Pendahuluan
Dalam dua publikasi terbaru, pengukuran Difusivitas TermalDifusivitas termal (a dengan satuan mm2 /s) adalah properti khusus material untuk mengkarakterisasi konduksi panas yang tidak stabil. Nilai ini menggambarkan seberapa cepat suatu bahan bereaksi terhadap perubahan suhu.difusivitas termal pada busa logam berpori menggunakan LFA (Laser/Light Flash Analysis) dibahas secara komprehensif [1, 2]. Tujuan dari catatan aplikasi ini adalah untuk membahas properti termofisika penting lainnya dari bahan-bahan ini: ekspansi termal yang disediakan oleh DIL (dilatometri).
Bahan yang diselidiki adalah busa sel terbuka berdasarkan paduan aluminium AlSi7Mg(EN AC-42000), yang disediakan oleh Exxentis AG (Wettingen, Swiss). Busa dibuat dengan pengecoran paduan aluminium dengan garam kristal. Ukuran pori yang berbeda dicapai dengan variasi ukuran butiran garam. Busa semacam itu digunakan sebagai cetakan berbusa vakum, sebagai alat thermoforming, untuk pelat vakum di meja vakum dan sistem penjepitan, sebagai peredam suara, sebagai filter dan sebagai penukar panas. Busa logam ultralight juga digunakan dalam aplikasi katalisis, sel bahan bakar, penyimpanan hidrogen, dan insulasi akustik [2].
Eksperimental
Tiga busa sel terbuka dengan ukuran pori nominal berkisar antara 0,2 hingga 0,35 mm ("small pori-pori"), 0,40 hingga 1,00 mm ("medium pori-pori"), dan 0,63 hingga 4,00 mm ("large pori-pori") telah diteliti. Foto-foto sampel ini ditampilkan sebagai sisipan pada gambar 1b). Semua sampel busa memiliki kerapatan nominal ρ = 1,09 g/cm3, atau porositas nominal sekitar 60%. Perilaku ekspansi dari tiga busa logam berpori dibandingkan dengan material AlSi7Mg yang sepenuhnya padat dengan densitas ρ = 2,68 g/cm3. Foto sampel ini ditampilkan sebagai inset pada gambar 1a). KepadatanDensitas massa didefinisikan sebagai rasio antara massa dan volume. Kepadatan busa dihitung sebagai massa dibagi volume. Untuk menentukan densitas sampel yang benar-benar padat, digunakan neraca massa jenis. Semua sampel berbentuk silinder dengan diameter 12,6 mm dan ketebalan 10 mm.
Kondisi Pengukuran
Pengukuran dilakukan dengan pushrod dilatometer DIL 402 Expedis® Select , yang dilengkapi dengan tungku baja yang mampu beroperasi antara -150°C dan 1000°C. Sistem ini kedap vakum, sehingga memungkinkan pengukuran dilakukan di atmosfer inert atau OksidasiOksidasi dapat menggambarkan proses yang berbeda dalam konteks analisis termal.oksidasi murni serta di bawah vakum. Satu set standar utama, termasuk silika leburan, safir, platinum, tungsten, dll., tersedia untuk kalibrasi panjang. Ekspansi yang diharapkan dari spesimen dan kisaran suhu pengukuran menentukan standar mana yang harus digunakan. Pengukuran dilakukan dengan pemegang sampel silika yang menyatu dalam kisaran suhu dari -100 ° C hingga 500 ° C pada laju pemanasan 2 K / menit dalam atmosfer helium. Setiap sampel dipanaskan dua kali; hasil pemanasan kedua digunakan untuk menghitung kurva densitas berdasarkan densitas pada suhu kamar dan ekspansi termal yang diukur dengan asumsi perilaku ekspansi isotropik dan tidak ada kehilangan massa selama pemanasan. Untuk mengoreksi pemuaian tempat sampel dan pushrod, pengukuran koreksi dengan referensi Al2O3 dilakukan sebelum pengukuran sampel.
Hasil Pengukuran
Gambar 1a) menyajikan data untuk tiga sampel busa dengan ukuran pori yang berbeda dan 1b) data densitas sampel yang sepenuhnya padat. Karena ekspansi termal, densitas semua sampel menurun dengan meningkatnya suhu, menunjukkan tren yang konsisten. Untuk sampel yang sepenuhnya padat dan juga untuk busa, densitasnya menurun sebesar 4,3% pada kisaran suhu antara -100°C dan 500°C. Memasukkan porositas ke dalam sampel AlSi7Mgyang sepenuhnya padat tampaknya tidak secara signifikan mempengaruhi perubahan KepadatanDensitas massa didefinisikan sebagai rasio antara massa dan volume. kepadatan dengan suhu. Ukuran pori yang berbeda dalam busa AlSi7Mgtampaknya juga tidak memiliki efek signifikan pada perilaku KepadatanDensitas massa didefinisikan sebagai rasio antara massa dan volume. kepadatan.
