પરંપરાગત એલ્યુમિનિયમ ફોમ સેન્ડવીચ પેનલની તુલનામાં કોપર-ડિપોઝિટેડ કાર્બન ફાઇબર એલ્યુમિનિયમ ફોમ સેન્ડવીચ પેનલની કામગીરીની લાક્ષણિકતાઓ

એલ્યુમિનિયમ ફોમ સેન્ડવીચ(AFS) પેનલ્સમાં નીચી ઘનતા, ઉચ્ચ ચોક્કસ શક્તિ, અનુકૂળ ઉર્જા શોષણ, ભીનાશ ક્ષમતા અને ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક શિલ્ડિંગ જેવી માળખાકીય અને કાર્યાત્મક લાક્ષણિકતાઓનું સંયોજન હોય છે. આ ઉત્કૃષ્ટ ગુણધર્મો AFS ને એરોસ્પેસ, પરિવહન અને દરિયાઈ ક્ષેત્રોમાં મોટી સંભાવના બનાવે છે. ભાગ્યે જ ધાતુના ફીણની તુલનામાં, AFS ની બાહ્ય ધાતુની પ્લેટ અસરકારક રીતે ફીણને સીલ કરી શકે છે અને તેના વ્યાપક યાંત્રિક ગુણધર્મોને સુધારી શકે છે, જેમ કે તાણ અને બેન્ડિંગ તાકાત. સામાન્ય રીતે, AFS એ એડહેસિવ બોન્ડિંગ પદ્ધતિ દ્વારા બનાવવામાં આવ્યું હતું, જેમાં ઇપોક્સી રેઝિન એડહેસિવનો ઉપયોગ કરીને ઘન મેટલ પેનલ્સ સાથે એલ્યુમિનિયમ ફીણને જોડવામાં આવે છે.

જો કે એડહેસિવ બોન્ડિંગ પદ્ધતિ અસરકારક રીતે માળખાકીય ભીનાશને વધારે છે, તે મર્યાદાઓ સાથે છે, જેમાં રિસાયક્લિંગમાં પડકારો અને ઉચ્ચ-તાપમાન અથવા કાટ લાગતી પરિસ્થિતિઓમાં ડિલેમિનેશન નિષ્ફળતાની સંવેદનશીલતાનો સમાવેશ થાય છે. આ મર્યાદાઓને સંબોધવા માટે, પેનલ અને કોર લેયર વચ્ચે ધાતુશાસ્ત્રીય બંધન હાંસલ કરવા માટે વ્યાપક સંશોધન પ્રયાસો સમર્પિત કરવામાં આવ્યા છે.

હાલમાં, ધાતુશાસ્ત્રીય બંધન હાંસલ કરવાના હેતુથી AFS માટેની મુખ્ય તૈયારી પદ્ધતિઓને સામાન્ય રીતે ત્રણ શ્રેણીઓમાં વર્ગીકૃત કરવામાં આવે છે: વેલ્ડિંગ, મેલ્ટ ફોમિંગ અને પેકિંગ રોલિંગ પાવડર ધાતુશાસ્ત્ર પદ્ધતિ. આ પદ્ધતિઓ પૈકી, પેકિંગ રોલિંગ પાવડર ધાતુશાસ્ત્ર પદ્ધતિને છિદ્રની રચનાને નિયંત્રિત કરવા અને ઓછા-તાપમાનના ફોમિંગને પ્રાપ્ત કરવા માટે શ્રેષ્ઠ ગણવામાં આવે છે. અમારા અગાઉના કાર્યમાં ઔદ્યોગિક એપ્લિકેશનો માટે બહેતર વિસ્તરણ ગુણધર્મો અને સેલ્યુલર માળખું સાથે મોટા કદના AFS બનાવવા માટે આ તકનીકનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો.

જો કે, ફોમ કોરના પ્રમાણમાં ઓછા સંકુચિત યાંત્રિક ગુણધર્મોને લીધે, AFS ની યાંત્રિક શક્તિમાં સુધારો મર્યાદિત છે, તેથી ફોમ કોરની મજબૂતાઈમાં વધુ સુધારો એએફએસ માટે નિર્ણાયક છે.

આજની તારીખે, સામાન્ય પદ્ધતિઓના સંકુચિત યાંત્રિક ગુણધર્મોને સુધારવા માટે જાણ કરવામાં આવી છેએલ્યુમિનિયમ ફીણનીચે મુજબ છે: સપાટીની સારવાર, ગરમીની સારવાર અને કણો, તંતુઓ, એલોયિંગ તત્વો વગેરે ઉમેરીને મજબૂતીકરણ. તેમાંથી, ઓછી ઘનતાવાળા ટૂંકા કાર્બન તંતુઓ, ઉચ્ચ સ્થિતિસ્થાપક મોડ્યુલસ અને મોટા પાસા રેશિયોએ આશાસ્પદ મજબૂતીકરણ સામગ્રી તરીકે વ્યાપક ધ્યાન આકર્ષિત કર્યું છે. વધુમાં, કોપર પ્લેટિંગ અથવા નિકલ પ્લેટિંગ જેવા ઇલેક્ટ્રોપ્લેટિંગ અથવા રાસાયણિક પ્લેટિંગ દ્વારા કાર્બન તંતુઓનું સપાટીનું ધાતુકરણ, એલ્યુમિનિયમ મેલ્ટમાં કાર્બન તંતુઓની ભીનાશતાને વધુ સુધારે છે અને કાર્બન તંતુઓ અને એલ્યુમિનિયમ મેલ્ટ વચ્ચેની હાનિકારક ઇન્ટરફેસિયલ પ્રતિક્રિયાઓને ટાળે છે. ટૂંકા કાર્બન ફાઇબરનો ઉપયોગ હવે એલ્યુમિનિયમ મેટ્રિક્સ કંપોઝીટ્સને મજબૂત કરવા માટે વ્યાપકપણે થાય છે.

ભવ સિંઘેતલ. કોપર-કોટેડ કાર્બન ફાઇબર્સ જગાડવો પદ્ધતિ દ્વારા પ્રબલિત એલ્યુમિનિયમ મેટ્રિક્સ કમ્પોઝીટ તૈયાર કરે છે. મ્યુએટલ. બે-રોલ કાસ્ટિંગ પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરીને નિકલ-કોટેડ કાર્બન ફાઇબર વડે પ્રબલિત બનાવટી એલ્યુમિનિયમ મેટ્રિક્સ કમ્પોઝીટ. પરિણામોએ કાર્બન તંતુઓના ઉમેરા સાથે સંયોજનોની તાણ શક્તિમાં નોંધપાત્ર વધારો દર્શાવ્યો હતો. જો કે, ત્યાં મર્યાદિત સંશોધન હાથ ધરવામાં આવ્યા છેએલ્યુમિનિયમ ફીણ પ્રબલિતકોપર-કોટેડ કાર્બન ફાઇબર સાથે. કેઓટલ. સૌપ્રથમ કોપર-કોટેડ કાર્બન ફાઇબર્સ મેલ્ટ ફોમિંગ પદ્ધતિ દ્વારા પ્રબલિત એલ્યુમિનિયમ ફોમ તૈયાર કરે છે. પરિણામો દર્શાવે છે કે 0.35 વોલ% Cf પ્રવાહી ફિલ્મના ભંગાણને અટકાવીને એલ્યુમિનિયમ ફીણને સ્થિર કરી શકે છે, અને ફોમમાં જેટલા વધુ ફાઇબર ઉમેરવામાં આવે છે તે વધુ સ્થિર છે. મ્યુએટલ. દર્શાવે છે કે મેલ્ટ ફોમિંગ પદ્ધતિ દ્વારા તૈયાર કરવામાં આવેલા એલ્યુમિનિયમ ફીણના ભીનાશક ગુણધર્મો Cf ના ઉમેરા સાથે નોંધપાત્ર રીતે સુધારેલ છે.

