Advanced Engineering Materials:热处理对Al-Mg-Si合金泡沫微观结构、压缩性能和能量吸收响应的影响研究

泡沫金属具有吸声吸能、过滤分离、导电导热及催化等优异综合性能,是理想的结构功能一体化候选材料,在交通运输、航空航天、生物医用等领域展示出广阔的应用前景。泡沫铝作为一种典型的泡沫金属,在受到准静态或动态载荷时可通过发生较大塑性变形的方式有效耗散压缩过程中产生的能量,因此被认为是良好的能量吸收材料。此外,泡沫铝可用于较高温环境,如作为燃气和蒸汽轮机的冷却系统以及飞机尾喷管的隔热层等。然而,泡沫铝较低的力学性能极大限制了其进一步应用,通过使用铝合金代替纯铝作为孔壁材料,以及对合金泡沫进行热处理被证明是有效提高泡沫铝力学性能和能量吸收能力的有效途径。

最近,中国民航大学杨旭东课题组在Advanced Engineering Materials上发表了题为“Effect of heat treatment on the microstructure, compressive property and energy absorption response of the Al-Mg-Si alloy foams”的文章。该报道通过填加造孔剂的方法成功制备了孔隙率为60%的Al-Mg-Si合金泡沫,并首先探究了固溶温度对于合金泡沫的微观结构、压缩性能及吸能性能的影响。结果表明,当固溶温度从25 ℃升高到555 ℃时,Al-Mg-Si合金泡沫的抗压强度从11.2 MPa升高到26.7 MPa。其次,研究者还研究了555 ℃下固溶处理后Al-Mg-Si合金泡沫的高温压缩性能。发现,当压缩温度升高至250 ℃时,压缩强度会从28.7 MPa降低到12.3 MPa,对应能量吸收从17.02 MJ/m3降低到9.14 MJ/m3,且相比于纯泡沫铝基体,合金泡沫的高温软化效果更为显著。此研究提供了一种成本可控且易处理的方法来增强金属泡沫材料的抗压强度和能量吸收能力,为工程上泡沫铝(合金)的性能优化提供了一定的实验参考。

图1(a)Al-Mg-Si合金泡沫示意图(b)不同固溶温度下Al-Mg-Si合金泡沫孔壁微观结构图(c)不同固溶温度下Al-Mg-Si合金泡沫的室温压缩应力-应变曲线(d)不同环境温度下Al-Mg-Si合金泡沫的应力-应变曲线.