[發明專利]一種多層菱形點陣金屬-泡沫鋁復合結構夾層板及其制備方法

有效

• 申請號: 201210418669.3
• 申請日: 2012-10-26
• 公開（公告）號: CN102909907A
• 公開（公告）日: 2013-02-06
• 發明（設計）人: 韓賓;張錢城;盧天健;金峰;呂鵬
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: B32B15/01
• 分類號: B32B15/01;B32B3/26;B32B1/06;B23P17/00;B23K1/008;B32B37/12;B32B38/18
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

技術領域

本發明涉及一種菱形點陣金屬-泡沫鋁復合結構夾層板及其制備方法，具體涉及一種多層菱形點陣金屬-泡沫鋁復合結構夾層板及其制備方法。

背景技術

多層菱形點陣金屬結構作為一種二維周期性多孔結構，在國外已經有所研究。雖然其面外壓縮性能方面的比剛度和比強度較無序型泡沫結構（典型如泡沫鋁材料）具有明顯的優勢，但由于菱形點陣結構達到峰值強度后發生結構失穩后，隨應變增加出現明顯的大幅度應力軟化現象，而不如泡沫材料那樣具有較長的應力平臺區，不便于用作能量吸收。

發明內容

本發明的目的在于提供一種結合多層菱形點陣金屬夾層板和泡沫鋁各自優勢，通過復合的方式實現承載和吸能等多功能融合于一身的多層菱形點陣金屬-泡沫鋁復合結構夾層板及其制備方法。

為達到上述目的，本發明的制備方法如下：

1）首先，用剪板機將厚度為0.5～5mm金屬板剪切成矩形金屬板條，然后在采用線切割在矩形金屬板條的寬度方向上開設若干條插槽，其中插槽深度為矩形金屬板條寬度的一半，插槽寬度大于金屬板厚度的0.005～0.02mm；

2）其次，將步驟1）得到的開設有插槽的金屬板條拼裝成多層菱形結構形成多層菱形點陣結構芯體，將多層菱形點陣結構芯體和面板組裝到一起，在多層菱形點陣結構芯體的拼插處和面板的結合位置處均勻涂抹NiCr₂₅P₁₀混合漿料或市售的釬焊膏；在烘箱中40～50℃烘干，然后裝入高溫釬焊爐中進行焊接，焊接完成后緩冷至室溫出爐得到多層菱形點陣金屬夾層板；

3）然后，根據多層菱形點陣結構芯體中孔的空間形狀和尺寸，采用線切割方法切割出相應的長方體和三角棱柱體閉孔泡沫鋁；

4）最后，在長方體和三角棱柱泡沫鋁與多層菱形點陣結構芯體及金屬面板接觸面上均勻涂覆一層環氧樹脂膠粘劑，然后將長方體和三角棱柱體泡沫鋁插入多層菱形點陣金屬夾層板的孔中進行填充，室溫靜置或于40～60℃烘箱中固化，最終得到多層菱形點陣金屬-泡沫鋁復合結構夾層板。

所述的金屬板和面板采用碳鋼鋼板、不銹鋼板、鋁或鋁合金板；

所述釬焊：鋁或鋁合金板，真空度控制在10^-3～10^-4Pa，以1～10℃/min速度自室溫均勻升溫至300℃～610℃保溫10min～1h；對于不銹鋼板或碳鋼鋼板，真空度控制在10^-2～10^-3Pa，以1～10℃/min速度自室溫升溫至800℃～1100℃保溫10min～2h。

所述的多層菱形點陣結構芯體的金屬板與水平方向的夾角θ=30°～75°,多層菱形點陣結構芯體的孔隙率為70～95%。

所述的閉孔泡沫鋁的密度為0.1～0.67g/cm³,孔隙率為70～95%。

所述的拼裝前將所有切割好的金屬板條和面板用金屬清洗劑進行清洗，去除其表面油垢和銹跡，然后在40～50℃烘箱中烘干。

所述的混合漿料由質量百分比5%～10%的黏結劑、45%～75%的200目～400目的釬焊粉料和20%～50%去離子水混合均勻制成，其中黏結劑為質量濃度1%～10%的聚乙烯醇或甲基纖維素黏結劑。

按本發明的制備方法制成的多層菱形點陣金屬-泡沫鋁復合結構夾層板包括：該復合結構夾層板由面板以及焊接在面板內的多層菱形點陣結構芯體構成，且在多層菱形點陣結構芯體的孔中填充有長方體或三角棱柱體形狀的泡沫鋁。

本發明為進一步提高多層菱形點陣金屬夾層板的剛度、強度及能量吸收能力，在其二維間隙中填充能量吸收能力較好的閉孔泡沫鋁，使復合后結構材料結構更緊湊，發揮不同結構材料間的相互耦合特性(壓縮強度獲得大幅提升),充分發揮結構材料的承載、吸能、隔振等多功能優勢。實驗測得，芯體相對密度為0.044的單層不銹鋼菱形點陣（壓縮峰值強度8.8MPa）與孔隙率0.76的閉孔泡沫鋁（壓縮平臺應力13.0MPa）復合后壓縮峰值強度（32.1MPa）幾乎是復合前兩種結構各自壓縮強度之和的1.5倍，單位體積能量吸收（名義壓縮應變達到0.5）是復合前兩種結構各自單位體積能量吸收之和的近乎3倍。顯而易見，復合后的效果遠大于復合前各自結構效果之和。

由于點陣金屬夾層結構優異的力學性能以及泡沫鋁吸能、減震的各自優勢，實現力學性能的耦合(壓縮強度獲得大幅提升)，因而這種新型復合結構具有較大的結構和能量吸收應用潛力。

附圖說明

圖1多層菱形點陣芯體組裝示意圖