તદનુસાર, તે નિષ્કર્ષ પર આવી શકે છે કે સીએફનો ઉમેરો એ એક સાથે ફોમિંગ સ્થિરતા અને યાંત્રિક ગુણધર્મોને સુધારવા માટે અસરકારક વ્યૂહરચના હોઈ શકે છે.એલ્યુમિનિયમ ફીણ. વધુમાં, પાવડર ધાતુશાસ્ત્ર પદ્ધતિ દ્વારા તૈયાર કરાયેલ કોપર-પ્લેટેડ કાર્બન ફાઇબર રિઇનફોર્સ્ડ એલ્યુમિનિયમ ફોમ સેન્ડવીચ પેનલ્સ પર કોઈ અહેવાલો નથી, જે સંશોધકોને આ ક્ષેત્રમાં વધુ ઊંડાણપૂર્વક અભ્યાસ કરવા પ્રેરિત કરે છે.

ની ન્યુક્લિએશન મિકેનિઝમ અને સ્થિરતા પર અસંખ્ય અભ્યાસો હાથ ધરવામાં આવ્યા છેએલ્યુમિનિયમ ફીણરિઇન્ફોર્સિંગ તબક્કાઓના ઉમેરા સાથે. છિદ્રોની સંખ્યા અને છિદ્ર આકારશાસ્ત્રમાં તફાવત,

જેમ કે કદ, વિતરણ અને આકાર, સામાન્ય રીતે ન્યુક્લિએશન મિકેનિઝમ્સ અને સ્થિરતાને આભારી છે. પાવડર ધાતુશાસ્ત્ર પ્રણાલીમાં વિજાતીય ન્યુક્લિએશન અસરો અને ઓક્સાઇડ નેટવર્ક સ્થિરીકરણ પદ્ધતિઓની સંપૂર્ણ તપાસ કરવામાં આવી છે. આ પેપરમાં વપરાતા Al–Si–Mg–Cu ધરાવતા ચતુર્થાંશ એલોય પાઉડરમાં અસાધારણ વિસ્તરણ દર અને નીચા ફોમિંગ તાપમાનનું પ્રદર્શન કરવામાં આવ્યું છે, જેમાં ઘન તાપમાન 507 ◦C અને પ્રવાહી તાપમાન 596 ◦C છે. તેમ છતાં, આ વિશિષ્ટ એલોય કમ્પોઝિશન ધરાવતા પાવડર કોમ્પેક્ટ્સના ન્યુક્લિએશન મિકેનિઝમ, સ્થિરતા અને સંકુચિત યાંત્રિક ગુણધર્મોને લગતા સંશોધનનો અભાવ છે, ખાસ કરીને જ્યારે Cf નો સમાવેશ કરવામાં આવે ત્યારે. અગાઉના કાર્યોમાં, ન્યુક્લિએશન અને સ્ટેબિલાઇઝેશન મિકેનિઝમ્સની તપાસ મુખ્યત્વે બિન-ઇન સિટુ પદ્ધતિઓ દ્વારા હાથ ધરવામાં આવી હતી, જેમાં ફોમિંગ વિક્ષેપને પગલે ઝડપથી ઠંડુ થયેલા નમૂનાઓના ટોમોગ્રાફિક વિશ્લેષણનો સમાવેશ થતો હતો. કમનસીબે, સબમાઇક્રોન બબલ ન્યુક્લિએશન મુખ્યત્વે પૂર્વવર્તી ગરમી દરમિયાન થાય છે અને 100 ms થી 1 સે. સુધીના સમય અંતરાલમાં ઝડપથી વિસ્તરે છે, જે ઘણીવાર વાસ્તવિક સમયના અવલોકન માટે પડકારો રજૂ કરે છે. આધુનિક સિંક્રોટ્રોન રેડિયેશન એક્સ-રે ઇમેજિંગ ટેકનિક ઉચ્ચ ઉર્જા અને સ્પેટીઓટેમ્પોરલ રિઝોલ્યુશન ધરાવે છે, જે એલિવેટેડ તાપમાને એલ્યુમિનિયમ ફોમ્સના ન્યુક્લિયેશન અને વૃદ્ધિ પ્રક્રિયાના સીટુ અવલોકન માટે વાસ્તવિક સમય માટે પરવાનગી આપે છે. હાલમાં, માત્ર મર્યાદિત સંશોધકોએ સિંક્રોટ્રોન રેડિયેશન દ્વારા અલ-સી-એમજી એલોય પાવડરના ફોમિંગ ગતિશાસ્ત્રની શોધ કરી છે. ઉદાહરણ તરીકે, ગાર્સિયા-મોરેનોએટલ. લિક્વિડ એલ્યુમિનિયમ ફીણમાં નોંધપાત્ર ગતિશીલ ઘટનાની જાણ કરવામાં આવી છે, જેમાં ન્યુક્લિએશન અને વૃદ્ધિ, બબલ પુન: ગોઠવણી, પ્રવાહી પાછું ખેંચવું, એકત્રીકરણ અને ફિલ્મ ભંગાણનો સમાવેશ થાય છે. કામ એટ અલ. સિંક્રોટ્રોન રેડિયેશન દ્વારા AlSi8Mg4 એલ્યુમિનિયમ ફોમની ન્યુક્લિએશન અને વૃદ્ધિ પ્રક્રિયાનો અભ્યાસ કર્યો. તેમના તારણો દર્શાવે છે કે ધાતુના પાવડરની સપાટી પર શોષણના વિઘટન દ્વારા ઉત્પન્ન થયેલ હાઇડ્રોજન અન્ય નોંધપાત્ર ન્યુક્લિએશન મિકેનિઝમનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે. તેમ છતાં, પૂર્વવર્તી ઘટકો વચ્ચેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા જટિલ છે, અને ફોમિંગની ગતિશીલતા તેમની રચના દ્વારા પ્રભાવિત થઈ શકે છે. Al-Si-Cu-Mg પાવડર સિસ્ટમ અને ઉમેરેલા Cf સાથે Al-Si-Cu-Mg પાવડર સિસ્ટમ બંને માટે, ગુણધર્મોને સુધારવા માટે ફોમના વધુ માળખાકીય વિકાસ માટે મેટલ ફીણની શરૂઆત અને વૃદ્ધિને સમજવું અને અન્વેષણ કરવું મહત્વપૂર્ણ છે. અરજીઓ માટે.

આ કાર્યમાં, પેકિંગ રોલિંગ પાવડર ધાતુશાસ્ત્ર પદ્ધતિ દ્વારા મેટલર્જિકલ ઇન્ટરફેસિયલ બોન્ડિંગ સાથે Cf/AFS અને AFS તૈયાર કરવામાં આવ્યા હતા. Cf/AFS અને AFS નું બબલ ઉત્ક્રાંતિ સિંક્રોટ્રોન રેડિયેશન દ્વારા સીટુમાં જોવા મળ્યું હતું જેથી બબલ ન્યુક્લિએશન, વૃદ્ધિ અને વિલીનીકરણ અને સ્થિરતા પર Cf ની પદ્ધતિને જાહેર કરવામાં આવે. વધુમાં, Cf/AFS અને AFS ને ચેમ્બર ફર્નેસમાં 15 મિનિટ માટે 620 ◦C પર ફોમ કરવામાં આવ્યા હતા. ત્યારબાદ, ફોમેડ સેમ્પલના છિદ્રના કદનું વિતરણ, છિદ્રનું માઇક્રોસ્ટ્રક્ચર અને સંકુચિત યાંત્રિક ગુણધર્મો લાક્ષણિકતા અને પરીક્ષણ કરવામાં આવ્યા હતા. ઉપરોક્ત અભ્યાસોના આધારે, Cf/AFS અને AFS ની રચના અને સંકુચિત શક્તિનું વ્યવસ્થિત મૂલ્યાંકન કરવામાં આવ્યું હતું.