Dilaporkan dalam literatur bahwa untuk busa logam, perilaku Koefisien Ekspansi Termal Linier (CLTE/CTE)Koefisien ekspansi termal linier (CLTE) menggambarkan perubahan panjang suatu bahan sebagai fungsi suhu. CTE (koefisien muai panas) tetap serupa dengan material yang sepenuhnya padat [3], sedangkan Difusivitas TermalDifusivitas termal (a dengan satuan mm2 /s) adalah properti khusus material untuk mengkarakterisasi konduksi panas yang tidak stabil. Nilai ini menggambarkan seberapa cepat suatu bahan bereaksi terhadap perubahan suhu.difusivitas termal akan berkurang [2]. Jelas, hal ini juga berlaku untuk material yang diteliti di sini, seperti yang dapat dilihat dari data Koefisien Ekspansi Termal Linier (CLTE/CTE)Koefisien ekspansi termal linier (CLTE) menggambarkan perubahan panjang suatu bahan sebagai fungsi suhu. CTE yang disajikan pada gambar 2.
Perbandingan kurva Koefisien Ekspansi Termal Linier (CLTE/CTE)Koefisien ekspansi termal linier (CLTE) menggambarkan perubahan panjang suatu bahan sebagai fungsi suhu. CTE pada gambar 2 menunjukkan bahwa kurva sampel yang sangat padat dan sampel dengan pori-pori large, yang menarik, hampir sebangun. Kedua sampel ini memiliki luas permukaan keseluruhan yang lebih rendah (internal plus eksternal) daripada sampel dengan pori-pori medium dan small dan dengan demikian dapat menunjukkan inersia yang lebih jelas terhadap perubahan suhu. Karena, dalam dilatometri, pengukuran biasanya dilakukan secara dinamis pada tingkat pemanasan tertentu, sampel ini diharapkan untuk menyeimbangkan lebih lambat daripada sampel dengan pori-pori medium dan small dan karena itu dapat dengan mudah tertinggal dalam perilaku respons mereka. Ini adalah penjelasan yang mungkin untuk sedikit perbedaan dalam kurva pengukuran pada gambar 2, yang oleh karena itu dapat disebabkan oleh campuran efek spesifik sampel dan metrologi.
Paduan AlSiMg diketahui menunjukkan efek presipitasi/posthardening, yang juga dapat memainkan peran penting. Data Kapasitas Panas Spesifik (cp)Kapasitas panas adalah kuantitas fisik spesifik material, ditentukan oleh jumlah panas yang disuplai ke spesimen, dibagi dengan kenaikan suhu yang dihasilkan. Kapasitas panas spesifik terkait dengan satuan massa spesimen. kapasitas panas spesifik untuk sampel yang dihasilkan oleh DSC (differential scanning calorimetry) menunjukkan sedikit efek EksotermikTransisi sampel atau reaksi dikatakan eksotermik jika dihasilkan panas.eksotermik pada kisaran suhu antara 250 ° C dan 400 ° C [2]. Difusivitas TermalDifusivitas termal (a dengan satuan mm2 /s) adalah properti khusus material untuk mengkarakterisasi konduksi panas yang tidak stabil. Nilai ini menggambarkan seberapa cepat suatu bahan bereaksi terhadap perubahan suhu. Difusivitas termal, yang diselidiki oleh LFA, menunjukkan penyimpangan dari tren monoton dalam kisaran suhu ini juga [2]. Pada rentang suhu ini, kurva Koefisien Ekspansi Termal Linier (CLTE/CTE)Koefisien ekspansi termal linier (CLTE) menggambarkan perubahan panjang suatu bahan sebagai fungsi suhu. CTE juga menunjukkan ekstrema, yang mungkin juga terkait dengan pengerasan presipitasi. Perbedaan intensitas efek ini dapat menghasilkan perbedaan dalam kurva yang ditunjukkan pada gambar 2.
Kesimpulan
Pengukuran dilatometer pada bahan AlSi7Mgyang sepenuhnya padat dan tiga busa AlSi7Mgdengan ukuran pori yang berbeda menunjukkan perilaku Koefisien Ekspansi Termal Linier (CLTE/CTE)Koefisien ekspansi termal linier (CLTE) menggambarkan perubahan panjang suatu bahan sebagai fungsi suhu. CTE yang sama untuk semua sampel yang diselidiki, terlepas dari ukuran pori. Tren mengenai perubahan densitas hampir sama untuk semua sampel. Difusivitas TermalDifusivitas termal (a dengan satuan mm2 /s) adalah properti khusus material untuk mengkarakterisasi konduksi panas yang tidak stabil. Nilai ini menggambarkan seberapa cepat suatu bahan bereaksi terhadap perubahan suhu. Difusivitas termal sampel, sebagai properti termofisika lain yang sangat penting, tidak menunjukkan invariansi terhadap ukuran pori sampel: Ditemukan menurun dengan bertambahnya ukuran pori.