【摘要】：隨著機器人工程技術(shù)的發(fā)展,傳統(tǒng)的液壓驅(qū)動方式以及循環(huán)水冷卻電機模式因其裝置在空間上的占比過大,在某些新型機器人上體現(xiàn)出了不適用性。有學(xué)者提出通過對機器人骨骼結(jié)構(gòu)進(jìn)行貯水改進(jìn),利用水的蒸發(fā)潛熱來完成對驅(qū)動電機進(jìn)行冷卻。特定孔隙度的通孔泡沫鋁材料,可以滿足此方面的需求。本課題從材料設(shè)計的角度出發(fā),利用以Na Cl為造孔劑、6061鋁合金為基體材料的粉末冶金方法研究制備通孔泡沫鋁合金,并對不同孔隙參數(shù)的材料進(jìn)行力學(xué)性能與散熱性能的表征,以及研究熱處理工藝對其力學(xué)性能的提升。在本課題中,研究了混粉時間、冷壓壓力、燒結(jié)溫度、保溫時間以及熱復(fù)壓致密化加壓方式對材料組織和性能的影響,從而得到最佳的制備工藝組合;對不同孔隙率、孔隙直徑的材料力學(xué)性能進(jìn)行表征分析;測量實際連通孔隙率,設(shè)計并搭建模擬的散熱裝置,來表征不同孔隙率材料的散熱性能;設(shè)計正交試驗,分析固溶溫度、固溶時間、時效時間與時效溫度對材料力學(xué)性能的影響,并研究得到最佳的熱處理工藝組合。研究結(jié)果表明:采用3:1的球料比、115r/min的轉(zhuǎn)速、4h的混粉時長,可以在時間成本較低的情況得到組織均勻、性能穩(wěn)定的材料。最佳制備工藝組合為:最大系統(tǒng)壓力25MPa雙向加壓,冷壓保壓10min,采用二級熱復(fù)壓并保壓5分鐘,燒結(jié)溫度選取為630℃保溫30min,在79~526μm尺寸下,50%孔隙率泡沫鋁合金抗拉強度可達(dá)27.98MPa。材料的拉伸強度受孔隙率很大地直接影響,隨著孔隙率增加呈線性衰減。材料的拉伸強度受孔隙形貌的影響略大于孔隙直徑,規(guī)整、少棱角的形貌的造孔劑材料抗拉強度更高;較大尺寸的造孔劑制備的泡沫鋁合金抗拉強度稍好。實際聯(lián)通孔隙率與設(shè)計孔隙率有所出入,隨著設(shè)計孔隙率的增加,實際情況越接近設(shè)計情況。加熱功率一定時,通孔率越高使系統(tǒng)達(dá)到動態(tài)平衡的溫度越低,散熱能力越強。對于低功率散熱要求的系統(tǒng),50%孔隙率覆蓋材料應(yīng)用效果較好,60%孔隙率則兼具力學(xué)性能與散熱性能。對材料進(jìn)行T6熱處理,在固溶溫度520℃下保溫1h后淬火,時效溫度190℃時效2h可得性能較好的材料。
【圖文】：

第 1 章 緒 論引言以往的工程材料中，無論是微觀的還是宏觀的孔洞，因為它們經(jīng)常長和擴展的中心，而被看作是一種結(jié)構(gòu)上的缺陷[1]。但是材料會因的孔洞(孔隙率)增長到一定數(shù)值的時候，而產(chǎn)生一些特殊的性能，孔材料(泡沫材料)這樣一個新的材料門類的誕生。沫鋁作為一種新型的結(jié)構(gòu)功能材料，被定義為有無數(shù)氣泡分布在鋁內(nèi)部的類似于泡沫的金屬材料，該類材料的孔隙率分布較為廣泛，的不同，一般分布在 40%~98%之間[2]。早在 1948 年，美國科學(xué)家使用汞作為發(fā)泡劑，令其在鋁合金中氣化造孔的想法。之后 Ellist 成功地制備了泡沫鋁合金。因為泡沫鋁所具有的特殊的結(jié)構(gòu)，帶給又優(yōu)異性能。雖然距離泡沫鋁被發(fā)現(xiàn)已經(jīng)有幾十年的時間了，但是于材料領(lǐng)域的研究熱點之一[3]。圖 1-1 所示為不同形狀泡沫鋁。a)b)

圖 1-2 泡沫鋁在汽車上的應(yīng)用[12] 航空航天工業(yè)：泡沫鋁作為超輕質(zhì)結(jié)構(gòu)功能材料，在對質(zhì)輕、結(jié)要求十分嚴(yán)苛的航空航天領(lǐng)域，能夠發(fā)揮很大作用。作為緩沖防效的防護(hù)了太空垃圾對航天飛行器的損害。而且經(jīng)過結(jié)構(gòu)上的進(jìn)一發(fā)揮出更好的效果。比如美國火星號上應(yīng)用的殼體前端，多層陶瓷多孔泡沫鋁，，不但具有陶瓷的在工程材料中最好的剛度，還具有泡能減振特性。用在航天器內(nèi)的環(huán)境控制系統(tǒng)時，保持空氣清潔、保健康的工作生活環(huán)境，如圖 1-3 所示。例如美國航空航天局 NASA填充狀態(tài)下的泡沫鋁來吸附 CO2，高的比表面積既增強了系統(tǒng)的熱又為胺顆粒提供分布骨架，以小顆粒的形式分布避免了其結(jié)塊，并氣體接觸的面積，進(jìn)而提高了反應(yīng)效率。此外，因其具有良好的熱應(yīng)用于航天器的熱能控制系統(tǒng)，維持航天器各部件的熱量平衡[14-
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG146.21;TB383.4

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2704381