2. સામગ્રી અને પદ્ધતિઓ

2.1. કાચો માલ

AFS અને Cf/AFS તૈયાર કરવા માટે છ કાચી સામગ્રીનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો: અલ પાવડર (સરેરાશ કદ: 45 μm, શુદ્ધતા >99.70%), Si પાવડર (સરેરાશ કદ: 38 μm, શુદ્ધતા >99.50%), Cu પાવડર (સરેરાશ કદ: 38 μm, શુદ્ધતા >99.90%), Mg પાવડર (સરેરાશ કદ: 75 μm, શુદ્ધતા >99.70%), TiH2 પાવડર (સરેરાશ કદ: 45 μm, શુદ્ધતા >99.70%), અને કોપર-કોટેડ કાર્બન ફાઇબર (સરેરાશ કદ: 1～2 mm, કોપર-કોટેડની જાડાઈ: 1.4 μm).

2.2. Cf/AFS નું ફેબ્રિકેશન

પેકિંગ રોલિંગ પાવડર ધાતુશાસ્ત્ર પદ્ધતિની યોજના આમાં દર્શાવવામાં આવી છેફિગ. 1. મિશ્રણના તબક્કા દરમિયાન, ક્વાટર્નરી એલોય AlSi6Mg4Cu4 પાવડર તૈયાર કરવામાં આવ્યો હતો, જેમાં અનુક્રમે 86 wt%, 6 wt%, 4 wt% અને 4 wt% ના પ્રમાણમાં Al, Si, Cu અને Mg ના પાઉડર હતા. 1 wt% ઓક્સિડાઇઝ્ડ TiH2 પાઉડર (470 ◦C પર 1.5 કલાક માટે હવામાં ગરમીની સારવાર) બ્લોઇંગ એજન્ટ તરીકે ઉમેરવામાં આવ્યું હતું જે ઓગળેલા તાપમાને H2 ને ઝડપથી વિસ્તરે છે. વધુમાં, 0.5 wt% કાર્બન ફાઇબરને મજબૂતીકરણના તબક્કા તરીકે સામેલ કરવામાં આવ્યા હતા. નોંધનીય રીતે, ફોમિંગ દરમિયાન ફાઇબર-એલ્યુમિનિયમ મેલ્ટ ઇન્ટરફેસ પર ભીનાશને વધારવા અને Al4C3 જેવી હાનિકારક પ્રતિક્રિયાઓને રોકવા માટે, કાર્બન ફાઇબરને ઇલેક્ટ્રોપ્લેટિંગ દ્વારા કોપર-કોટેડ કરવામાં આવ્યા હતા. ઇલેક્ટ્રોપ્લેટિંગ પ્રક્રિયાનું વર્ણન રેફ્સમાં કરવામાં આવ્યું હતું.ફિગ. 2ઇલેક્ટ્રોલેસ પ્લેટિંગ પ્રક્રિયા દ્વારા મેળવેલા કોપર-કોટેડ કાર્બન ફાઇબર્સ દર્શાવે છે. કોટિંગમાં ફાઇબર સપાટીનું એકસમાન અને સતત કવરેજ છે(ફિગ. 2(a)-(b)). ત્યારબાદ, આ અભ્યાસમાં ઉપયોગમાં લેવાતી વિવિધ એલોય રચનાઓ 3 કલાક માટે ત્રિ-પરિમાણીય મિક્સરમાં Cf સાથે અને વગર ઉપરોક્ત પાવડરને સંપૂર્ણપણે મિશ્ર કરીને તૈયાર કરવામાં આવી હતી. સમાન રીતે મિશ્રિત પાવડરને સીલબંધ પોલાણમાં સમાવિષ્ટ કરવામાં આવે છે, ત્યારબાદ ઠંડા અને ગરમ રોલિંગ પ્રક્રિયાઓ કરવામાં આવે છે.

કોલ્ડ રોલિંગ સ્ટેજ અસરકારક રીતે પોલાણની અંદરથી હવાને બહાર કાઢે છે અને કણો વચ્ચેની ઇન્ટર્સ્ટિશલ જગ્યાઓ બહુવિધ પાસ અને નાના ડિપ્રેશનની શ્રેણી દ્વારા. હોટ રોલિંગ સ્ટેજ સુનિશ્ચિત કરે છે કે અગ્રદૂત પેનલ અને પાવડરના સહ-વિકૃતિ દ્વારા 98% થી વધુની સંબંધિત ઘનતા પ્રાપ્ત કરે છે, જે અનુગામી ફોમિંગ પ્રક્રિયાને સરળ બનાવે છે. વિગતવાર રોલિંગ પ્રક્રિયા પરિમાણો Refs માં વર્ણવેલ છે. AFS અને Cf/AFS ફોમેબલ પ્રિકર્સર્સ ઉપરોક્ત પ્રક્રિયા દ્વારા મેળવવામાં આવે છે. આખરે, Cf/AFS અને AFS નમુનાઓ બનાવવા માટે બંને ફોમેબલ પૂર્વવર્તી 15 મિનિટ માટે 620 ◦C પર ગરમ કરવામાં આવ્યા હતા, જેનો ઉપયોગ છિદ્ર કદ વિશ્લેષણ, માઇક્રોસ્ટ્રક્ચરલ લાક્ષણિકતા અને સંકુચિત યાંત્રિક ગુણધર્મો પરીક્ષણો માટે કરવામાં આવ્યો હતો.

2.3. લાક્ષણિકતા અને પરીક્ષણ પદ્ધતિઓ

2.3.1. માઇક્રોસ્ટ્રક્ચરલ લાક્ષણિકતા

Cf/AFS અને AFS ના માઇક્રોસ્ટ્રક્ચર મોર્ફોલોજીની તપાસ ફીલ્ડ એમિશન સ્કેનિંગ ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપી (SEM, Zeiss Ultra Plus) દ્વારા કરવામાં આવી હતી. એનર્જી ડિસ્પર્સિવ સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી (EDS) નો ઉપયોગ ફીણવાળા નમૂનાઓની કોષની દિવાલોમાં વિવિધ તબક્કાઓની રચનાને ઓળખવા માટે કરવામાં આવ્યો હતો. ઇલેક્ટ્રો-ડિસ્ચાર્જિંગ મશીન (EDM, DK7745) નો ઉપયોગ કરીને ફીણવાળા નમૂનાઓને કાપીને નમૂનાઓના રેખાંશ વિભાગો મેળવવામાં આવ્યા હતા. આ પછી, નમુનાઓના રેખાંશ વિભાગોને પેઇન્ટથી કોટેડ કરવામાં આવ્યા હતા અને પછી અનુક્રમે 800-ગ્રિટ અને 1500-ગ્રિટ સેન્ડપેપરનો ઉપયોગ કરીને રેતી અને પોલિશ કરવામાં આવ્યા હતા. આખરે, ઇમેજ એનાલિસિસ સોફ્ટવેર, ઇમેજ પ્રો પ્લસ 6.0 નો ઉપયોગ કરીને પોલિશ્ડ નમૂનાના ક્રોસ-સેક્શનના સમકક્ષ સેલ વ્યાસ (ડમીન) નક્કી કરવામાં આવ્યા હતા.

ફિગ. 1.પેકિંગ રોલિંગ પાવડર ધાતુશાસ્ત્ર પદ્ધતિની યોજનાકીય.

ફિગ. 2.(a) કોપર-કોટેડ કાર્બન ફાઇબરની SEM છબીઓ, અને (b) (a) માં લાલ ચોરસ દ્વારા ચિહ્નિત થયેલ પ્રદેશનું વિસ્તૃત દૃશ્ય દર્શાવે છે. છબીઓ (c) અને (d) એ (b) માં બિંદુ A ના EDS પરિણામો છે.

ફિગ. 3.સિંક્રોટ્રોન રેડિયેશન પ્રયોગ સેટઅપની યોજનાકીય રેખાકૃતિ.

