สถานะปัจจุบันของการเตรียม การแปรรูป และการประยุกต์ใช้วัสดุคอมโพสิตอลูมิเนียมเมทริกซ์ [[การประชุมอลูมิเนียม SMM]]

เมื่อวันที่ 18 เมษายน ที่ งานประชุมอุตสาหกรรมอลูมิเนียมและงานแสดงสินค้าอุตสาหกรรมอลูมิเนียม AICE 2025 SMM (ครั้งที่ 20) - ฟอรั่มการรีดอลูมิเนียมอุตสาหกรรม ซึ่งจัดโดย บริษัท เอสเอ็มเอ็ม อินฟอร์เมชั่น แอนด์ เทคโนโลยี จำกัด (SMM), ศูนย์การค้าโลหะ SMM และ บริษัท ซานตง อ้ายซื่อ อินฟอร์เมชั่น เทคโนโลยี จำกัด และร่วมจัดโดย บริษัท จงอี้เฟิง จินอี้ (ซูโจว) เทคโนโลยี จำกัด และ บริษัท เล่อจื่อ เซี่ยน ฉียนรุ่น เซอร์วิส อินเวสต์เมนท์ โปรโมชั่น จำกัด ศาสตราจารย์และอาจารย์ที่ปรึกษาปริญญาเอก เกิ้ง หลิน จากคณะวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมวัสดุ สถาบันเทคโนโลยีฮาร์บิน ได้แบ่งปันสถานะปัจจุบันของการเตรียม การแปรรูป และการประยุกต์ใช้วัสดุคอมโพสิตอลูมิเนียมเมทริกซ์

พื้นหลังการวิจัยวัสดุคอมโพสิตอลูมิเนียมเมทริกซ์

ความต้องการที่สำคัญของประเทศต่อวัสดุคอมโพสิตเมทริกซ์โลหะ

อวกาศยาน: เครื่องบินขนาดใหญ่ เฮลิคอปเตอร์หนัก เครื่องบินไร้คนขับ เครื่องบินบรรทุกบนเรือบรรทุกเครื่องบิน ยานพาหนะความเร็วเหนือเสียง ยานพาหนะในอวกาศใกล้โลก และเครื่องบินขนส่งเชิงกลยุทธ์

อวกาศ: ยานขับดาวเทียมขนาดใหญ่ ภารกิจส่งมนุษย์ขึ้นดวงจันทร์ ฐานดวงจันทร์ การเก็บตัวอย่างดาวอังคาร การสำรวจดาวเคราะห์น้อย การสำรวจระบบดาวพฤหัสบดี และดาวเทียม

สาขาอื่น ๆ: หุ่นยนต์ ระบบขนส่งทางราง ยานยนต์พลังงานใหม่ (NEVs) อุปกรณ์สำรวจทะเลลึก/ใต้พื้นโลกลึก/ขั้วโลก อิเล็กทรอนิกส์ 3C เป็นต้น

วัสดุคอมโพสิตเมทริกซ์โลหะได้ก้าวไปสู่การประยุกต์ใช้ทางวิศวกรรมขนาดใหญ่ในอวกาศยาน การป้องกันประเทศ อิเล็กทรอนิกส์ เครื่องจักรกลก่อสร้าง และสาขาอื่น ๆ ของจีน ซึ่งกลายเป็นหนึ่งในวัตถุดิบพื้นฐานที่ไม่สามารถแทนที่ได้สำหรับโครงการระดับชาติที่สำคัญ

เขาได้แนะนำประวัติการพัฒนาของวัสดุคอมโพสิตอลูมิเนียมเมทริกซ์ และชี้ให้เห็นว่าจีนอยู่ในอันดับต้น ๆ ของโลกในแง่ของจำนวนเอกสารทั้งหมดและจำนวนเอกสารที่ถูกอ้างถึงมากเกี่ยวกับวัสดุคอมโพสิตอลูมิเนียมเมทริกซ์

►สถานะปัจจุบันของการวิจัยและพัฒนาเกี่ยวกับวัสดุคอมโพสิตอลูมิเนียมเมทริกซ์ในจีน: ส่วนใหญ่เน้นในสาขาการผลิตระดับสูง เช่น อวกาศยานและการป้องกันประเทศ

วัสดุคอมโพสิตอลูมิเนียมเมทริกซ์ได้รับการประยุกต์ใช้อย่างแพร่หลายในสาขาการผลิตระดับสูง เช่น อวกาศยานและการป้องกันประเทศ เพื่อตอบสนองความต้องการในการผลิตแบบชุดเล็ก หลากหลายรุ่น และแบบกำหนดเอง

