Giriş
Çok yakın tarihli iki yayında, LFA (Lazer / Işık Flaş Analizi) kullanılarak gözenekli metal köpükler üzerindeki Termal DifüziviteTermal difüzivite (mm2/s birimiyle a), kararsız ısı iletimini karakterize etmek için malzemeye özgü bir özelliktir. Bu değer, bir malzemenin sıcaklıktaki bir değişikliğe ne kadar hızlı tepki verdiğini açıklar.termal difüzivite ölçümleri kapsamlı bir şekilde tartışılmıştır [1, 2]. Bu uygulama notunun amacı, bu malzemelerin bir başka önemli termofiziksel özelliğini tartışmaktır: DIL (dilatometri) ile sağlanan termal genleşme.
İncelenen malzemeler, Exxentis AG (Wettingen, İsviçre) tarafından sağlanan AlSi7Mg(EN AC-42000) alüminyum alaşımına dayalı açık hücreli köpüklerdir. Köpükler, kristal tuzlu alüminyum alaşım dökümü ile oluşturulmuştur. Tuzun tane boyutunun değiştirilmesiyle farklı gözenek boyutları elde edilir. Bu tür köpükler vakum köpük kalıpları, ısıl şekillendirme araçları, vakum masalarında ve sıkıştırma sistemlerinde vakum plakaları, susturucular, filtreler ve ısı eşanjörleri olarak kullanılır. Ultra hafif metal köpükler ayrıca kataliz, yakıt hücreleri, hidrojen depolama ve akustik yalıtım uygulamalarında da kullanılmaktadır [2].
Deneysel
Nominal gözenek boyutları 0.2 ila 0.35 mm ("small gözenekleri"), 0.40 ila 1.00 mm ("medium gözenekleri") ve 0.63 ila 4.00 mm ("large gözenekleri") arasında değişen üç açık hücreli köpük incelenmiştir. Bu numunelerin fotoğrafları şekil 1b'de ek olarak gösterilmiştir). Tüm köpük numunelerinin nominal yoğunluğu ρ = 1.09 g/cm3 veya nominal gözenekliliği yaklaşık %60'tır. Üç gözenekli metal köpüğün genleşme davranışı, ρ = 2,68 g/cm3 yoğunluğa sahip tamamen yoğun AlSi7Mg malzeme ile karşılaştırılmıştır. Bu numunenin bir fotoğrafı şekil 1a'da ek olarak gösterilmiştir). Köpüklerin yoğunluğu kütlenin hacme bölünmesiyle hesaplanmıştır. Tam yoğun numunenin yoğunluğunu belirlemek için bir YoğunlukKütle yoğunluğu, kütle ve hacim arasındaki oran olarak tanımlanır. yoğunluk terazisi kullanılmıştır. Tüm numuneler 12,6 mm çapında ve 10 mm kalınlığında silindirik olarak şekillendirilmiştir.
Ölçüm Koşulları
Ölçümler -150°C ile 1000°C arasında çalışabilen çelik bir fırınla donatılmış bir DIL 402 Expedis Select pushrod dilatometre ile gerçekleştirilmiştir. Sistem vakum geçirmezdir ve ölçümlerin vakum altında olduğu kadar saf inert veya oksitleyici atmosferlerde de yapılmasına olanak tanır.libraUzunluk ölçümü için erimiş silika, safir, platin, tungsten vb. içeren bir dizi birincil standart mevcuttur. Numunenin beklenen genleşmesi ve ölçümün sıcaklık aralığı hangi standardın kullanılması gerektiğini belirler. Ölçümler, helyum atmosferinde 2 K/dak ısıtma hızında -100°C ila 500°C sıcaklık aralığında erimiş silika numune tutucu ile gerçekleştirilmiştir. Her numune iki kez ısıtılmıştır; ikinci ısıtmanın sonuçları, oda sıcaklığındaki yoğunluğa ve izotropik genleşme davranışı ve ısıtma sırasında kütle kaybı olmadığı varsayılarak ölçülen termal genleşmeye dayalı YoğunlukKütle yoğunluğu, kütle ve hacim arasındaki oran olarak tanımlanır. yoğunluk eğrisini hesaplamak için kullanılmıştır. Numune tutucu ve itme çubuğunun genleşmesini düzeltmek için numune ölçümlerinden önce Al2O3 referansıyla bir düzeltme ölçümü yapılmıştır.
Ölçüm Sonuçları
Şekil 1a) farklı gözenek boyutlarına sahip üç köpük numunesi için verileri ve 1b) tam yoğun numunenin YoğunlukKütle yoğunluğu, kütle ve hacim arasındaki oran olarak tanımlanır. yoğunluk verilerini sunmaktadır. Termal genleşme nedeniyle, tüm numunelerin yoğunluğu artan sıcaklıkla birlikte azalmakta ve tutarlı bir eğilim göstermektedir. Tamamen yoğun numunenin yanı sıra köpükler için de YoğunlukKütle yoğunluğu, kütle ve hacim arasındaki oran olarak tanımlanır. yoğunluk -100°C ile 500°C arasındaki sıcaklık aralığında %4,3 oranında azalmaktadır. Tamamen yoğun bir AlSi7Mgnumunesine gözeneklilik eklenmesi, sıcaklıkla yoğunluktaki değişimi önemli ölçüde etkilemiyor gibi görünmektedir. AlSi7Mgköpüklerdeki farklı gözenek boyutları da YoğunlukKütle yoğunluğu, kütle ve hacim arasındaki oran olarak tanımlanır. yoğunluk davranışı üzerinde önemli bir etkiye sahip görünmemektedir.