2.3.2. સિંક્રોટ્રોન રેડિયેશન દ્વારા ઇન-સીટુ ફોમિંગ અવલોકનો

સિંક્રોટ્રોન રેડિયેશન પ્રયોગ સેટઅપની યોજનાકીય રેખાકૃતિ સ્કેચ કરવામાં આવી છેફિગ. 3. પ્રયોગો બેઇજિંગ સિંક્રોટ્રોન રેડિયેશન ફેસિલિટી (બીએસઆરએફ, બેઇજિંગ ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઑફ હાઇ એનર્જી ફિઝિક્સ, ચાઇનીઝ એકેડેમી ઑફ સાયન્સ, ચાઇના) ની બીમલાઇન 4W1A પર હાથ ધરવામાં આવ્યા હતા. પરંપરાગત શોષણ-કોન્ટ્રાસ્ટ ઇમેજિંગથી વિપરીત, આ પેપર સિંક્રોટ્રોન રેડિયેશન લાઇટ સ્ત્રોત સાથે ફેઝ-કોન્ટ્રાસ્ટ ઇમેજિંગનો ઉપયોગ કરે છે. આ અભિગમ પરંપરાગત શોષણ ઇમેજિંગની મર્યાદાઓને સંબોધે છે, જે નબળા રીતે શોષી લેતા પદાર્થોની કલ્પના કરવા માટે બિનઅસરકારક છે. નમૂનાઓની ફોમિંગ પ્રક્રિયા કસ્ટમ ડિઝાઈન કરેલી ફોમિંગ ફર્નેસમાં કરવામાં આવી હતી, જેમાં એક્સ-રે બીમની દિશામાં લંબરૂપ સ્થિત 15 mm બાય 15 mm ચોરસ વિન્ડો દર્શાવવામાં આવી હતી. નમૂનાનું કદ, ફિગ 3 માં દર્શાવ્યા મુજબ, 15 mm × 15 mm × 2 mm માપે છે. નમૂનાને ફોમિંગ મોલ્ડમાં મૂકવામાં આવે છે જેમાં ચોક્કસ સંખ્યામાં સિરામિક શીટ્સ હોય છે. ફોમિંગ પ્રક્રિયા દરમ્યાન, એક્સ-રે નમૂનામાંથી પસાર થઈ શકે છે અને ચાર્જ-કપ્લ્ડ ડિવાઇસ (CCD) કૅમેરા દ્વારા કૅપ્ચર કરવામાં આવે છે. પસંદ કરેલ એક્સ-રે સ્ત્રોત 20 Kev ની તીવ્રતા પર સંચાલિત હતો, અને સમગ્ર ફોમિંગ પ્રક્રિયાના વ્યાપક અવલોકનને સક્ષમ કરવા માટે 7.4 mm × 7.4 mm નું મહત્તમ જોવાનું કદ કાર્યરત હતું.

તે નોંધવું યોગ્ય છે કે અવલોકન કરેલ નમૂનાઓ રોલિંગ દિશા અને સ્પર્શક દિશા બંનેને લંબરૂપ રીતે સ્થિત કરવામાં આવ્યા હતા. 0.5 wt% Cf ધરાવતા અને 0.5 wt% Cf ધરાવતાં બંને પૂર્વવર્તીઓએ EDM નો ઉપયોગ કરીને નમૂનાઓની બંને બાજુથી તેમની બાજુની પેનલો દૂર કરી હતી. એલ્યુમિનિયમ ફીણની ફોમિંગ લાક્ષણિકતાઓ પર Cf ની અસરની તપાસ કરવામાં આવી હતી. તદુપરાંત, 620 ◦C ના પ્રીસેટ તાપમાને સમાન હીટિંગ ફર્નેસમાં વિવિધ રચનાઓ સાથેના પૂર્વવર્તી ફોમ કરવામાં આવ્યા હતા.

2.3.3. કમ્પ્રેશન યાંત્રિક ગુણધર્મો પરીક્ષણ

કમ્પ્રેશન નમુનાઓને EDM દ્વારા 23 મીમીની ઉંચાઈ અને 20 મીમીના વ્યાસ સાથે નળાકાર નમુનાઓમાં કાપવામાં આવ્યા હતા, અને કદની અસરને ટાળવા માટે દરેક દિશામાં ઓછામાં ઓછા 10 સંપૂર્ણ છિદ્રોનો સમાવેશ કરવાની ખાતરી કરવામાં આવી હતી. 100 KN ની મહત્તમ લોડ ક્ષમતા સાથે AG-XPLUS ઇલેક્ટ્રોન સાર્વત્રિક સામગ્રી પરીક્ષણ મશીનનો ઉપયોગ કરીને, ISO13314–2011 અને GB/T31930–2015 ધોરણોને અનુસરીને અર્ધ-સ્થિર કમ્પ્રેશન પરીક્ષણો હાથ ધરવામાં આવ્યા હતા. દરેક જૂથ માટે ત્રણ નમૂનાઓનું પરીક્ષણ કરવામાં આવ્યું હતું, અને આ પેપરમાં સંકુચિત તાણ-તાણ વણાંકો ત્રણ પરીક્ષણ નમૂનાઓમાંથી મેળવેલ સરેરાશ પરિણામોનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે. તમામ પરીક્ષણો ડિસ્પ્લેસમેન્ટ કંટ્રોલ હેઠળ કરવામાં આવ્યા હતા, ઓરડાના તાપમાને સતત ક્રોસ-હેડ સ્પીડ 2 mm/min (10− 3 s−1 ના પ્રારંભિક તાણ દરને અનુરૂપ) જાળવી રાખવામાં આવી હતી.

ફિગ. 4.Cf/AFS ફોમિંગ પ્રક્રિયાની સમય-વિકસિત સિંક્રોટ્રોન રેડિયેશન છબીઓ: (a) 380 ◦C ની t0 ક્ષણે અનફોમ્ડ પૂર્વવર્તી; (b)-(c) પૂર્વવર્તી ગલન દરમિયાન એલિમેન્ટલ કોપર અને પ્રકાર II ન્યુક્લિએશનનું વિસર્જન; (d)-(g) વિજાતીય ન્યુક્લિએશન અને પરપોટાની વૃદ્ધિ પ્રક્રિયાઓ; અને (h)-(i) પરપોટા મર્જ અને ફાટી જાય છે.

3. પરિણામો અને ચર્ચા

3.1. સિંક્રોટ્રોન રેડિયેશન હેઠળ સીટુ ફોમિંગ વર્તન

3.1.1. Cf/AFS નું ફોમ ઉત્ક્રાંતિ

ફિગ. 4Cf/AFS ની ફોમિંગ પ્રક્રિયા દર્શાવતી સિંક્રોટ્રોન રેડિયેશન ઈમેજીસની શ્રેણી દર્શાવે છે. Cf/AFS ની મૂળ છબીઓ(ફિગ. 4 (a))જ્યારે મેટ્રિક્સ 380 ◦C પર નક્કર સ્થિતિમાં હતું ત્યારે પકડવામાં આવ્યું હતું, અને આ સમય t0 તરીકે સેટ કરવામાં આવ્યો હતો. પુરોગામીના અન્ય ઘટકોની તુલનામાં, Cf મુખ્યત્વે ગ્રે એલ્યુમિનિયમ-સમૃદ્ધ મેટ્રિક્સની અંદર કાળો દેખાય છે. આમાં બતાવ્યા પ્રમાણે, ફાઇબરની સપાટી પર ઉચ્ચ કોપર સામગ્રીને આભારી હોઈ શકે છેફિગ. 2(c)-(d), જે પુરોગામીના અન્ય ઘટકોની તુલનામાં સૌથી વધુ સાપેક્ષ અણુ સમૂહ ધરાવે છે. તદુપરાંત, મોટા ભાગના Cf એકસાથે ક્લસ્ટર થવાને બદલે વિખરાયેલા અને અલગ હોવાનું જોવા મળે છે, જેમ કે આમાં દર્શાવવામાં આવ્યું છે.ફિગ. 4(a). આ સૂચવે છે કે Cf ના 0.5 wt% ઉમેરા સાથે, 3 કલાકની હલનચલન પ્રક્રિયા અસરકારક રીતે વિખેરવાની ઇચ્છિત સ્થિતિ પ્રાપ્ત કરી શકે છે.