►หนึ่งในประเด็นปัญหาขวดแคบในการประยุกต์ใช้อย่างแพร่หลาย: ปัญหาการกลับตัวของความแข็งแรงและความเหนียว ซึ่งความแข็งและความแข็งแรงเพิ่มขึ้นในขณะที่ความยืดหยุ่นลดลง

การออกแบบการเสริมแรงและความเหนียวของวัสดุคอมโพสิตโดยใช้การจัดวางที่ได้รับแรงบันดาลใจจากธรรมชาติได้กลายเป็นแนวโน้มหลักในการพัฒนาวัสดุคอมโพสิตอลูมิเนียมเมทริกซ์ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา

ในแง่ของเทคโนโลยีการเตรียม ปัจจัยที่มีผลกระทบต่อระบบวัสดุคอมโพสิตมีความซับซ้อน: จำเป็นต้องเลือกเทคโนโลยีการเตรียมที่มีคุณภาพสูงที่เข้ากับระบบวัสดุคอมโพสิตที่แตกต่างกัน เพื่อตอบสนองความต้องการของการใช้งานที่มีการเชื่อมโยงหลายสนามที่ซับซ้อน

ในแง่ของเทคโนโลยีการขึ้นรูปและการแปรรูป กลไกการวิวัฒนาการของโครงสร้างจุลภาคในระหว่างกระบวนการขึ้นรูปมีความซับซ้อน: จำเป็นต้องพัฒนาเทคโนโลยีการขึ้นรูปและการแปรรูปที่เหมาะสม เพื่อตอบสนองความต้องการในการควบคุมรูปร่างและคุณสมบัติที่แม่นยำของชิ้นส่วนผนังบางที่ซับซ้อน

เทคโนโลยีการเตรียมวัสดุคอมโพสิตอลูมิเนียมเมทริกซ์

การเตรียมวัสดุคอมโพสิตอลูมิเนียมเมทริกซ์ที่เสริมแรงแบบไม่ต่อเนื่องเกี่ยวข้องกับกระบวนการที่ซับซ้อนหลายอย่าง การพัฒนาเทคโนโลยีการเตรียมที่เหมาะสมเป็นกุญแจสำคัญในการได้รับวัสดุคอมโพสิตที่มีประสิทธิภาพสูง

II. เทคโนโลยีการเตรียมวัสดุคอมโพสิตอลูมิเนียมเมทริกซ์ - วิธีของแข็ง (โลหะผง)

วิธีของแข็งหมายถึงกระบวนการเตรียมวัสดุคอมโพสิตเมทริกซ์โลหะโดยใช้เมทริกซ์ในสถานะของแข็ง

ข้อดี: อุณหภูมิในการเตรียมที่ต่ำกว่า การควบคุมปฏิกิริยาที่ผิวหน้าได้ง่าย โครงสร้างจุลภาคที่ละเอียด และประสิทธิภาพของวัสดุคอมโพสิตที่สูง

มีการวิเคราะห์กรณีที่เกี่ยวข้อง รวมถึงวัสดุคอมโพสิตอลูมิเนียมเมทริกซ์ที่เสริมแรงด้วยอนุภาคเซรามิกที่จัดวางอย่างสม่ำเสมอโดยใช้กระบวนการบดลูกบอลแบบดั้งเดิม วัสดุคอมโพสิต CNT/Al ที่มีการจัดวางแบบอิฐและปูนโดยใช้เทคโนโลยีโลหะผงแผ่น วัสดุคอมโพสิตอลูมิเนียมเมทริกซ์หลายโหมดโดยใช้การบดลูกบอลหลายขั้นตอน และวัสดุคอมโพสิตอลูมิเนียมเมทริกซ์ที่เสริมแรงด้วยวัสดุที่เปลี่ยนสถานะ

II. เทคโนโลยีการเตรียมวัสดุคอมโพสิตอลูมิเนียมเมทริกซ์ - วิธีของแข็ง (การอัดร้อนแบบเท่ากันทุกทิศทาง)

กระบวนการอัดร้อนแบบเท่ากันทุกทิศทางเกี่ยวข้องกับการวางผลิตภัณฑ์ในภาชนะที่ปิดสนิท การใช้แรงกดแบบเท่ากันทุกทิศทางกับผลิตภัณฑ์ในขณะเดียวกันก็ใช้ความร้อนสูง ภายใต้ผลรวมของอุณหภูมิและแรงกดที่สูง ผลิตภัณฑ์จะผ่านการเผาและการอัดแน่น

เครื่องอัดร้อนแบบเท่ากันทุกทิศทางส่วนใหญ่ที่ใช้ในการผลิตมีอุณหภูมิในการทำงานสูงสุดประมาณ 1400°C โดยมีแรงกดสูงสุดตั้งแต่ 100 ถึง 200 MPa ปริมาณรวมของเครื่องอัดร้อนแบบเท่ากันทุกทิศทางที่ทันสมัยที่ใหญ่ที่สุดคือประมาณ 400,000 kN (40,000 ตัน-แรง)

