Preparation and characterization of aluminum composite closed-cell foams

Abstract

oz Toz tabletlerden köpükleştirme yöntemi ile SiC-parçacık (SiCp) takviyeli kapalı hücreli alüminyum (Al) köpüklerin üretim fizibilitesini incelemek ve SiCp katkısının Al tabletlerinin köpükleşmesine ve üretilen köpüklerin mekanik özelliklerine etkilerini belirlemek için deneysel bir çalışma yapılmıştır. SiCp/Al kompozit toz tabletlerin köpükleşme ve üretilen kompozit köpüklerin ise basma altında mekanik davranışları belirlenmiş ve bunlar saf Al tabletlerin köpükleşme ve Al köpüklerin mekanik davranışları ile karşılaştuılmıştır. Kompozit ve Al toz tabletler 425 °C'de çelik bir kalıp içerisinde ve sabit bir basınç altında (220 MPa) sıcak presleme metoduyla hazırlanmıştır. Nispi yoğunluğu %99'a ulaşan ve içerisinde % 0.5 (ağırlık yüzdesi) TİH2 (titanyum hidrür) bulunan tabletler Al metalinin erime sıcaklığının üstüne ısıtılmış bir fırında köpükleştirilmiştir. Isıtılma esnasında, TİH2 bozunarak hidrojen gazı çıkartırken, tablet tek yönde genleşmektedir. Belirli finnda kalma sürelerinde köpükleşmiş veya kısmi köpükleşmiş numuneler fırından alınarak soğutulmuş ve boyutları ölçülerek doğrusal uzama hesaplanmıştır. Al tabletlerle 750 ve 850 °C'de yapılan ön köpükleşme deneyleri, her iki sıcaklıkta da doğrusal uzamanın benzer olduğunu göstermesine karşın, 750 °C'de köpükleşmenin daha yavaş ve kontrollü olduğunu göstermiştir. Yine bu deneyler sonucunda, sıvı metal köpük yapısının katı halde de korunması için sıvı metalin hızlı soğutulması gerektiği bulunmuştur. SiCp/Al ve Al tabletlerle 750 °C'de yapılan köpükleştirme deneyleri, SiCp takviyesinin; a) toz tabletlerde doğrusal uzamayı arttırdığını ve b) köpükleşme esnasında sıvı metalin aşağı doğru akmasını azalttığını göstermiştir. SiCp takviyesi ile Al köpüklerin plato gerilmeleri ve enerji emme kapasiteleri de artmıştır. Bu sonuçlar, değişen darbe gerilmelerinde, kompozit yapıların uygun köpük malzemesinin seçilmesinde kullanılabileceğini göstermektedir. Benzer paketleme parametreleri ile hazırlanan alüminyum oksit parçacık/Al ve SiC-viskır/Al kompozit tabletler de 750 °C'de köpükleştirilmeye çalışılmıştır. m

ABSTRACT An experimental study has been conducted to investigate the feasibility of the production of SiC-particulate (SiCp) reinforced Al (Aluminum) closed-cell foams using the foaming from powder compacts process and to determine the effect of SiCp addition on the foaming behavior of Al compacts and the mechanical properties of Al foams. The foaming behavior of SiCp/Al composite powder compacts and the compression mechanical behavior of SiCp/Al composite foams were determined and compared with those of pure Al compacts and Al foams prepared by the same processing parameters. Composite and Al powder compacts were prepared by hot uniaxial compaction inside a steel die at 425 °C for 1/2 hour under a constant die pressure of 220 MPa. Compacts of 99 % dense with a small amount of blowing agent of TİH2 (0.5 wt%) were heated above the melting temperature of Al inside a pre-heated furnace. During heating, as the TİH2 decomposed and released hydrogen, the compact expanded uniaxially. Foamed/partially foamed samples were taken from the furnace at the specified furnace holding times and their heights were measured in order to calculate linear expansion. Initial foaming experiments with Al compacts at 750 and 850 °C have shown that foaming at the former temperature was slower and more controllable, although linear expansion was similar at both temperatures. From these experiments, it was also found that rapid cooling of the liquid metal was necessary in order to maintain the liquid foam structure in the solid state. Foaming experiments of SiCp/Al and Al compacts at 750 °C have shown that SiCp addition a) increased linear expansion of the powder compacts and b) reduced the extent of liquid metal drainage. SiCp addition also increased the plateau stress and energy absorption capability of the Al foams. These results have shown the potential of composite foams for tailoring energy absorption of Al foams for varying levels of impact stresses. Foaming experiments have also been conducted on aluminum oxide- particulate/Al and SiC-whisker/Al composites compacts prepared using the same compaction parameters and foamed at the same temperature, 750 °C. 11