论文总字数：28601字

摘 要

在传统工程材料中，孔洞往往是裂纹形成和扩展的中心，从而被认为是一种结构上的缺陷，会对材料的力学性能产生不利影响。但是，当材料中出现大量的孔洞时，会产生优异的多功能兼容的性能。其中，泡沫铝是泡沫多孔金属的主要代表。泡沫铝通过发泡剂在铝熔体内发泡、生长、凝固的过程获得稳定可控的多孔结构，泡沫的形成和演变是多孔结构形成的重要过程，这一过程是论文的主要研究目标。

本文通过熔体发泡法制备泡沫铝样品，研究了发泡剂TiH₂的质量分数、保温发泡时间等工艺参数对于熔体泡沫演变的影响。通过CT三维透视技术定量获得气泡数量、体积、面积等参数，研究熔体内气泡的形核、生长、合并等物理现象。

经研究发现：气泡的孔径，体积与面积，都随着发泡保温时间和发泡剂的质量分数增大而增大，形核率却是呈现先增大后减小的趋势。熔体泡沫初始生长阶段不断形成新的微气泡，这些气泡会在之后合并，使得比表面积显著降低，而形成的气泡大多是椭球形，且大多数孔都是连通在一起。

关键字：泡沫铝；形核率；孔隙率；气泡数量；气泡的体积与形状

Study of bubble nucleation and the growth and evolution of melting foam

Zhang Yu 12011418

Supervised by Dai Ge

Abstract

For traditional engineering materials, holes are considered as structural defects because they are always the center of the crack formation and propagation and an adverse effect on the material mechanics performance. But if there are lots of holes in the material, it may have excellent multi-function compatible performance. Among them, foamed aluminum is the main component of the porous metal. By the process of foaming agent foaming, growth and solidification in aluminum melt, foamed aluminum can obtain stable and controllable porous structure. The formation and evolution of the bubble are important processese of porous structure formation, and they are the main research targets of this paper.

In this paper, the research focused on preparing foamed aluminum samples through the melt foaming, studying the effects of process parameters on melt bubble evolution，such as foaming agent TiH₂ and foaming time, etc. To obtain some parameters of the bubble number, volume, area, CT three-dimensional perspective was used to research the physical phenomena as bubble nucleation, growth, merger in the melt.

The study shows that: the aperture, volume and area of bubbles will increase as the foam heat preservation time and mass fraction of foaming agent increase, while the nucleation rate shows a trend of decrease after the first increase. The melted foam will form a new micro bubbles at the initial stage, these bubbles will merge afterwards, because surface area decreases significantly. The shape of bubbles are mostly ellipsoid, and most holes are connected together.

Key words: Foamed aluminum， Nucleation rate， Porosity，

The bubble number， Shape and volume

目录

摘要 1

Abstract 2

目录 3

第一章 绪论 5

1.1 引言 5

1.2 泡沫铝研究概况 7

1.2.1结构特征………………………………………………………………………..…5

1.2.2制备方法…………………………………………………………………………..6

1.3 泡沫铝发展概况 7

1.3.1国内外发展趋势 7

1.3.2性能研究……………………………………………………………………….…..8

1.3.2应用前景 9

1.4本文研究的目的和内容 11

第二章 熔体发泡法制备泡沫铝 12

2.1 实验材料 12

2.2 实验设备 12

2.3实验步骤 14

2.3.1铝熔体的熔化 14

2.3.2铝熔体的增黏过程 15

2.3.3发泡过程及其控制 15

2.3.4控制凝固过程 16

2.3.5样品处理 16

2.3.6实验流程 16

2.4 实验处理………………………………………………...………………………………17

第三章 气泡数量与孔隙率 18

3.1 CT设备与原理………………………………………………………..…………………18

3.2 CT图直观分析 19

3.2.1 TiH₂质量分数1.0% 19

3.2.2 TiH₂质量分数2.0% 21

3.2.3结果分析 23

3.3 各样品的数据分析 23

3.3.1气泡数量 23

3.3.2气泡体积与表面积 .23

3.3.3孔隙率 25

3.3.4 分析结果 25

3.4 实验结论………………………………………………………………………………..25

第四章 气泡的形核率与体积形状的演变 26

4.1 孔隙率与形核率的分析 26

4.1.1保温时间和发泡剂质量分数对形核率与孔隙率的影响………………………26

4.1.2 理论分析…………………………………………………………………………27

4.2孔的大小、体积、形状的演变 .31

4.2.1 TiH₂质量分数1.0%..............................................................................................31

4.2.2 TiH₂质量分数2.0% 38

4.3实验结论 45

第五章 总结与展望 46

5.1全文总结 46

5.2存在问题与不足 46

5.3 展望 46

参考文献 48

致谢 50

第一章 绪论

1.1 引言

泡沫铝是在纯铝或铝合金中加入添加剂后，经过发泡工艺而成，同时兼有金属和气泡特征，是一种经发泡处理后在其内部形成大量气泡的一种新型多孔材料^[1]。如图1-1所示。这种材料在现代各领域都有应用，范围十分广泛。

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