ตัวอย่าง: ในระหว่างการเตรียมวัสดุคอมโพสิต SiCp/Al ที่มีปริมาณส่วนประกอบสูงด้วยวิธีการรีดร้อนแบบไอโซสแตติก (hot isostatic pressing) อลูมิเนียมอัลลอยด์ซึ่งเป็นเมทริกซ์จะอยู่ในสถานะของสองเฟส คือ เหลวและของแข็ง ซึ่งช่วยให้การอัดแน่นของวัสดุคอมโพสิตเป็นไปได้ง่ายขึ้นภายใต้สภาวะอุณหภูมิและแรงกดที่สูง

II. เทคโนโลยีการเตรียมวัสดุคอมโพสิตอลูมิเนียมเมทริกซ์ - วิธีของเฟสเหลว (การหล่อแบบอัด)

การเตรียมวัสดุรูปพรรณ: การเตรียมวัสดุรูปพรรณที่มีรูพรุนสม่ำเสมอผ่านการตกตะกอนทางกายภาพ การเตรียมวัสดุรูปพรรณที่มีรูปแบบจำลองชีวภาพโดยใช้วิธีการต่างๆ เช่น การหล่อแบบแช่แข็งและการพิมพ์ 3 มิติ

การเตรียมวัสดุคอมโพสิต: การแทรกซึมอลูมิเนียมหลอมเหลวเข้าไปในรูพรุนของวัสดุรูปพรรณผ่านการอัดด้วยแรงกล เพื่อให้ได้วัสดุคอมโพสิตที่มีประสิทธิภาพสูง

มีการกล่าวถึงกรณีที่เกี่ยวข้อง ซึ่งรวมถึงวัสดุคอมโพสิตอลูมิเนียมเมทริกซ์ที่เสริมแรงด้วยอนุภาคที่มีรูปแบบสม่ำเสมอ วัสดุคอมโพสิตอลูมิเนียมเมทริกซ์ที่เสริมแรงด้วยเส้นใยที่มีรูปแบบสม่ำเสมอ และวัสดุคอมโพสิตอลูมิเนียมเมทริกซ์ที่มีรูปแบบจำลองชีวภาพ

II. เทคโนโลยีการเตรียมวัสดุคอมโพสิตอลูมิเนียมเมทริกซ์ - วิธีของเฟสเหลว (การแทรกซึมด้วยแรงดันสูญญากาศ)

การแทรกซึมด้วยแรงดันสูญญากาศนั้นคล้ายคลึงกับการหล่อแบบอัด โดยส่วนใหญ่จะเกี่ยวข้องกับการเตรียมวัสดุรูปพรรณที่มีรูพรุนจากเซรามิกก่อน จากนั้นจึงใช้สภาพแวดล้อมสูญญากาศร่วมกับสภาวะการอัดด้วยแรงดันก๊าซ เพื่อให้อลูมิเนียมอัลลอยด์หลอมเหลวสามารถเติมเต็มรูพรุนเล็กๆ ของวัสดุรูปพรรณและแข็งตัว จากนั้นจึงเตรียมวัสดุคอมโพสิตอลูมิเนียมเมทริกซ์

มีการแนะนำกรณีที่เกี่ยวข้องของวัสดุคอมโพสิตอลูมิเนียมเมทริกซ์ที่เสริมแรงด้วยอนุภาคที่มีปริมาณส่วนประกอบสูงและมีอัตราการขยายตัวต่ำ และวัสดุคอมโพสิตอลูมิเนียมเมทริกซ์ที่มีรูปแบบจำลองชีวภาพ

II. เทคโนโลยีการเตรียมวัสดุคอมโพสิตอลูมิเนียมเมทริกซ์ - วิธีของเฟสเหลว (การหล่อแบบคน)

หลักการพื้นฐาน: การเพิ่มอนุภาคโดยตรงลงในเมทริกซ์โลหะที่อยู่ในสถานะของเหลวกึ่งแข็ง เพื่อเพิ่มแรงเฉือนระหว่างการคน ทำให้อนุภาคกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอในเมทริกซ์โลหะหลอมเหลว จากนั้นจึงให้ความร้อนอย่างรวดเร็วจนถึงสถานะของเหลว เพื่อปรับปรุงความสามารถในการหล่อ และในที่สุดก็หล่อเป็นแท่งโลหะ ชิ้นงานหล่อ ฯลฯ