t0+194s પર (જેમ દેખાય છેફિગ. 4(b)), 90 μm થી 180 μm સુધીના વ્યાસવાળા સફેદ, લગભગ ગોળાકાર પરપોટાની નોંધપાત્ર સંખ્યામાં ગ્રે એલ્યુમિનિયમ મેટ્રિક્સ (લાલ તીર સાથે ચિહ્નિત) માં અવલોકન કરી શકાય છે. પરપોટાની સંખ્યા 46 સેકંડની અંદર વધતી રહી, જેમ કે માં બતાવ્યા પ્રમાણેફિગ. 4(c). વધુમાં, મેટ્રિક્સમાં થઈ રહેલ અન્ય એક નોંધપાત્ર ફેરફાર એ છે કે કેટલાક નાના પરપોટા ક્યુ વિસર્જન (લાલ ટપકાંવાળા બૉક્સ સાથે ચિહ્નિત) ની શરૂઆત સાથે Cf ની સપાટી પર રચાય છે. આ ઘટના સંભવતઃ કોપર-સમાવતી પાવડર કોમ્પેક્ટમાં થતા પ્રકાર II ન્યુક્લિએશનને આભારી છે. તે વ્યાપકપણે સ્વીકારવામાં આવે છે કે Cu ઉમેરવાથી એલોયના ગલન તાપમાનમાં નોંધપાત્ર ઘટાડો થાય છે. આના પરિણામે હીટિંગ પ્રક્રિયા દરમિયાન તાંબાનો પાવડર ધરાવતા પાઉડરના અગ્રદૂતમાં વ્યક્તિગત પાવડર કણોની આસપાસ સ્થાનિક ગલન થાય છે, જે નીચા તાપમાને નોંધપાત્ર પ્રમાણમાં Al–Si–Mg–Cu ક્વાટર્નરી યુટેક્ટિક મેલ્ટ પેદા કરે છે. ક્વાટર્નરી યુટેક્ટિક મેલ્ટ પૂલ એલોયમાં એક નબળો પ્રદેશ છે અને ન્યુક્લિએશન માટે વધુ સંવેદનશીલ છે. પરિણામે, પરપોટા ફાઇબરની સપાટી પર કોપર-કોટેડ નજીક ન્યુક્લિએટ થવાની અને વધવાની શક્યતા વધારે છે. વધુમાં, આ ક્ષણે મેટ્રિક્સમાં નીચા પ્રવાહી અપૂર્ણાંકને કારણે TiH2 ના વિઘટનમાંથી વાયુઓ સરળતાથી એલ્યુમિનિયમ મેટ્રિક્સમાં એકઠા થાય છે. પ્રકાર II ન્યુક્લિએશન અસરકારક રીતે સંચિત ગેસને ટાળી શકે છે જે નીચા પ્રવાહી અપૂર્ણાંક મેટ્રિક્સને અલગ કરવા દબાણ કરે છે અને પ્રવાહી દ્વારા તિરાડો ફેલાવે છે, પરિણામે હાઇડ્રોજનની માત્રામાં ગંભીર નુકસાન થાય છે.

ફિગ. 4(ડી)મેટ્રિક્સ સંપૂર્ણ રીતે ઓગળી જતા પરપોટા શરૂઆતમાં ન્યુક્લિએટ અને Cf ના પ્રદેશ પર ઉગે છે અને બબલના સ્થાનો અદ્રશ્ય થઈ રહેલા કોપર-કોટેડ સ્તર (લાલ ડોટેડ બોક્સ સાથે ચિહ્નિત) ને અનુરૂપ છે. તે સારી રીતે સ્થાપિત છે કે ગૌણ તબક્કાઓના ઉમેરાથી વિજાતીય ન્યુક્લિએશન સાઇટ્સની સંખ્યામાં વધારો થાય છે, જેનાથી એલોય મેલ્ટની અંદર નવા પરપોટાના નિર્માણ માટે ઊર્જા અવરોધ ઘટાડે છે. દરમિયાન, ન્યુક્લિએશન દર એકમ વોલ્યુમ દીઠ કુલ વિજાતીય ન્યુક્લિએશન વિસ્તાર સાથે સંબંધિત છે. પરિણામે, એવું અવલોકન કરી શકાય છે કે પરપોટા શરૂઆતમાં કાર્બન તંતુઓ સ્થિત છે તે સ્થાનો પર ન્યુક્લિએટ થાય છે અને કાર્બન ફાઇબરની લંબાઈ સાથે વિસ્તરે છે. ઓગળેલા અપૂર્ણાંકમાં વધુ વધારા સાથે, અસંખ્ય નવા પરપોટા બહાર આવવાનું ચાલુ રાખે છેફિગ. 4(e)-4(g). જો કે, પરપોટાના સ્થાનિકીકરણ અને ભંગાણનો દર ધીમો છે, જે દર્શાવે છે કે પરપોટા ઉચ્ચ સ્થિરતા ધરાવે છે. t0+426s પર, પરપોટાની સંખ્યા નોંધપાત્ર રીતે વધે છે, અને

પુરોગામી વોલ્યુમ મોટા વિસ્તરણ દર્શાવે છે(ફિગ. 4(h)). વધુમાં, કેટલાક બબલ મર્જ થવાની ઘટના (લાલ તીર સાથે ચિહ્નિત), જ્યાં ઓસ્ટવાલ્ડ પરિપક્વતાને કારણે નાના પરપોટા મોટા દ્વારા શોષાય છે, તે ધાતુના ફીણના ઉત્ક્રાંતિ દરમિયાન અનિવાર્ય પ્રક્રિયા છે [40]. પરિપક્વતાની આ ઘટના પણ નાની સંખ્યામાં મોટા અને અનિયમિત પરપોટાના દેખાવમાં પરિણમે છે (લાલ તીર સાથે ચિહ્નિતફિગ. 4(i)).

ફિગ. 5.વિવિધ તબક્કામાં AFS ની ફોમિંગ પ્રક્રિયાની સમય-વિકસિત છબીઓ: (a) 380 ◦C ની t0 ક્ષણે અનમેલ્ટેડ પૂર્વવર્તી; (b) પૂર્વવર્તી ગલન દરમિયાન એલિમેન્ટલ કોપર અને પ્રકાર II ન્યુક્લિએશનનું વિસર્જન; (c) ન્યુક્લિએશન અને પરપોટાની વૃદ્ધિ પ્રક્રિયાઓ; અને (d)-(f) પરપોટા મર્જ અને ફાટી જાય છે.

3.1.2. AFS નું ફોમ ઉત્ક્રાંતિ

ફિગ. 5 એ AFS ની ફોમિંગ પ્રક્રિયાને દર્શાવતી સિંક્રોટ્રોન રેડિયેશન છબીઓની શ્રેણી દર્શાવે છે. Cf/AFS ની જેમ જ, સિંક્રોટ્રોન રેડિયેશન સિક્વન્સ માટેની પ્રારંભિક છબી જ્યારે AFS 380 ◦C પર નક્કર તબક્કામાં હતી ત્યારે લેવામાં આવી હતી (જુઓફિગ. 5(a)). જ્યારે મેટ્રિક્સ ઘન તાપમાનથી ઉપર ગરમ થાય છે, ત્યારે નાના સફેદ પરપોટા અંદર દેખાય છેફિગ. 5(b) અને (c), TiH2 ના વિઘટન અને Cu- સમૃદ્ધ પ્રદેશમાં પ્રકાર II ન્યુક્લિએશનની ઘટનાના પરિણામે. જો કે, પેદા થયેલા પરપોટાની સંખ્યા અને તેની વિતરણ ઘનતાફિગ. 5(c)ની સરખામણીમાં નોંધપાત્ર રીતે ઓછું છેફિગ. 4(c). આ સૂચવે છે કે Cf/AFS ન્યુક્લિએશન દરમિયાન પ્રારંભિક ગેસ છોડવા માટે વધુ ચેનલો પ્રદાન કરે છે, જે ઓછા પ્રવાહી અપૂર્ણાંક સાથે એલ્યુમિનિયમ મેટ્રિક્સમાં તિરાડોના વધુ પડતા નિર્માણને અટકાવે છે.

