The effects of SiC particle addition on the foaming and mechanical behavior of aluminum closed-cell foams produced by foaming of powder compacts

Abstract

Farklı SiC parçacık boyutu (0.03-67 ? m), ağırlıkça parçacık yüzdesi ve parçacık boyut dağılımına sahip ve katkisiz Al köpüklerdeki maksimum ve doğrusal genleşme değerleri, çok sayıda numune ile deneysel olarak saptanmıştır. Basılmış tozlar eklenen parçacığın boyutu, ağırlıkça oranı ve boyut dağılımına gore değişen genleşme davranışları sergilemişlerdir. Küçük tane boyutlu SiC parçacık eklenen numunelerde maksimum ve doğrusal genleşme değerleri düşük parçacık katkılarında (%5) daha yüksek saptanmıştır. Bu değerler parçacık yüzdeleri %5 ten %10 ve %15 çıktıkça azalmışlardır. Daha geniş parçacık boyutu aralığına sahip toz eklenen köpüklerde, aynı ortalama parçacık boyutuna sahip fakat daha dar bir boyut aralığındaki parçacık katkısından daha yüksek genleşme değerlerine ulaşıldığı gözlenmiştir. Bu bize parçacık boyut aralığının önemini göstermiştir. Köpük genleşmeleri SiC parçacık katılması ile belirli bir parçacık toplam yüzey alanı değerine kadar artmıştır. Bu değerden daha yüksek toplam parçacık yüzey alanına sahip katkılarda ise eriyik viskositesindeki artış nedeni ile genleşme değerlerinde belirli düşüşler gözlenmiştir. Kritik toplam parçacık yüzey alanına dayanarak, çalışılan parçacık boyutları için optimum SiC katkı oranları belirlenmiştir. Köpüklere uygulanan ezilme deneyleri, köpük yoğunluğunun plato gerilme değeri için en etkili değişken olduğu bulunmuştur. Mikroskobik çalışmalar sonrasında, Al ve SiC/Al köpüklerde asıl deformasyon mekanizmasının hücre duvarı bükülmesi olduğu görülmüştür. Bu açık hücreli köpüklerin deformasyon mekanizmalarıyla benzemektedir. Son olarak da SiC parçacık katkısının köpük plato gerilme değerlerini katkısız köpüklere göre artırdığı görülmüştür. Bu hücre köşelerindeki metal oranının azalmasına bağlanmıştır.

The maximum and linear expansions of a large number of SiC particle/Al powder compacts of varying average SiC particle size (0.03-67 ? m), weight percentage (wt%) and size distribution and Al compacts without particle addition were experimentally determined. The powder compacts showed varying expansion values depending on the size, wt% and size distribution of the particles. The linear and maximum expansions for small size SiC particle additions were found to be relatively high at relatively low wt%'s (5 wt%) and decreased with increasing wt% of the particles from 5 wt% to 10 and 15 wt%. The compacts with small average particle size but wider particle size distribution showed higher expansions than the compacts with the similar average particle size but narrower particle size distribution, showing the importance of the particle size distribution on the expansions of Al compacts. The foam expansions were further shown to increase with SiC particle addition until about a critical cumulative particle surface area; however, the expansions decreased significantly at increasingly high cumulative particle surface areas due to the excessive increase in the compact viscosity. For the investigated powder compacts, the optimum wt% of SiC addition was determined, as a function particle size, based on the critical cumulative particle surface area. Compression tests showed that the density of the foam was the most effective parameter in increasing the plateau stresses. Microscopic analysis showed that the main deformation mechanism in Al and SiC/Al foams was the cell wall bending, i.e. cell edges buckled over cell walls. This resembled the deformation characteristics of the open cell foams. It was finally shown that SiC particle addition increased the foam plateau stresses over those of Al foam without particle addition, which was mainly attributed to the reduced fraction of the metal on the cell edges