เทคโนโลยีหลัก: การปรับปรุงความชื้นชื้นระหว่างเมทริกซ์หลอมเหลวและเฟสเสริมแรง การกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอของเฟสเสริมแรง และการควบคุมการเกิดออกซิเดชันและการดูดซับแก๊สในเมทริกซ์โลหะหลอมเหลว

ข้อได้เปรียบทางเทคโนโลยี: เหมาะสำหรับการผลิตในระดับอุตสาหกรรม มีกระบวนการที่ง่าย และต้นทุนการผลิตต่ำ

ความสามารถในการเตรียม: ขนาดการผลิตของการหล่อแบบกวนโดยทั่วไปจะอยู่ในช่วงตั้งแต่ไม่กี่กิโลกรัมในห้องปฏิบัติการ ไปจนถึงหลายสิบตันในการผลิตอุตสาหกรรม

มีการอธิบายรายละเอียดเกี่ยวกับกรณีต่าง ๆ เช่น เทคโนโลยีการเตรียมการหล่อแบบกวนสำหรับวัสดุคอมโพสิตอลูมิเนียมเสริมแรงด้วยอนุภาค SiC วัสดุคอมโพสิตอลูมิเนียมเสริมแรงด้วยอนุภาคกราไฟต์ และวัสดุคอมโพสิตอลูมิเนียมเสริมแรงด้วยอนุภาค TiB₂ ที่เกิดขึ้นในสถานที่

วิธีการใช้เกลือฟลูออไรด์ส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาของเกลือสองชนิด ซึ่งจะสร้างผลพลอยได้เป็นเกลือฟลูออไรด์ วิธีการใช้โลหะผสมหลักไม่สร้างผลพลอยได้ แต่มีข้อกำหนดสูงต่อวัตถุดิบ ขนาดของแท่งหล่อคอมโพสิตอนุภาค TiB₂ ที่เกิดขึ้นในสถานที่ในปัจจุบันสามารถสูงสุดได้ถึง 11 ตัน ซึ่งจะจัดหาแท่งหล่อสำหรับการแปรรูปพลาสติกในขั้นต่อไปเพื่อเตรียมชิ้นส่วนขนาดใหญ่

อนุภาค TiB₂ แสดงการกระจายตัวในรูปแบบเครือข่าย ขนาดของอนุภาคสามารถควบคุมได้ในช่วงระหว่างนาโนเมตรถึงระดับย่อยกว่าไมครอน มีรูปร่างอนุภาคที่สม่ำเสมอและไม่มีการรวมตัวกันอย่างมาก อนุภาค TiB₂ ที่เกิดขึ้นในสถานที่มีพันธะเชื่อมต่อระหว่างอินเทอร์เฟซที่ดีกับเมทริกซ์อลูมิเนียม และอยู่ในความสัมพันธ์ที่สอดคล้องกัน ทำให้เป็นอนุภาคเซรามิกเสริมแรงที่เหมาะสม

อนุภาค TiB₂ เป็นตัวทำให้เกิดเม็ดละเอียดที่ยอดเยี่ยม ในโลหะหลอมเหลว อนุภาค TiB₂ ทำหน้าที่เป็นแกนสำหรับการเกิดนิวเคลียสแบบไม่เหมือนกัน ซึ่งจะจัดหาจุดเกิดนิวเคลียสเพิ่มเติมในระหว่างการตกผลึกของโลหะ ส่งผลให้เกิดเม็ดที่ละเอียดและสม่ำเสมอมากขึ้น ในที่สุดก็จะมีการพันกันของการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่ไม่สม่ำเสมอจำนวนมากอยู่ใกล้กับอนุภาค TiB₂ ในฐานะอนุภาคเฟสที่สอง ซึ่งจะขัดขวางการเคลื่อนที่ของการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่ไม่สม่ำเสมอได้อย่างมีประสิทธิภาพในระหว่างการเสียรูป ทำให้เพิ่มความแข็งแรงของวัสดุ

เมื่อเปรียบเทียบกับโลหะผสมเมทริกซ์ ความแข็งแรงสูงสุดของความเหนื่อยล้าแบบ HCF ของวัสดุคอมโพสิตอลูมิเนียมเสริมแรงด้วยอนุภาค TiB₂ เพิ่มขึ้น 22% ถึง 44% สูงสุดถึง 730MPa อนุภาค TiB₂ ที่ละเอียดสามารถยับยั้งการเกิดรอยแตกจากความเหนื่อยล้าได้ หลีกเลี่ยงแนวโน้มในการเกิดรอยแตกจากความเหนื่อยล้าก่อนเวลาอันควรเนื่องจากการหลุดลอกของอินเทอร์เฟซอนุภาคและการแตกหักของอนุภาค