AFS ન્યુક્લિએશન સાઇટ્સની ઓછી સંખ્યા અને Cf/AFS ની તુલનામાં અસામાન્ય બબલ વૃદ્ધિની ઊંચી સંભાવના અહીંથી જોઇ શકાય છે.ફિગ. 5(d)-(f). AFS બબલ્સની ઉત્ક્રાંતિ અનિયમિત છે, અને માઇક્રોમીટરના કદના પરપોટા અને અસામાન્ય રીતે મિલિમીટરના કદના મોટા પરપોટા (લાલ તીરથી ચિહ્નિત) બંનેના સહઅસ્તિત્વને કારણે તેમના કદમાં વ્યાપક વધઘટ જોવા મળે છે. તદુપરાંત, પ્રારંભિક ન્યુક્લિએશન પ્રક્રિયા દરમિયાન આ અસ્થિરતા અને અસંગતતા એએફએસ અને સીએફ/એએફએસ વચ્ચે અંતિમ છિદ્રની રચના અને યાંત્રિક ગુણધર્મોમાં નોંધપાત્ર તફાવતમાં પરિણમી શકે છે.

3.2. મેક્રોસ્ટ્રક્ચર વિશ્લેષણ

AFS અને Cf/AFS વચ્ચે મેક્રોસ્કોપિક પોર મોર્ફોલોજી અને છિદ્ર વ્યાસમાં તફાવતની તપાસ કરવા માટે, 15 મિનિટ માટે 620 ◦C ના ફોમિંગ તાપમાને પ્રયોગશાળાની સ્થિતિમાં બે સેન્ડવીચ સ્ટ્રક્ચર્સ તૈયાર કરવામાં આવ્યા હતા. AFS અને Cf/AFS ના મેક્રોસ્ટ્રક્ચર્સ અને સેલ કદનું વિતરણ આમાં બતાવવામાં આવ્યું છેફિગ. 6. બે સેન્ડવીચ સ્ટ્રક્ચરના નમૂનાઓના વર્ટિકલ સેક્શનની સરખામણી દર્શાવે છે કે Cf/AFS ફોમ્સમાં ઝીણા કોષો હોય છે અને કોષોના ભંગાણ અથવા મર્જિંગ જેવી ઓછી ખામીઓ હોય છે (જુઓફિગ. 6 (b)). તેનાથી વિપરીત, માં બતાવ્યા પ્રમાણેફિગ. 6(a), AFS કેટલાક અસામાન્ય રીતે મોટા છિદ્રોની હાજરી સાથે નબળી છિદ્ર એકરૂપતા દર્શાવે છે. દરમિયાન, AFS અને Cf/AFS માટે સમકક્ષ છિદ્ર વ્યાસ અનુક્રમે 2.9 ± 0.2 mm અને 1.9 ± 0.1 mm હતો, જે સૂચવે છે કે Cf ના ઉમેરા દ્વારા છિદ્રનો વ્યાસ વધુ શુદ્ધ કરવામાં આવ્યો હતો (જુઓફિગ. 6(c) અને (d)).

છિદ્ર માળખું ઉત્ક્રાંતિ બે સ્પર્ધાત્મક પદ્ધતિઓ દ્વારા પ્રભાવિત થાય છે: TiH2 નું વિઘટન અને ફીણનું વિલિનીકરણ અને ભંગાણ. TiH2 નું વિઘટન ન્યુક્લિએશનની સંખ્યામાં વધારો, છિદ્રાળુતા અને વિસ્તરણ દરમાં ફાળો આપે છે, જ્યારે પરપોટાના વિલિનીકરણ અને ભંગાણથી છિદ્રોની સંખ્યામાં ઘટાડો થાય છે અને છિદ્રોનો વ્યાસ વધે છે. બબલ મર્જિંગ અને ફાટવાની ઘટનાઓમાં ઘટાડો વધુ સારી સેલ્યુલર માળખું મેળવવામાં ફાળો આપે છે. તેથી, ફોમિંગ પ્રક્રિયા દરમિયાન છિદ્રની રચનાની એકરૂપતા જાળવવા માટે ફીણની ઉચ્ચ સ્થિરતા જરૂરી છે. Cf/AFS માટે, Cf ઉમેરવાથી એલ્યુમિનિયમ મેલ્ટ સાથે ફાઇબરની ભીનાશક્ષમતામાં ઘણો સુધારો થાય છે. મેલ્ટ ફોમિંગ પદ્ધતિ દ્વારા તૈયાર કરાયેલા અહેવાલ Cf રિઇનફોર્સ્ડ એલ્યુમિનિયમ ફોમ [44] ની જેમ જ, Cf નો ઉમેરો સેલ દિવાલના ભંગાણને અટકાવીને અને એકત્રીકરણ ઘટાડીને એલ્યુમિનિયમ ફીણને સ્થિર કરે છે. દરમિયાન, Cf કોષની દીવાલમાં નેટ જેવું માળખું બનાવી શકે છે, જે વિભાજન બળ પેદા કરે છે અને પરપોટાને ફાટતા અટકાવે છે, આમ, કોષનું માળખું, ફીણ સ્થિરતા અને છિદ્ર વિતરણની એકરૂપતામાં સુધારો કરે છે.

3.3. માઇક્રોસ્ટ્રક્ચરલ લાક્ષણિકતા

ફિગ. 7(a)AFS સાથે ફોમિંગ કર્યા પછી સેલ દિવાલની માઇક્રોસ્ટ્રક્ચર બતાવે છે. AlSi6Cu4Mg4 એલોય ફોમ્સ માટેના અહેવાલ મુજબ, યુટેક્ટિક Al–Si, Mg2Si, Al2Cu અને Al5Cu2Mg8Si6, એલોયમાં હાજર છે, જે EDS વિશ્લેષણમાંથી મેળવેલા તારણો સાથે સંમત છે.ફિગ. 7(b). આ બરડ તબક્કાઓ છિદ્રની દીવાલને નબળી બનાવીને અથવા વિરૂપતા દરમિયાન તિરાડોના સ્ત્રોત તરીકે કામ કરીને એલ્યુમિનિયમ ફીણના યાંત્રિક ગુણધર્મોને ઘટાડે છે. તેથી, મજબુત તબક્કાઓના ઉમેરા દ્વારા છિદ્રની દિવાલના યાંત્રિક ગુણધર્મોને વધારવું એ એક સક્ષમ અને અસરકારક વ્યૂહરચના છે.

Cf/AFS માટે, તે પરથી અવલોકન કરી શકાય છેફિગ. 7(c) અને (ડી)કે Cf કોષની દીવાલની અંદર અથવા કોષની દિવાલની ધાર પર વિતરિત થાય છે, જે દર્શાવે છે કે Cf એલ્યુમિનિયમ મેલ્ટ સાથે ઉત્તમ ભીની ક્ષમતા ધરાવે છે. વધુમાં, તે નોંધનીય છે (નો સંદર્ભ લોફિગ. 7(ડી)) કે રેસા અને એલ્યુમિનિયમ ઓગળવા વચ્ચેના ઇન્ટરફેસ પર અવક્ષેપિત તબક્કા Al2Cu નો નજીવો જથ્થો રચાય છે. આ ઘટના ફાઇબર અને મેટ્રિક્સ વચ્ચે મજબૂત બોન્ડ હાંસલ કરવા માટે ફાળો આપે છે. આ પ્રસરણ પ્રતિક્રિયાની પ્રગતિ સાહજિક રીતે જોઈ શકાય છેફિગ. 4(a)-(c). નોંધ કરો કે, અવક્ષેપિત તબક્કો કાર્બન ફાઇબરને સંપૂર્ણપણે ઘેરી લેતો નથી, અને આ વિતરણની સ્થિતિ અને જથ્થો Cf/AFS માટે ફાયદાકારક છે. Lv એટ અલના અભ્યાસના આધારે, Cf પ્રબલિત એલ્યુમિનિયમ મેટ્રિક્સ સંયુક્ત સામગ્રી પર, તે દર્શાવવામાં આવ્યું હતું કે અવક્ષેપિત તબક્કાની યોગ્ય માત્રા ઇન્ટરફેસિયલ બોન્ડની મજબૂતાઈને પ્રભાવિત અને નિયમન કરી શકે છે.

