内生第二相纳米颗粒作用下小孔径泡沫铝的熔体泡沫稳定性、超高强韧化机制及连续制备基础研究

The urgent requirements of improving the properties and continuous fabricating of aluminum foams that possess lightweight and combined properties have been put forward from the high-tech, automobile, architecture, electrolytic aluminum deep processing and other fields. The key to meeting these requirements is to coordinate the relationship of the composition - fabricating technique - microstructure and cell structure - property of aluminum foam, and to develop new efficient continuous melt route fabricating technology of aluminum foam with high properties. For this, the following innovative research has been proposed. Aluminum alloy melt that possesses these characteristics as flowable, dispersing foaming agent rapidly, foamable, and ultrahigh strengthening-toughening is obtained under the action of in-situ second phase nanoparticles. By taking the melt foam stability mechanism under the conditions of in-situ second phase nanoparticles and lower foaming temperature as a guide, by using the low second phase particle content toughening, fine cell structure strengthening, grain refining strengthening, and ageing strengthening as a combined ultrahigh strengthening and toughening methods, and by exploring the continuous melt foaming technique that is based on the stir foaming and lower temperature enhancing viscosity foaming for aluminum foam with fine cell structure and ultrahigh strength and toughness, this project will lay a foundation for the realization of the efficient continuous fabricating of aluminum foam with fine cell structure and ultrahigh strength and toughness.

国家高技术及汽车、建筑等诸多领域、电解铝的深加工，都对具有轻质多功能特性的泡沫铝提出了性能优化和连续制备的迫切需求。满足这一需求的关键在于协调泡沫铝的成分-制备技术-微观组织、宏观结构-性能关系、开发新型高性能泡沫铝的熔体路径高效连续制备技术。为此，项目提出了以下创新研究：在内生第二相纳米颗粒作用下获得兼备可流动并快速分散发泡剂、可泡沫化和可超高强韧化特征的铝合金熔体，以内生第二相纳米颗粒及低温物理增粘条件下的熔体泡沫稳定机制为引导，采用低第二相颗粒含量韧化基础上的孔结构细化强化、细晶强化及时效强化组合超高强韧化方法，探索基于搅拌发泡和低温增粘发泡的超高强韧小孔径泡沫铝连续发泡技术，为实现超高强韧小孔径泡沫铝的高效连续制备奠定基础。

国家高技术及汽车、建筑等诸多领域、电解铝深加工，都对泡沫铝提出了性能优化和连续制备的迫切需求。满足这一需求的关键在于协调泡沫铝的成分-制备-微观组织、宏观结构-性能关系、开发新型高性能泡沫铝的熔体连续发泡制备技术。为此，项目开展了以下三方面的研究工作：（1）内生第二相微纳米颗粒及低温物理增粘共同作用下的熔体泡沫稳定性；（2）熔体发泡小孔径泡沫铝的超高强韧化机制；（3）超高强韧小孔径泡沫铝的熔体连续发泡制备基础。结果表明：（1）在内生微纳米TiB2、Al4Ca、Al2Si2Ca及Al3Sc等第二相颗粒作用下，结合一定低温物理增粘，可以获得最高30分钟稳定时间的高稳定性熔体泡沫，与熔体粘度提高、第二相对熔体泡沫的长大、破裂的阻碍作用有关。（2）基于熔体泡沫的高稳定性，配合发泡剂参数（预处理、搅拌分散时间、添加量等）调控，成功解决了小孔径、高孔隙率、孔结构均匀泡沫铝的制备难题；小孔径结构对力学性能的提升，与孔结构细化均匀化对缺陷及应力集中的减缓作用有关；变质处理通过对第二相形貌、尺寸和分布的改善达到了强韧化泡沫铝的效果，与压缩应力平台的平滑化有关；周期性退火通过调控合金成分和组织进一步强韧化泡沫铝，其作用超过了孔结构细化及基体组织变质处理。（3）TiB2/ZL205A复合熔体的流动性较低，但依然处于可流动状态；获得了含微细气泡熔体泡沫流动过程中的孔结构变化规律，实现了充型完整，孔隙率81.5%、平均孔径2-3mm，孔结构均匀的Al-Si-Ca-Mg-Sc泡沫异型件的制备；自主设计加工制作了一台国内首创的泡沫铝熔体连续发泡制备装置。以上研究表明，在内生微纳米第二相及低温物理增粘提高熔体泡沫稳定性的基础上，熔体及含微细气泡熔体泡沫的流动是可行的，泡沫铝的超高强韧化则可通过细化均匀化孔结构、变质处理及热处理的组合而实现，为超高强韧小孔径泡沫铝的高效连续制备奠定了基础。

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