เทคโนโลยีการเตรียมวัสดุคอมโพสิตอลูมิเนียม - วิธีการผลิตแบบเพิ่มวัสดุ

โดยอาศัยเทคโนโลยีการผลิตแบบเพิ่มวัสดุ ทำให้สามารถขึ้นรูปชิ้นส่วนโลหะโครงสร้างที่ซับซ้อนในรูปแบบที่สมบูรณ์แบบด้วยวัสดุและโครงสร้างที่บูรณาการกัน ซึ่งเป็นแนวทางทางเทคโนโลยีใหม่สำหรับการออกแบบและการผลิตชิ้นส่วนที่มีประสิทธิภาพสูงในอวกาศ ส่วนใหญ่จะแบ่งออกเป็นการผลิตแบบเพิ่มวัสดุด้วยเลเซอร์ การผลิตแบบเพิ่มวัสดุด้วยอาร์ค และการผลิตแบบกวนด้วยแรงเสียดทาน เป็นต้น

เทคโนโลยีการเตรียมวัสดุคอมโพสิตอลูมิเนียมเมทริกซ์ - วิธีการผลิตแบบเพิ่มวัสดุ (การผลิตแบบเพิ่มวัสดุด้วยเลเซอร์)

ภายใต้การกระทำของลำแสงเลเซอร์ ผงโลหะจะละลายและแข็งตัวอย่างรวดเร็วเพื่อสร้างชั้นวัสดุใหม่ กระบวนการนี้ดำเนินการชั้นต่อชั้น จนกระทั่งสร้างวัตถุสามมิติที่สมบูรณ์ขึ้นมา จากอนุภาคเสริมแรงที่ระบุไว้และเมทริกซ์อลูมิเนียมที่ได้เพิ่มไปแล้ว สามารถทำให้เกิดการละเอียดของเม็ดโลหะได้ ความไม่เข้ากันระหว่างอะตอมที่ต่ำกว่าระหว่างเมทริกซ์ α-Al และ TiB₂ นำไปสู่การลดลงของอุณหภูมิการเกิดเม็ดโลหะวิกฤต ΔT ซึ่งสามารถซ่อมแซมการเกิดรอยแตกในโลหะผสมที่มีแนวโน้มที่จะแตกระหว่างกระบวนการ L-PBF ได้

การเพิ่มอนุภาคแข็งในเฟสที่สองสามารถละเอียดโครงสร้างจุลภาคได้อย่างมีนัยสำคัญ ส่งผลให้มีความแข็งแรงในการยืดตัวสูงขึ้นเนื่องจากการเสริมแรงที่ขอบเม็ดโลหะ ดังที่ได้รับการพิสูจน์แล้วในโลหะผสม AlSi10Mg ที่เสริมแรงด้วย TiB₂ และโลหะผสม Al2024 ที่เสริมแรงด้วย TiC/TiH₂ นอกจากการเสริมแรงที่ขอบเม็ดโลหะแล้ว ความแข็งแรงในการยืดตัวของโลหะผสม TiB₂/AlSi10Mg ที่ผลิตด้วย L-PBF จะเพิ่มขึ้นเป็นประมาณ 362-407 MPa เนื่องจากความต้านทานที่เพิ่มขึ้นต่อการเคลื่อนที่ของการเคลื่อนที่ของการเสียรูปที่เกิดจากอนุภาคแข็ง

II. เทคโนโลยีการผลิตวัสดุคอมโพสิตอลูมิเนียมเมทริกซ์ - การผลิตแบบเพิ่มวัสดุ (การผสมด้วยแรงเสียดทาน)

การผลิตแบบเพิ่มวัสดุด้วยการผสมด้วยแรงเสียดทาน (FSAM) เกี่ยวข้องกับการเสียรูปของวัสดุโลหะในท้องถิ่นโดยใช้เครื่องมือผสมที่หมุนด้วยความเร็วสูง ตามด้วยการสะสมชั้นต่อชั้นภายใต้แรงกด เพื่อให้บรรลุการผลิตโครงสร้างโลหะที่มีความหนาแน่นสูง ข้อดีของ FSAM ได้แก่ การประมวลผลที่อุณหภูมิต่ำ การประหยัดพลังงานและการคุ้มครองสิ่งแวดล้อม ความสามารถในการใช้กับวัสดุที่ยากต่อการเชื่อม และความเครียดตกค้างที่ต่ำ ส่วนใหญ่ใช้สำหรับการผสมวัสดุที่แตกต่างกันและการซ่อมแซมชิ้นส่วนที่มีมูลค่าสูง เหมาะสำหรับการขึ้นรูปวัสดุในขนาดใหญ่อย่างมีประสิทธิภาพ เช่น โลหะผสมอลูมิเนียมและโลหะผสมแมกนีเซียม