ફિગ. 6.પ્રતિનિધિ નમૂનાના વર્ટિકલ વિભાગો (a) AFS અને (b) Cf/AFS. (a) અને (b) ને અનુરૂપ સમકક્ષ વ્યાસ વિરુદ્ધ વિસ્તાર અપૂર્ણાંક પ્લોટ અનુક્રમે (c) અને (d) માં દર્શાવવામાં આવ્યા છે. (c) અને (d) માં ઘન સતત રેખા લોગ-સામાન્ય ફિટને દર્શાવે છે. રીગ્રેશન (R2 ) ફિટની સારીતા દર્શાવે છે.

ફિગ. 7.SEM છબીઓ (a) અને (b) અનુરૂપ માઇક્રોસ્ટ્રક્ચર્સ દર્શાવે છેફિગ. 6(a) AFS અનેફિગ. 6(b) Cf/AFS, અનુક્રમે, વધુમાં,ફિગ. 7(b) અને (d) નું સ્થાનિકીકરણ દર્શાવે છેફિગ. 7(a) અને (c), અનુક્રમે.

3.4. Al–Si–Mg–Cu ફીણને સ્થિર કરવાની સીએફની પદ્ધતિ

ઉપરોક્ત વિશ્લેષણના આધારે, Cf/AFS અને AFS માટે ફોમિંગ મિકેનિઝમની યોજનાકીય રજૂઆતનો સારાંશ આમાં આપવામાં આવ્યો છે.ફિગ. 8. ન્યુક્લિએશન સ્ટેજ, બબલ ગ્રોથ અને મર્જિંગ સ્ટેજ અને ક્રમિક સોલિડિફિકેશન સ્ટેજમાં Cf/AFS અને AFS વચ્ચેના નોંધપાત્ર તફાવતો, જેમ કે આમાં દર્શાવવામાં આવ્યું છે.ફિગ. 8(a) અને (b).

ફિગ. 8.Cf/AFS અને AFS ફોમિંગ વર્તણૂકનું યોજનાકીય રેખાકૃતિ: (a) Cf/AFS; અને (b) AFS.

AlSi6Cu4Mg4 એલોય ફોમ્સના ન્યુક્લિએશન તબક્કામાં, પરપોટા TiH2 કણોના સ્થાન પર ન્યુક્લિએટને બદલે, તાંબાના કણોની આસપાસના પ્રવાહી ચતુર્થાંશ યુટેક્ટિકની અંદર ન્યુક્લિએટ થવાનું વલણ ધરાવે છે. પુરોગામી (પ્રકાર II ન્યુક્લિએશન) ના સૌથી નબળા પ્રદેશમાં આ પ્રકારનું ન્યુક્લિએશન, TiH2 વિઘટન દ્વારા છોડવામાં આવતા વાયુઓ માટે વધુ એસ્કેપ ચેનલો પ્રદાન કરે છે, જે વાયુઓના સંચયને ટાળે છે અને એલ્યુમિનિયમ પીગળવામાં તિરાડો ફેલાવવાનું કારણ બને છે. કોપર-કોટેડ કાર્બન ફાઇબરનો ઉમેરો દેખીતી રીતે H2 મુક્ત કરવા માટે વધુ ચેનલો બનાવે છે. જો કે, આ તબક્કે એલ્યુમિનિયમ મેલ્ટમાં પૂરતો પ્રવાહી અંશ ન હોવાથી, આવા નાના પરપોટા માટે H2 નો પૂરતો સ્ત્રોત વધવાનું ચાલુ રાખવું મુશ્કેલ છે. પરિણામે, તાપમાનમાં વધારો થતાં આ નાના પરપોટા ઓગળી જાય છે. જ્યારે પુરોગામી સંપૂર્ણપણે ઓગળી જાય છે, ત્યારે TiH2 ની હિંસક ડિહાઇડ્રોજનેશન પ્રતિક્રિયામાંથી મુક્ત થયેલ H2 ન્યુક્લિએશન પોઈન્ટના આધારે ન્યુક્લિએટ થશે અને ઝડપથી વૃદ્ધિ પામશે. Cf પરપોટાના ઉત્પાદન માટે અસંખ્ય વિજાતીય ન્યુક્લિએશન સાઇટ્સ પ્રદાન કરે છે, જે ન્યુક્લિએશન દરમાં ઘણો વધારો કરે છે. સાથોસાથ, Cf ની હાજરી પ્રાથમિક પરપોટાના સંપર્ક અને વિલીનીકરણને અસરકારક રીતે અટકાવે છે અને અસંગત રીતે મોટા પરપોટાના નિર્માણને ટાળે છે.

પરપોટાના વિકાસ અને વિલીનીકરણના તબક્કા દરમિયાન, Cf ના ઉમેરાથી ફીણની સ્થિરતામાં નોંધપાત્ર સુધારો થાય છે. કારણ એ છે કે Cf અને એલ્યુમિનિયમ મેલ્ટમાં સારી ભીની ક્ષમતા હોય છે, અને નેટવર્ક માળખું રચવા માટે બે ગેસ-લિક્વિડ ઇન્ટરફેસ વચ્ચે રેસા સરળતાથી ફસાઈ શકે છે (જેમાં બતાવ્યા પ્રમાણેફિગ. 7(c)). જેમ જેમ પ્રવાહી ફિલ્મ પાતળી થાય છે તેમ, તંતુઓ ઉચ્ચપ્રદેશની સીમામાંથી સક્શનનો પ્રતિકાર કરવા માટે વિભાજન દબાણ પેદા કરી શકે છે, આમ પ્રવાહી ફિલ્મને ફાટતા અટકાવે છે. તેથી Cf/AFS ને AFS ની તુલનામાં લાંબા સમય સુધી ફોમિંગ સમયની જરૂર છે, ઉચ્ચ સ્થિરતા સાથે જે ફોમના ઉત્ક્રાંતિ દરમિયાન છિદ્રની રચનાની એકરૂપતા જાળવી શકે છે.

ધીમી ઘનતાના તબક્કા દરમિયાન, Cf/AFS માં પરપોટા લાંબા સમય સુધી વધતા નથી અને રેસા કોષની દીવાલ (લાલ ડોટેડ બોક્સ સાથે ચિહ્નિત) ની અંદર એમ્બેડ કરવામાં આવે છે. તંતુઓની આ જાળવણી ઓસ્ટવાલ્ડ પરિપક્વતામાં જોવા મળે છે તેમ, મોટા પરપોટા દ્વારા નાના પરપોટાના શોષણને અટકાવે છે, અને ઘનતાના વિસ્તરણને કારણે કોષની દિવાલના ભંગાણને અટકાવે છે. પરિણામે, Cf/AFS એ AFS ની સરખામણીમાં વધુ સજાતીય છિદ્ર માળખું અને ઓછી છિદ્ર ખામી દર્શાવે છે.

