एल्यूमीनियम फोम सामग्री संरचना डिजाइन और अनुकूलन

एल्युमिनियम फोम एक हल्का झरझरा पदार्थ हैधातुउत्कृष्ट प्रदर्शन वाली सामग्री। यह प्रदर्शन काफी हद तक सामग्री की संरचना डिजाइन और अनुकूलन पर निर्भर करता है। निम्नलिखित सामग्री की संरचना डिजाइन और अनुकूलन का सारांश प्रस्तुत करता हैएल्यूमीनियम फोममुख्य कच्चे माल के चयन से लेकर मिश्र धातु तत्व के संयोजन और फोमिंग प्रक्रिया में सूक्ष्म संरचना नियंत्रण तक की सामग्री।
1. मुख्य कच्चे माल का चयन
एल्यूमीनियम फोम कोर सामग्री आम तौर पर मुख्य कच्चे माल के रूप में निम्नलिखित दो सामग्रियों को चुनती है:

• शुद्ध एल्युमिनियम (Al):इसका गलनांक कम है तथा प्रसंस्करण क्षमता अच्छी है।
• अल-सी मिश्र धातु:क्योंकि इसके गलनांक गुण (गलनांक, श्यानता, पृष्ठ तनाव, आदि) शुद्ध एल्यूमीनियम से बेहतर हैं, इसलिए एल्यूमीनियम फोम की तैयारी में इसका सबसे व्यापक रूप से अध्ययन किया जाता है।
  अल-सी मिश्र धातु प्रणाली में, 5% ~ 12% के Si द्रव्यमान अंश वाले मिश्र धातु का आमतौर पर उपयोग किया जाता है, और अल-सी मिश्र धातु के लाभों में शामिल हैं: पिघल में मध्यम चिपचिपापन और तरलता होती है, जो फोमिंग प्रदर्शन को विनियमित करना आसान बनाता है। अन्य मिश्र धातु तत्वों को जोड़कर गुणों को और अधिक अनुकूलित किया जा सकता है।

2. मिश्रधातु तत्वों का योग और उनके प्रभाव
संरचनात्मक मापदंडों और समग्र प्रदर्शन में सुधार करने के लिएएल्यूमीनियम फोमआमतौर पर अल-सी मिश्रधातुओं में उचित मात्रा में मिश्रधातु तत्व जैसे Cu, Mg, Zn आदि मिलाए जाते हैं। विभिन्न तत्वों के कार्य इस प्रकार हैं:

• Cu का योग
  सिद्धांत: Al-Mg-Si मिश्रित प्रणाली में लगभग 3% Cu मिलाने से Mg₂Si कणों का आकार 30 μm से 10 μm तक कम हो सकता है, जो महत्वपूर्ण हो सकता हैमेंकणों के कुल सतह क्षेत्र और पिघल की चिपचिपाहट को काफी हद तक बढ़ाता है। जब 5% Cu मिलाया जाता है, तो ठोसकरण मोड परत-दर-परत ठोसकरण से एक साथ ठोसकरण में बदल जाता है, जो सामग्री के संगठन में सुधार करता है।
  प्रभाव: फोमिंग प्रक्रिया में छिद्रों के स्थिरीकरण समय को लम्बा करें। छिद्र दीवार के दोषों और दरारों की घटना को कम करें। सामग्री की कठोरता और संक्षारण प्रतिरोध में सुधार करें।
• मैग्नीशियम का योग
  क्रिया का सिद्धांत: उचित मात्रा में Mg (लगभग 2%) मिलाने से बुलबुला छिद्र की संरचना में प्रभावी रूप से सुधार हो सकता है और फोमिंग प्रक्रिया की स्थिरता बढ़ सकती है। Mg मिलाने से ऑक्साइड कण समूहों के उलझाव को कम करने में मदद मिल सकती है, जिससे बुलबुला छिद्र की संरचना अधिक नियमित हो जाती है और छिद्र की दीवार अधिक एक समान हो जाती है।
  प्रभाव: छिद्रों की एकरूपता और स्थिरता में सुधार। पतन की घटना को कम करें।
• सिलिकॉन का अनुकूलन
  अल-सी मिश्र धातुओं में, सी कणों के कण आकार को कम करने से पुटिका संरचना में सुधार पर एक स्पष्ट प्रभाव पड़ता है। प्रासंगिक प्रयोगों ने साबित कर दिया है कि अल-सी मिश्र धातु के पाउडर सिस्टम में 1% एमजी जोड़ने से छिद्र दीवार की एकरूपता और चिकनाई में काफी सुधार हो सकता है, और फोमिंग प्रक्रिया को और अधिक स्थिर बना सकता है।

