Preperation of Al-Ti-alloy closed-cell metal foams via foaming of powder compacts

Abstract

Al toz kompaktların köpükleştirilmesinde, ıslatılmış parçacık etkisinin uzamayave köpük kararlılığına etkilerini belirlemek için ağırlıkça %5 oranında 30?45, 45?56,56?90, 90?106, 106?160 ve 160?200 ?m boyutlu küresel Ti6Al4V tozu içeren Alkompaktların köpükleşme davranışları gözlemlenmiştir. Parçacık etkisini belirlemekiçin, parçacık içermeyen Al kompaktlar da hazırlanıp, köpükleştirilmiştir. Köpükleşmedeneyleri deney esnasında uzamayı ölçebilecek bir sistemle 700?730 ºC'de yapılmıştır.Köpükleşen kompaktlardan göbek delme yöntemi ile elde edilen küçük numunelerstatik hızlarda basma testine tabi tutulmuşlardır.Al kompaktlar 4 bölgeden oluşan karakteristik uzama göstermişlerdir. Ağırlıkça%5 oranında Ti6Al4V içeren kompaktlarda küçük parçacık boyutlarında, uzamanınnispi olarak az olduğu ve uzamanın, parçacık boyutunun artması ile arttığı bulunmuştur.Ağırlık oranınca farklı, 30?45 ?m boyutunda Ti6Al4V içeren kompaktlarla yapılanköpükleştirme deneylerinde, ağırlıkça %2'den daha az oranda Ti6Al4V içerenkompaktların Al kompaktlara benzer uzamalar gösterdiği bulunmuştur. Mikroskobikçalışmalar, Ti6Al4V katkısının drenajı azalttığını göstermiştir. Köpükleşme esnasındasıvı Al ile Ti6Al4V reaksiyona girerek TiAl3 parçacıkları oluşturmuştur. Nispetenküçük boyutlu parçacıklar içeren kompaktlarda reaksiyon tabakası hücre duvar veköşelerine dağılım gösterirken, büyük parçacık içeren kompaktlarda ise bu tabakaparçacığa bağlı kalmıştır. Ti6Al4V içeren kompaktlarda düşük drenaj ve azalanköpükleşme, literatürdeki mevcut kararlılık modelleri kullanılarak tartışılmıştır.Köpükleşmenin küçük parçacık içeren kompaktlarda azalması, toplam parçacık yüzeyalanı yüksek olması ve daha fazla TiAl3 parçacık oluşumu ile artan viskoziteyebağlanmıştır. Ti6Al4V içeren kompaktlarda ölçülen düşük basma mukavemetinin,kullanılan küçük boyutlu test numunelerinin kaba malzemenin özelliklerinigöstermemesinden kaynaklanmaktadır.

The foaming behavior of 5 wt% 30-45, 45-56, 56-90, 90-106, 106-160 and160-200 ?m size spherical Ti6Al4V particle-added Al powder compacts wereinvestigated for determining the effects of wetted particles on the expansion andstability of Al powder compacts. In order to determine the effect of particle-addition onthe foaming behavior, Al compacts without particle addition prepared with samemethod were also foamed. Foaming experiments were performed using an in-situ foamexpansion measuring system at 700-730 ºC. Small compression test samples werefurther core drilled from Ti6Al4V-Al foam samples and tested at quasi-static strainrates.Al compacts showed the characteristic expansion-time curve, composing of 4distinct regions. The expansion of 5 wt% Ti6Al4V-added compacts was found to berelatively low at small size particle additions, but increased with increasing particle size.Measurements of foam expansions of 30-45 ?m size Ti6Al4V-added compacts withvarious weight percentages of particles showed that when the wt% of particles is lowerthan 2 wt%, the expansion behavior of the compacts became very similar to that of pureAl. Microscopic studies have further shown that Ti6Al4V addition reduced the drainageas compared with pure Al compacts. In foaming of Ti6Al4V-Al compacts, the liquid Alreacted with Ti6Al4V particles and formed TiAl3 particles. In relatively small sizeparticle-added foams, TiAl3 particles dispersed through cell walls and cell edges, but atincreased particle size, these particles were found next to the Ti6Al4V particles. Thereduced drainage and lower foam expansions in the foaming of Ti6Al4V-addedcompacts were discussed based on the foam stabilization models in the literature. Thereduced foamability of the compacts in small particle size Ti6Al4V addition wasattributed to relatively high viscosities, due to higher cumulative surface area of theparticles and higher rate of reaction between liquid Al and Ti6Al4V. The lowercompression strength measured in Ti6Al4V-added foams was attributed to smallspecimen sizes, which could not show the mechanical properties of the bulk material.