流变挤压过程中高负载压力的主要重要性在于快速消除内部结构缺陷。在此阶段，实验室压力机施加显著的力（例如 20 kN）将半固态石墨烯增强铝挤压到模具中。这种机械作用对于提高材料的相对密度至关重要，而相对密度直接决定了最终部件的硬度和整体机械性能。
施加高负载压力可将复合材料从脆弱的半固态转变为致密的、高性能的部件。通过利用挤压力的作用消除微观空隙和收缩，该工艺可确保材料达到先进工程应用所需的结构完整性。
致密化和流动机制
快速模具填充
流变挤压工艺涉及在半固态状态下处理材料——部分固态，部分液态。实验室压力机使用高负载压力以高速将这种粘稠的浆料推入模腔。
这种快速注射对于复制复杂模具形状至关重要。如果没有足够的压力，半固态材料会过早凝固或无法填充精细细节，导致部件不完整。
减少内部缺陷
实验室压力机在此阶段最关键的作用是利用挤压力的作用来对抗材料缺陷。半固态加工容易出现特定缺陷，特别是当金属冷却和收缩时形成的孔隙和缩孔。
通过施加持续的高压，机器迫使材料压实。这大大减小了孔隙和收缩缺陷的体积，确保了固体、连续的基体结构。
提高相对密度
缺陷的减少直接导致相对密度的增加。在复合材料中，达到接近理论最大值的密度是质量的主要指标。
当石墨烯增强铝达到高相对密度时，增强相能更好地融入基体。这使得成品具有优异的硬度和机械性能。
关键工艺考量
精度是必需的
虽然高力是驱动因素，但精度是导航仪。正如烧结的补充数据所表明的那样，施加压力的目标是迫使颗粒重新排列和塑性变形以填充间隙空隙。
在流变挤压中，压力机必须在材料处于特定流变（流动）状态时保持此压力。如果压力施加得太晚，材料会硬化；如果施加得太早，则可能发生飞边或变形。
设备限制和权衡
认识到高负载压力会对模具工具施加巨大的应力至关重要。
当模具反复承受 20 kN 等力并在高温下运行时，模具磨损成为一个重要因素。此外，虽然高压可以减少孔隙，但它不能弥补不良的温度控制。如果固液比例不正确，即使高压也无法生产出无缺陷的部件。
为您的目标做出正确的选择
为了在流变挤压过程中最大限度地发挥实验室压力机的优势，请根据您的具体性能目标调整工艺参数：
- 如果您的主要重点是几何复杂性：确保压力机能够快速施加高压，在半固态材料失去流动特性之前填充模具。
- 如果您的主要重点是机械硬度：优先考虑保持压力的幅度，以最大化相对密度并在凝固过程中消除微观收缩空隙。
- 如果您的主要重点是减少缺陷：专注于施加压力的时机，以确保挤压力的作用恰好在材料处于半固态窗口时发生。
掌握流变挤压过程中的压力应用是实现从原材料复合混合物到高强度、工业级材料转型的决定性步骤。
总结表：
| 工艺目标 | 作用机制 | 对材料的影响 |
|---|---|---|
| 缺陷消除 | 挤压力的作用压缩空隙 | 最大限度地减少孔隙和收缩空隙 |
| 模具复制 | 高速注射 | 确保复杂几何形状的完整填充 |
| 致密化 | 颗粒重新排列 | 提高相对密度和硬度 |
| 结构完整性 | 塑性变形 | 优异的机械性能和集成度 |
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参考文献
- Nur Farah Bazilah Wakhi Anuar, Afifah Md Ali. Effect of Short Heat Treatments on the Microstructural Evolution and Hardness of Thixoformed Graphene Reinforced Aluminium Composites. DOI: 10.17576/jsm-2024-5303-17
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
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