อินเตอร์เฟส NiTip/Al ที่เตรียมโดยการผลิตแบบเพิ่มวัสดุด้วยการผสมด้วยแรงเสียดทานแสดงให้เห็นถึงการยึดเกาะที่ดีโดยไม่มีการเกิดผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาที่เป็นอันตราย การเพิ่ม NiTip จะสร้างโครงสร้างจุลภาคที่มีเม็ดโลหะละเอียดและกระจายตัวได้ดี เร่งการฟื้นตัวแบบไดนามิกโดยการเพิ่มการเสียรูปของเมทริกซ์และส่งเสริมการเกิดเม็ดโลหะใหม่แบบไดนามิกผ่านการเกิดเม็ดโลหะที่กระตุ้นด้วยอนุภาคโครงสร้างไมโครที่ละเอียดและเป็นเอกลักษณ์ อนุภาค NiTip ที่กระจายตัวอย่างสม่ำเสมอ และอินเตอร์เฟส NiTip/Al ที่เชื่อมต่อกันอย่างดี ช่วยเพิ่มความแข็งแรงอย่างมีนัยสำคัญโดยไม่ส่งผลกระทบต่อความเหนียวในทางลบ

II. เทคโนโลยีการผลิตวัสดุคอมโพสิตเมทริกซ์อลูมิเนียม - การผลิตแบบเพิ่มวัสดุ (การผลิตแบบเพิ่มวัสดุด้วยสายไฟฟ้า)

การผลิตแบบเพิ่มวัสดุด้วยสายไฟฟ้าเป็นเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติแบบฝากพลังงานที่มีทิศทาง (DED) ซึ่งใช้หลักการเชื่อมด้วยสายไฟฟ้าเป็นพื้นฐาน สร้างชิ้นส่วนโดยการฝากวัสดุโลหะชั้นละชั้น

ขนาดเม็ดของโลหะผสม TiN/Al-Zn-Mg-Cu ลดลงจาก 459.3 ไมครอน เป็น 104.6 ไมครอน ซึ่งเป็นผลมาจากการก่อตัวของอนุภาค Al₃Ti ที่ทำหน้าที่เป็นตัวเร่งการเกิดเม็ด ทำให้ความแข็งแรงในการดึงเพิ่มขึ้นทั้งในแนวราบและแนวตั้ง ในแนวราบ ความแข็งแรงในการดึงเพิ่มขึ้นจาก 207 เมกะปาสคาล เป็น 284 เมกะปาสคาล

การขึ้นรูปและการแปรรูปวัสดุคอมโพสิตเมทริกซ์อลูมิเนียม

III. การขึ้นรูปและการแปรรูปวัสดุคอมโพสิตเมทริกซ์อลูมิเนียม - การรีดร้อน

การรีดร้อนช่วยให้สามารถผลิตโปรไฟล์ข้ามตัดที่ซับซ้อนได้ โดยมีแรงกดและแรงเฉือนเท่านั้นที่ใช้ในระหว่างกระบวนการขึ้นรูป ส่งผลให้ชิ้นส่วนที่ผลิตได้มีพื้นผิวเรียบดี การจำลองด้วยคอมพิวเตอร์สามารถช่วยวิศวกรกระบวนการในการเข้าใจรูปแบบการไหลของโลหะระหว่างการรีดโปรไฟล์ ทำนายข้อบกพร่องล่วงหน้า ปรับปรุงการออกแบบแม่พิมพ์ และปรับปรุงคุณภาพโปรไฟล์

III. การขึ้นรูปและการแปรรูปวัสดุคอมโพสิตเมทริกซ์อลูมิเนียม - การตีขึ้นรูป

จากการจำลองพฤติกรรมการไหลของวัสดุ สามารถทำนายข้อบกพร่องการเสียรูปที่อาจเกิดขึ้นได้ ซึ่งเป็นพื้นฐานทางทฤษฎีในการกำหนดมาตรการกระบวนการเพื่อป้องกันการเกิดรอยแตก ด้วยการสร้างแผนที่การทำงานร้อนตามแบบจำลองวัสดุแบบไดนามิก สามารถทำนายเงื่อนไขการแปรรูปที่เหมาะสมที่สุดสำหรับวัสดุได้อย่างแม่นยำ

ได้สร้างแบบจำลองเชื่อมโยงความร้อนและกลศาสตร์หลายระดับสำหรับวัสดุคอมโพสิตเพื่อจำลองกระบวนการเสียรูปและโครงสร้างไมโคร ส่งผลให้สามารถพัฒนาชิ้นงานตีขึ้นรูป SiC/Al ที่มีเส้นผ่าศูนย์กลางตั้งแต่ 1,760 ถึง 2,500 มิลลิเมตรได้ในครั้งเดียว

