可利用水蒸发散热的泡沫铝合金材料研究

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1、硕士学位论文可利用水蒸发散热的泡沫铝合金材料研究STUDYONALUMINUMALLOYFOAMSMATERIALSFORHEATDISSAPATIONBYWATEREVAPORATION王培根哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TG146.2学校代码：10213国际图书分类号：620密级：公开工学硕士学位论文可利用水蒸发散热的泡沫铝合金材料研究硕士研究生：王培根导师：邢大伟研究员申请学位：工学硕士学科：材料加工工程所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TG146.2U.D.C:620Dissertationfo

2、rtheDegreeofMasterinEngineeringSTUDYONALUMINUMALLOYFOAMSMATERIALSFORHEATDISSAPATIONBYWATEREVAPORATIONCandidate：WangPeigenSupervisor：Prof.XingDaweiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MaterialsprocessingengineeringAffiliation：SchoolofMaterialsScienceandEngineeringDateofDefence：June,

3、2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要随着机器人工程技术的发展，传统的液压驱动方式以及循环水冷却电机模式因其装置在空间上的占比过大，在某些新型机器人上体现出了不适用性。有学者提出通过对机器人骨骼结构进行贮水改进，利用水的蒸发潜热来完成对驱动电机进行冷却。特定孔隙度的通孔泡沫铝材料，可以满足此方面的需求。本课题从材料设计的角度出发，利用以NaCl为造孔剂、6061铝合金为基体材料的粉末冶金方法研究制备通孔泡沫铝合金，并对不同孔隙参数的材料进行力学性能与散热性能的表征，以及研究热处

4、理工艺对其力学性能的提升。在本课题中，研究了混粉时间、冷压压力、烧结温度、保温时间以及热复压致密化加压方式对材料组织和性能的影响，从而得到最佳的制备工艺组合；对不同孔隙率、孔隙直径的材料力学性能进行表征分析；测量实际连通孔隙率，设计并搭建模拟的散热装置，来表征不同孔隙率材料的散热性能；设计正交试验，分析固溶温度、固溶时间、时效时间与时效温度对材料力学性能的影响，并研究得到最佳的热处理工艺组合。研究结果表明：采用3:1的球料比、115r/min的转速、4h的混粉时长，可以在时间成本较低的情况得到组织均匀、性能稳定的材料。最佳制备工艺组合为：最大系统压力25MPa双向加压，冷压保压10min，采用

5、二级热复压并保压5分钟，烧结温度选取为630℃保温30min，在79~526μm尺寸下，50%孔隙率泡沫铝合金抗拉强度可达27.98MPa。材料的拉伸强度受孔隙率很大地直接影响，随着孔隙率增加呈线性衰减。材料的拉伸强度受孔隙形貌的影响略大于孔隙直径，规整、少棱角的形貌的造孔剂材料抗拉强度更高；较大尺寸的造孔剂制备的泡沫铝合金抗拉强度稍好。实际联通孔隙率与设计孔隙率有所出入，随着设计孔隙率的增加，实际情况越接近设计情况。加热功率一定时，通孔率越高使系统达到动态平衡的温度越低，散热能力越强。对于低功率散热要求的系统，50%孔隙率覆盖材料应用效果较好，60%孔隙率则兼具力学性能与散热性能。对材料进行

6、T6热处理，在固溶温度520℃下保温1h后淬火，时效温度190℃时效2h可得性能较好的材料。关键词：泡沫铝合金；蒸发潜热降温；粉末冶金；造孔剂I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractWiththedevelopmentofrobotengineeringtechnology,thetraditionalcoolingmodelbycirculatingwaterisnotadaptive,becauseitsdevicesinspaceproportionaretoolargeinsomecircumstances.Somescholarsproposedtoimprovethewat

7、erstorageoftherobotskeletalstructurebyusingthelatentheatofwaterevaporationtocompletethecoolingofthedrivemotor.Porousaluminumfoamsalloywithspecificporositycanfitthisrequirement.Inthispaper,fromthepersp