During the past few decades, aluminum foam research has focused on the improvement of properties. These properties include pore structure and process reproducibility. High energy absorption capacity, lightweight and high stiffness to weight ratio are some of the properties that make these foams desirable for a number of diverse applications. The use of a transient liquid phase and melting point depressant was studied in order to improve aluminum foam manufactured through the powder metallurgy process and to create reactive Stabilisation. The transient liquid phase reacts with aluminum and helps encapsulate higher levels of hydrogen, simultaneously reducing the difference between the melting point of the alloy and the gas release temperature of the blowing agent (TiH2). A large difference is known to adversely affect foam properties. The study of pure aluminum foam formation was undertaken to understand the basic foaming mechanisms related to crack formations under in-situ conditions. Elemental zinc powder at various concentrations (Al-10wt%Zn, Al-33wt%Zn and Al-50wt%Zn) was added to produce a transient liquid phase. Subsequently, an Al-12wt%Si pre-alloyed powder was added to the Al-Zn mixture in order to further reduce the melting point of the alloy and to increase the amount of transient liquid phase available (Al-3.59wtSi-9.6%Zn and Al-2.4wt%Si-9.7wt%Zn). The mechanical properties of each system at optimal foaming conditions were assessed and compared. It was determined that pure aluminum foam crack formation could be suppressed at higher heating rates, improving the structure through the nucleation of uniform pores. The Al-10wt%Zn foams generated superior pore properties, post maximum expansion stability and mechanical properties at lower temperatures, compared to pure aluminum. The Al-Si-Zn foams revealed remarkable stability and pore structure at very low temperatures (640 to 660˚C). Overall, the Al-10wt%Zn and Al-3.59wt%Si-9.6wt%Zn foams offer superior properties compared to pure aluminum. / Depuis ses débuts, beaucoup de progrès a été réalisé concernant les mousses d'aluminium en termes d'améliorations de propriétées au niveau du procédé de production. Ces propriétées inclus les améliorations de la stabilité, reproductibilité et l'homogénéité. Les mousses métalliques ont plusieurs avantages leurs permettant d'être versatiles par rapport à de nombreuses applications. Ils incluent leurs capacités élevées d'absorption d'énergie, leurs faibles densités et leurs rigidités. Dans le cas de la production par métallurgie des poudres, certains de ces problèmes sont encore réels. Les résultats montrent qu'en utilisant un mélange précis de poudre élémentaire et allié, une phase liquide transitoire est créée de sorte à produire une stabilisation réactive des mousses. En utilisant des alliages contenant du silicium et du zinc, la température de moussage peut être grandement réduite. Ceci permet donc de réduire l'écart de température entre le point de fusion de l'alliage et la température de décomposition de l'hydrure de titane (TiH2). L'étude du procédé des métallurgies des poudres a eu lieu en utilisant de l'aluminium pur en but de comprendre la formation des fissures (in-situ) dans les précurseurs durant les stages initiaux de moussage. Des concentrations variées de poudre élémentaire de zinc ont été étudiées (A l-10wt%Zn, Al-33wt%Zn, Al-50wt%Zn) en but de produire cette phase liquide transitoire qui a pu être observée in-situ. Par la suite, des poudres pré-alliées Al-12wt%Si ont été ajoutés pour réduire davantage le point de fusion et augmenter le niveau de phase transitoire liquide (Al-3.59wt%Si-9.6%Zn, Al-2.4wt%Si-9.7wt%Zn). Les propriétés mécaniques de chaque système ont aussi été évaluées en but de comparaison. Il a été déterminé que la fissuration observée dans les mousses d'aluminium pur peut être supprimé à l'aide d'une phase transitoire dû à une nucléation des pores uniformes, améliorent les propriétées globale de la mousse. De plus une stabilité remarquable de la mousse suite à l'expansion peut être atteinte, tout en démontrant une homogénéité des pores et une stabilité de la mousse supérieure à l'aluminium pur.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.107762 |
| Date | January 2012 |
| Creators | Lafrance, Maxime |
| Contributors | Kristian Waters (Internal/Cosupervisor2), Robin Drew (Internal/Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Doctor of Philosophy (Department of Mining and Materials) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
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