3. पिघल प्रवाह और चिपचिपापन नियंत्रण
एयरोस्पेस और ऑटोमोटिव उद्योग की आवश्यकताएं: पतले और हल्के वजन वाले एल्यूमीनियम के निर्माण के लिए एल्यूमीनियम पिघल का एक अच्छा प्रवाह आवश्यक हैएल्यूमीनियम मिश्र धातुकास्टिंग.
एल्यूमीनियम फोम तैयार करने की आवश्यकताएं: बेहतर फोमिंग प्रभाव प्राप्त करने के लिए, अपेक्षाकृत कम पिघल तरलता (उच्च चिपचिपाहट) को बनाए रखने की आवश्यकता होती है।
चिपचिपाहट समायोजन के तरीके: मिश्र धातु तत्वों (जैसे Cu, Mg) को जोड़ने से कण आकार और वितरण को बदलकर पिघले हुए पदार्थ की चिपचिपाहट बढ़ जाती है। ठोसीकरण क्षेत्र और ठोसीकरण मोड को अनुकूलित करने के लिए मिश्र धातु संरचना के अनुपात को समायोजित करें।
4. सूक्ष्म संरचना अनुकूलन
सूक्ष्म संरचना विश्लेषण (जैसे ऑप्टिकल माइक्रोस्कोपी और एसईएम अवलोकन) के माध्यम से, निम्नलिखित अनुकूलन रणनीतियाँ प्राप्त की जा सकती हैं:

• ऑक्साइड कणों की उलझाव की समस्या को कम करना:साधारण ऑक्साइड कण फोमिंग प्रदर्शन में महत्वपूर्ण रूप से सुधार नहीं करते हैं, लेकिन अनियमित बुलबुला छिद्रों और आसानी से ढहने का कारण बनेंगे। Mg के योग से ऑक्साइड कणों के वितरण में महत्वपूर्ण रूप से सुधार हो सकता है और बुलबुला संरचना को अधिक नियमित बनाया जा सकता है।
• यूटेक्टिक संरचना का अनुकूलन:यूटेक्टिक सिस्टम (जैसे कि Al-Mg-Si) बनाने के लिए Al-Si मिश्रधातु में Mg मिलाने से फोमिंग प्रदर्शन में काफी सुधार हो सकता है। यूटेक्टिक मिश्रधातु पाउडर सिस्टम फोमिंग प्रक्रिया में उच्च स्थिरता दिखाता है।

5. संबंधित अनुसंधान
अनुसंधान:फोमिंग प्रक्रिया में छिद्र दीवार संरचना, छिद्र आकार और वितरण एकरूपता पर Mg और Si के प्रभावों का अध्ययन करना। यह पाया गया कि शुद्ध Al पाउडर में एकल Si या Mg मिलाने से कोई प्रमुख प्रभाव नहीं पड़ता है, जबकि Al-Si मिश्रधातुओं में लगभग 1% Mg मिलाने से फोमिंग स्थिरता में काफी सुधार हो सकता है, जिसके परिणामस्वरूप अधिक समान छिद्र आकार और चिकनी छिद्र दीवारें बनती हैं।
प्रायोगिक तुलना:ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप के तहत किए गए प्रयोगों से पता चलता है कि एकल ऑक्साइड कण फोमिंग प्रभाव में सुधार नहीं कर सकते हैं, लेकिन अनियमित छिद्र संरचना को जन्म देते हैं। Mg की उचित मात्रा के साथ, फोम छिद्रों का वितरण अधिक समान है और स्थिरता में काफी सुधार हुआ है।
रचनागत डिजाइन का मूलएल्यूमीनियम फोम सामग्रीमिश्रधातु बनाने के साधनों और सूक्ष्म संरचना मॉड्यूलेशन के माध्यम से सामग्रियों के पिघलने के गुणों और झाग बनाने के गुणों को अनुकूलित करना है। अनुकूलन रणनीति के मुख्य बिंदु निम्नलिखित हैं:
1. मुख्य कच्चे माल के रूप में Al-Si मिश्र धातु (Si सामग्री 5% ~ 12%) को प्राथमिकता दें।
2. पिघले हुए श्यानता में सुधार करने, बुलबुला छिद्रों की संरचना में सुधार करने और बुलबुला छिद्रों के स्थिरीकरण समय को लम्बा करने के लिए उचित मात्रा में Cu (लगभग 3% ~ 5%) मिलाएं।
3. फोमिंग प्रक्रिया की स्थिरता, छिद्र दीवार की चिकनाई और छिद्रों की एकरूपता में सुधार करने के लिए उचित मात्रा में Mg (लगभग 1% ~ 2%) जोड़ें।
4. मिश्र धातु पिघल की यूटेक्टिक संरचना को अनुकूलित करने के लिए Si के कण आकार को कम करें।
उपरोक्त अनुकूलन के माध्यम से, एयरोस्पेस और ऑटोमोटिव उद्योगों में एल्यूमीनियम फोम सामग्री के प्रदर्शन में काफी सुधार होगा।