ได้ดำเนินการจำลองเชิงตัวเลขของกระบวนการตีขึ้นรูปแบบอุณหภูมิคงที่สำหรับใบพัด/ตัวเรือน โดยใช้ซอฟต์แวร์องค์ประกอบจำกัด เพื่อรับข้อมูลการกระจายความเครียดและโหลด จากนั้นจึงกำหนดพารามิเตอร์กระบวนการตีขึ้นรูปที่เหมาะสม ส่งผลให้ได้ชิ้นงานตีขึ้นรูปที่มีโครงสร้างไมโครและคุณสมบัติที่เหมาะสม

โดยการผสมผสานการจำลององค์ประกอบจำกัดกับการทดลองอัดร้อน ได้ศึกษาถึงอิทธิพลของพารามิเตอร์กระบวนการเสียรูปต่อสนามความเสียหาย สนามความเครียด-ความเค้น และสนามอุณหภูมิระหว่างกระบวนการตีขึ้นรูปของวัสดุคอมโพสิต SiCp/Al

ปัญหาการแตกร้าวในชิ้นงานตีขึ้นรูปคอมโพสิตที่มีความแตกต่างกันและยากต่อการเสียรูปได้รับการแก้ไขโดยการผสมผสานกระบวนการตีขึ้นรูปแบบอัพเซ็ตกับกระบวนการตีขึ้นรูปแบบสองทิศทางและการใช้แคน ชิ้นงานตีขึ้นรูปวงแหวนขนาดใหญ่จากวัสดุคอมโพสิตอลูมิเนียมเมทริกซ์ได้รับการผลิตทดลองอย่างประสบความสำเร็จโดยใช้การตีขึ้นรูปแบบอิโซเทอร์มอลเพรซิชันไดซ์ ซึ่งมีคุณภาพการขึ้นรูปที่ยอดเยี่ยมและมีรูปร่างและขนาดที่ละเอียดขึ้นอย่างชัดเจน

การขึ้นรูปและการแปรรูปวัสดุคอมโพสิตอลูมิเนียมเมทริกซ์ - การรีด

โดยการจำลองการกระจายความเครียดเหลือระหว่างกระบวนการรีด สามารถปรับปรุงพารามิเตอร์กระบวนการรีดเพื่อลดการเกิดความเครียดเหลือ ซึ่งจะช่วยปรับปรุงคุณภาพและความแม่นยำของผลิตภัณฑ์รีด ในระหว่างกระบวนการรีด มีกลไกการแตกหักของเฟสขนาดเล็กและการเปลี่ยนแปลงเฟส รวมถึงกลไกการละเอียดที่เฟสขนาดใหญ่จะแตกหักเป็นชิ้นเล็ก ๆ

หลังจากการรีด วัสดุจะเกิดโครงสร้างไมโครที่เป็นเส้นใย โดยมีเม็ดโลหะเรียงตัวไปตามทิศทางการรีด ส่งผลให้เกิดโครงสร้างเม็ดโลหะที่ยืดตัว การรีดสามารถแบ่งออกเป็นการรีดเย็นและการรีดร้อน การรีดเย็นจะเพิ่มความแข็งแรงและความแข็งอย่างมากเนื่องจากผลของการแข็งตัวจากการทำงาน แต่จะลดความเหนียว การรีดร้อนจะทำให้เกิดโครงสร้างไมโครที่สม่ำเสมอมากขึ้นโดยมีความเครียดภายในที่ต่ำกว่า แต่มีความแข็งแรงที่ต่ำกว่า

โดยการปรับปรุงพารามิเตอร์การรีดและเส้นทางกระบวนการ สามารถเตรียมโปรไฟล์ที่เหมาะสมสำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรมยานยนต์หรือการบินและอวกาศได้

III. การขึ้นรูปและการแปรรูปวัสดุคอมโพสิตอลูมิเนียมเมทริกซ์ - การเชื่อม

บนพื้นผิวอลูมิเนียมอัลลอยด์ A356 สามารถผลิตวัสดุคอมโพสิตโครงสร้างเกรเดียนได้โดยใช้ชั้นเชื่อมจากวัสดุคอมโพสิต SiCp/Al ที่มีส่วนผสมที่แตกต่างกัน พื้นที่เชื่อมไม่มีข้อบกพร่อง เป็นแบบต่อเนื่อง และปราศจากรอยแตกและรูพรุน โดยมีการยึดเกาะที่ดีที่อินเตอร์เฟซโครงสร้างเกรเดียน