3.5. યાંત્રિક ગુણધર્મો

લગભગ સમાન છિદ્રાળુતા (અનુક્રમે 83.2% અને 81.4%) સાથે Cf/AFS અને AFS માટે સંકુચિત તાણ-તાણ વણાંકો પ્રસ્તુત છે.ફિગ. 9(a). સંકુચિત તાણ-તાણ વળાંક એક અલગ ત્રણ તબક્કાની લાક્ષણિકતા દર્શાવે છે, જેમાં રેખીય સ્થિતિસ્થાપક પ્રદેશ, ઉચ્ચપ્રદેશ પ્રદેશ અને ઘનતા ક્ષેત્રનો સમાવેશ થાય છે. AFS અને Cf/AFS ની સંકુચિત ઉપજ શક્તિ અનુક્રમે 8.44 MPa અને 11.87 MPa હતી. AFS ની સરખામણીમાં Cf/AFS ની સંકુચિત ઉપજ શક્તિ 40.6% વધી હતી. દરમિયાન, Cf/AFS ની ઉર્જા શોષણ ક્ષમતા એ જ તાણમાં AFS કરતા વધુ સારી છે, જેમ કે આમાં બતાવ્યા પ્રમાણેફિગ. 9(b). AFS અને Cf/AFS ની ઊર્જા શોષણ ક્ષમતા અનુક્રમે લગભગ 3.3 MJ/m3 અને 6.1 MJ/m3 છે. Cf/AFS ની ઉર્જા શોષણ ક્ષમતા AFS ની સરખામણીમાં 84.8% સુધરી છે.

ફિગ. 9.કમ્પ્રેસિવ સ્ટ્રેસ-ટ્રેન કર્વ્સ અને Cf/AFS અને AFS ના એનર્જી શોષણ ક્ષમતા વક્ર: (a) કોમ્પ્રેસિવ સ્ટ્રેસ-ટ્રેન કર્વ્સ; (b) ઊર્જા શોષણ ક્ષમતા વક્ર.

Cf ના સમાવેશથી ફોમ કોરના યાંત્રિક ગુણધર્મોમાં નોંધપાત્ર વધારો થયો છે. તે જાણીતું છે કે ના યાંત્રિક ગુણધર્મોએલ્યુમિનિયમ ફીણછિદ્રની રચના અને સ્ટ્રટ યાંત્રિક ગુણધર્મો સાથે નજીકથી સંબંધિત છે. મેક્રોસ્ટ્રક્ચરલ પૃથ્થકરણ દર્શાવે છે કે Cf ના ઉમેરાથી છિદ્રનું કદ શુદ્ધ થાય છે, છિદ્રોના વિતરણમાં સુધારો થાય છે અને છિદ્રોની ખામીઓ ઓછી થાય છે. શશીકુમાર એટ અલના તારણોની જેમ. અને યંગેટલ. સંકુચિત શક્તિ અને ઊર્જા શોષણ કાર્યક્ષમતા વધારવા માટે નાના છિદ્ર વ્યાસ અને સાંકડા છિદ્ર વિતરણ વધુ ફાયદાકારક છે. તદુપરાંત, ફીણના યાંત્રિક ગુણધર્મો પર માઇક્રોસ્ટ્રક્ચરની અસર મુખ્યત્વે ફીણની છિદ્ર દિવાલોમાં જડિત Cf ને કારણે છે. એલ્યુમિનિયમ મેટ્રિક્સમાં કાર્બન ફાઇબરના કોપર-કોટેડનું પ્રસરણ અને વિસર્જન ફાઇબર અને એલ્યુમિનિયમ મેટ્રિક્સ વચ્ચે મજબૂત ઇન્ટરફેસિયલ બોન્ડ હાંસલ કરી શકે છે, જે લોડ ટ્રાન્સફરમાં ફાળો આપે છે. છિદ્રની દિવાલમાં સ્ટેપલ્ડ ઉચ્ચ મોડ્યુલસ કાર્બન ફાઇબર કમ્પ્રેશન લોડ હેઠળ છિદ્રની દિવાલના વિકૃતિને મર્યાદિત કરી શકે છે અને લોડ-બેરિંગ ક્ષમતામાં સુધારો કરી શકે છે. આ તમામ પરિબળો AFS ની સરખામણીમાં ઉચ્ચ ઉપજ શક્તિ અને ઊર્જા શોષણ ક્ષમતા હાંસલ કરવા Cf/AFS ની તરફેણ કરે છે.

4. તારણો

Cf/AFS અને AFS આ કાર્યમાં પેકિંગ રોલિંગ પાવડર ધાતુશાસ્ત્ર પદ્ધતિ દ્વારા તૈયાર કરવામાં આવ્યા હતા. Cf/AFS અને AFS ની ફોમિંગ વર્તણૂક ગતિશીલ રીતે સિંક્રોટ્રોન રેડિયેશન દ્વારા જોવામાં આવી હતી

બબલ ન્યુક્લિએશન અને વૃદ્ધિ પર Cf ના પ્રભાવની તપાસ કરો. વધુમાં, એલ્યુમિનિયમ ફોમ્સના પોર મોર્ફોલોજી, પોર ડિસ્ટ્રિબ્યુશન અને કમ્પ્રેશન પ્રોપર્ટીઝ પર સીએફનું સંપૂર્ણ વિશ્લેષણ કરવામાં આવ્યું હતું. મુખ્ય તારણો નીચે મુજબ છે.

(1) સિટુ અવલોકનોમાં સિંક્રોટ્રોન રેડિયેશન દર્શાવે છે કે બંને Cf/ AFS અને AFS ફોમિંગ પ્રક્રિયાઓ ત્રણ અલગ-અલગ તબક્કાઓ દર્શાવે છે: બબલ ન્યુક્લિએશન, બબલ ગ્રોથ અને મર્જર અને સોલિડિફિકેશન.

AFS ની સરખામણીમાં, Cf/AFS ની ફોમિંગ પ્રક્રિયા ઉચ્ચ સ્થિરતા અને બબલ એકરૂપતા દર્શાવે છે. AFS છિદ્ર ઉત્ક્રાંતિ પ્રક્રિયા દરમિયાન અસામાન્ય રીતે મોટા અને બરછટ છિદ્રો બનાવવા માટે વધુ સંવેદનશીલ છે. વધુમાં, અસમાનતા Cf ની વિજાતીય ન્યુક્લિએશન અસરને આભારી છે, જે પરપોટાની દિવાલના ભંગાણને અટકાવે છે અને ન્યુક્લિએશન દરમાં વધારો કરતી વખતે એકીકરણ ઘટાડે છે.

(2) 0.5 wt.% Cf નો ઉમેરો 2.9 ± 0.2 mm થી 1.9 ± 0.1 mm સુધી સમકક્ષ છિદ્ર વ્યાસને શુદ્ધ કરે છે, બરછટ છિદ્રોની ખામીને નોંધપાત્ર રીતે ઘટાડે છે. સાથોસાથ, માઇક્રોસ્ટ્રક્ચર Cf ની સારી ભીની ક્ષમતા દર્શાવે છે, જે છિદ્રની દિવાલ અને ગેસ-સોલિડ ઇન્ટરફેસ સાથે વિતરિત થાય છે, જેનાથી ફીણની સ્થિરતા વધે છે.

(3) AFS ની સરખામણીમાં, Cf/AFS ની સંકુચિત ઉપજ શક્તિ અને ઊર્જા શોષણ ક્ષમતા અનુક્રમે આશરે 40.6% અને 84.8% વધી છે. આ અભ્યાસના તારણો ધાતુશાસ્ત્રીય બંધન ઈન્ટરફેસ સાથે એલ્યુમિનિયમ ફોમ સેન્ડવીચ પેનલના મજબૂતીકરણ માટેના વિચારો પ્રદાન કરી શકે છે જે ઓટોમોટિવ અને એરોસ્પેસ ઉદ્યોગોના ક્ષેત્રમાં એન્જિનિયરિંગ એપ્લિકેશન્સની સંભાવના ધરાવે છે.

જર્નલ ઓફ મટિરિયલ્સ રિસર્ચ એન્ડ ટેક્નોલોજીનો લેખ