكثافة لديها قدرة كبيرة على امتصاص الطاقة ، ولكن كفاءة امتصاص الطاقة يعتمد أساسا على هيكل موحد .
وقد تم التركيز على تكنولوجيا التصوير المقطعي بالأشعة السينية ، وتطوير المنتجات ، ملتزمة تزويد المستخدمين مع أساليب جديدة وأدوات جديدة لحل المشكلة ، وسوف تستمر في تقديم المزيد من المساعدة القوية للباحثين في المستقبل !