Literatürde metal köpükler için Doğrusal Termal Genleşme Katsayısı (CLTE/CTE)Doğrusal termal genleşme katsayısı (CLTE), sıcaklığın bir fonksiyonu olarak bir malzemenin uzunluk değişimini tanımlar.CTE (termal genleşme katsayısı) davranışının tamamen yoğun malzemeye benzer kaldığı [3], termal difüzivitenin ise azalacağı bildirilmektedir [2]. Şekil 2'de sunulan Doğrusal Termal Genleşme Katsayısı (CLTE/CTE)Doğrusal termal genleşme katsayısı (CLTE), sıcaklığın bir fonksiyonu olarak bir malzemenin uzunluk değişimini tanımlar.CTE verilerinden de görülebileceği gibi, bu durum burada incelenen malzemeler için de geçerlidir.
Şekil 2'deki Doğrusal Termal Genleşme Katsayısı (CLTE/CTE)Doğrusal termal genleşme katsayısı (CLTE), sıcaklığın bir fonksiyonu olarak bir malzemenin uzunluk değişimini tanımlar.CTE eğrilerinin karşılaştırılması, tamamen yoğun numunenin ve large gözenekli numunenin eğrilerinin ilginç bir şekilde neredeyse uyumlu olduğunu ortaya koymaktadır. Bu iki numune, medium ve small gözenekli numunelerden daha düşük toplam yüzey alanlarına (iç artı dış) sahiptir ve bu nedenle sıcaklık değişikliklerine karşı daha belirgin atalet sergileyebilir.libraDilatometride ölçümler genellikle belirli bir ısıtma hızında dinamik olarak yapıldığından, bu numunelerin medium ve small gözenekli numunelerden daha yavaş olması ve bu nedenle tepki davranışlarında kolayca geride kalması beklenir. Bu, şekil 2'deki ölçüm eğrilerindeki küçük farklılıklar için olası bir açıklamadır ve bu nedenle numuneye özgü ve metrolojik etkilerin bir karışımından kaynaklanıyor olabilir.
AlSiMg alaşımlarının çökelme/sonradan sertleşme etkileri gösterdiği bilinmektedir ve bu da önemli bir rol oynayabilir. DSC (diferansiyel taramalı kalorimetri) ile elde edilen numuneler için özgül ısı kapasitesi verileri, 250°C ile 400°C arasındaki sıcaklık aralığında hafif EkzotermikBir örnek geçişi veya bir reaksiyon ısı üretiyorsa ekzotermiktir.ekzotermik etkiler ortaya çıkarmıştır [2]. LFA ile incelenen Termal DifüziviteTermal difüzivite (mm2/s birimiyle a), kararsız ısı iletimini karakterize etmek için malzemeye özgü bir özelliktir. Bu değer, bir malzemenin sıcaklıktaki bir değişikliğe ne kadar hızlı tepki verdiğini açıklar.termal difüzivite de bu sıcaklık aralığında monoton eğilimden bir sapma göstermektedir [2]. Bu sıcaklık aralığında, Doğrusal Termal Genleşme Katsayısı (CLTE/CTE)Doğrusal termal genleşme katsayısı (CLTE), sıcaklığın bir fonksiyonu olarak bir malzemenin uzunluk değişimini tanımlar.CTE eğrileri de muhtemelen çökelme sertleşmesi ile ilgili ekstremumlar göstermektedir. Bu etkilerin yoğunluğundaki farklılık, Şekil 2'de gösterilen eğrilerdeki farklılıkları ortaya çıkarabilir.
Sonuç
Tamamen yoğun bir AlSi7Mgmalzeme ve farklı gözenek boyutlarına sahip üç AlSi7Mgköpük üzerinde yapılan dilatometre ölçümleri, gözenek boyutundan bağımsız olarak incelenen tüm numuneler için Doğrusal Termal Genleşme Katsayısı (CLTE/CTE)Doğrusal termal genleşme katsayısı (CLTE), sıcaklığın bir fonksiyonu olarak bir malzemenin uzunluk değişimini tanımlar.CTE'nin benzer davranışını ortaya koymuştur. Yoğunluktaki değişimle ilgili eğilim tüm numuneler için yaklaşık aynıdır. Bir diğer son derece önemli termofiziksel özellik olan numunelerin termal difüzivitesi, numunelerin gözenek boyutuna karşı böyle bir değişmezlik göstermemektedir: Artan gözenek boyutuyla birlikte azaldığı görülmüştür.