III. การขึ้นรูปและการแปรรูปวัสดุคอมโพสิตอลูมิเนียมเมทริกซ์ - การกลึง

วัสดุคอมโพสิตอลูมิเนียมเมทริกซ์เสริมด้วยอนุภาค: พารามิเตอร์หลักที่มีผลต่อกระบวนการบดรวมถึงความเร็วของหินบด (vs), ความเร็วของโต๊ะ (vw), ความลึกในการบด (ap) และความหนาสูงสุดของเศษชิ้นงานที่ยังไม่เสียรูป (hmax)ในบรรดาวิธีการเหล่านี้ การเจียรด้วยความเร็วของหินเจียรที่สูง (vs) จะทำให้วัสดุคอมโพสิตมีคุณภาพผิวที่ดีขึ้นและมีบริเวณการสะสมที่มีความเหนียวมากขึ้น

การลดความหนาของเศษชิ้นงานที่ยังไม่เสียรูป (hmax) จะช่วยลดจำนวนเม็ดขัดที่มีส่วนร่วมในการเจียร ซึ่งจะช่วยควบคุมขนาดรูพรุนบนพื้นผิววัสดุคอมโพสิตและความหนาของชั้นที่เสียหาย ซึ่งเป็นประโยชน์ในการลดการเกิดรอยแตกและรูพรุนเล็กๆ ภายใต้พื้นผิว

พารามิเตอร์หลักที่มีผลต่อกระบวนการกลึง ได้แก่ ความเร็วของแกนหมุน (n), อัตราการให้อาหาร (f), รัศมีจมูก (r0), ความลึกของการตัด เป็นต้น ความเร็วของแกนหมุนและอัตราการให้อาหารที่ต่ำจะช่วยลดการกระจุกตัวของแรงดันในวัสดุคอมโพสิต ลดการยุบตัว การหลุดออก และการเกิดหลุมบน SiCp ให้เหลือน้อยที่สุด

วัสดุคอมโพสิตอลูมิเนียมเสริมแรงด้วยเส้นใย: เฟสเสริมแรงประกอบด้วยเส้นใยที่มีอัตราส่วนระหว่างความยาวและความกว้างที่สูง ซึ่งแสดงให้เห็นถึงความไม่เท่ากันในทิศทางต่างๆ ทำให้กระบวนการตัดมีความซับซ้อนมากขึ้น

การประยุกต์ใช้วัสดุคอมโพสิตอลูมิเนียม

IV. การประยุกต์ใช้วัสดุคอมโพสิตอลูมิเนียม - ต่างประเทศ

บทความนี้แนะนำการประยุกต์ใช้วัสดุคอมโพสิตอลูมิเนียมในต่างประเทศ และชี้ให้เห็นว่าการพัฒนาของวัสดุคอมโพสิตอลูมิเนียมที่ไม่ต่อเนื่องในต่างประเทศได้รับแรงผลักดันจากความต้องการและนวัตกรรมทางเทคโนโลยี โดยผสานรวมการปรับปรุงกระบวนการเตรียมวัสดุอย่างใกล้ชิดกับความต้องการในหลายๆ ด้าน

อวกาศ: การพัฒนาวัสดุคอมโพสิตอลูมิเนียมที่มีน้ำหนักเบา มีความแข็งแรงสูง และมีโมดูลัสสูง ทำให้สามารถผลิตเครื่องบินและดาวเทียมที่มีน้ำหนักเบา ยืดหยุ่น และมีประสิทธิภาพสูงในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศสมัยใหม่ได้

อาวุธยุทโธปกรณ์: วัสดุคอมโพสิตอลูมิเนียมเสริมแรงที่ไม่ต่อเนื่องมีคุณสมบัติ เช่น น้ำหนักเบา ความแข็งแรงสูง ทนต่ออุณหภูมิสูง และทนต่อแรงกระแทกในด้านอาวุธยุทโธปกรณ์ ซึ่งช่วยเพิ่มความคล่องตัวของอุปกรณ์ ความสามารถในการรอดชีวิตในสนามรบ และอายุการใช้งานได้อย่างมาก

อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ 3C: วัสดุคอมโพสิตอลูมิเนียม โดยเฉพาะอย่างยิ่งวัสดุคอมโพสิตอลูมิเนียมเสริมแรงด้วย SiC เหมาะสำหรับการผลิตซับวัสดุอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ตัวระบายความร้อน และส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์อื่นๆ เนื่องจากมีข้อได้เปรียบในด้านอัตราส่วนการขยายตัวจากความร้อนที่ต่ำ ความหนาแน่นที่ต่ำ และการนำความร้อนที่ดี

คลิกเพื่อดูรายงานพิเศษเกี่ยวกับ AICE 2025 SMM (ครั้งที่ 20) การประชุมอุตสาหกรรมอลูมิเนียมและงานแสดงสินค้าอุตสาหกรรมอลูมิเนียม