[發明專利]一種具有梯度界面的泡沫鋁夾心板的制造方法

有效

• 申請號: 201611100540.2
• 申請日: 2016-12-02
• 公開（公告）號: CN106583739B
• 公開（公告）日: 2019-03-22
• 發明（設計）人: 劉彥強;樊建中;馬自力;楊必成;聶俊輝;魏少華;趙月紅;左濤;郝心想;鄔小萍
• 申請（專利權）人: 北京有色金屬研究總院
• 主分類號: B22F7/02
• 分類號: B22F7/02;B22F5/10;B22F3/14
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 朱琨

技術領域

本發明屬于多孔金屬材料及層狀復合材料技術領域，特別涉及一種具有梯度界面的泡沫鋁夾心板及其制造方法。

背景技術

泡沫鋁夾心板是由泡沫鋁芯層和致密金屬面板復合制成的一類層狀多孔金屬材料。泡沫鋁夾心板具有低比重、高比剛度、抗沖擊、振動阻尼性能好以及電磁屏蔽等優異的綜合性能，因此在汽車、軌道列車、建筑、電子和國防軍工領域具有廣闊的應用前景，可滿足各領域對材料提出的輕量化和多功能化的迫切需求。泡沫鋁夾心板常用的制備方法有：泡沫鋁與面板膠粘復合工藝、泡沫鋁與面板釬焊復合工藝、粉末冶金泡沫鋁預制件與金屬板(或金屬管)軋制復合并發泡成型的工藝。前兩種技術屬于后復合工藝，可選用任意方式生產的泡沫鋁材進行復合。后一種工藝屬于原位復合工藝，是基于粉末冶金發泡工藝，將鋁粉與發泡劑粉末的混合粉末裝入金屬管或金屬包套中軋制成可發泡預制件板，然后加熱發泡得到泡沫鋁夾心板(CN101905326B，CN1189315C)；也可將混合粉末預緊實制成預制件板，與金屬面板熱壓復合，加熱發泡制成泡沫鋁夾心板(CN102390135B)。

上述幾種技術顯著的共同特點是：(1)須使用金屬板或金屬管，一般使用市售成品板材或管材，選材受到市場限制；(2)面板與泡沫鋁芯層的界面結合依賴于復合工藝，獲得高強度結合具有較大的工藝難度；(3)多數情況下面板與泡沫鋁的成份不一致，在應用過程中存在持續的機械載荷或熱載荷時泡沫-面板界面容易產生應力集中，嚴重時導致夾心板破壞，縮短夾芯板的使用壽命；(4)復合前一般需要對界面進行清潔處理，工序較為復雜，也增加了制造成本。制造面板-泡沫層間界面成分連續過渡的可發泡的夾心板預制件是進一步提高泡沫-面板結合質量、提高夾心板使用壽命、縮短制造工序流程和降低成本的有效技術途徑。

在傳統顆粒增強或纖維增強金屬基復合材料中，為了最大程度發揮高強度高模量顆粒或纖維的強化作用，載荷應當在增強相與基體之間實現良好的傳遞，界面應具備較高的結合強度，避免脫開破壞。泡沫鋁夾心板是由泡沫鋁和致密金屬板制成的層狀復合材料，與金屬基復合材料相似，層間界面也是主導復合材料性能的關鍵要素之一。當夾心板受到外加機械載荷時，載荷通過界面在面板與泡沫鋁之間傳遞，從而最大程度地發揮泡沫鋁的比剛度和比強度優勢。采用現有技術制造的泡沫鋁夾心板都存在明顯的界面，界面兩側結構與成分不連續，當施加機械載荷時界面應力不均勻或應力集中，容易造成界面脫粘或者界面附近泡沫鋁的剪切和撕裂破壞。本發明的泡沫鋁夾心板具有梯度界面結構，在面板過渡至泡沫鋁的界面區域內泡孔的數量逐漸增加，尺寸逐漸增大，成分和結構都呈現連續過渡。這種過度界面可以有效傳遞載荷，而避免界面應力集中造成界面脫粘或界面附近泡沫鋁發生過早失效，因此夾心板具有更高的服役壽命。

發明內容

本發明針對現有泡沫鋁夾心板的不足，提供了一種具有梯度界面的泡沫鋁夾心板及其制備方法，該泡沫鋁夾心板由上下兩層金屬面板和中間的泡沫鋁芯層構成，泡沫鋁的基材為純鋁或鋁合金，面板為鋁、鋁合金、鋼、鈦、鈦合金中的一種，面板與泡沫芯層之間不存在清晰界面，為一定厚度的梯度界面區域，該界面區域內成分和結構連續過渡。

所述泡沫鋁夾心板的厚度為10.6mm～92mm，泡沫鋁芯層的厚度為9mm～80mm，單側面板的厚度為0.8mm～6mm。

一種具有梯度界面的泡沫鋁夾心板的制造方法，包括如下步驟：

(1)鋁粉或鋁合金粉與發泡劑氫化鈦粉在混料機上混合制成混合粉末，混料時長為8～24小時，其中，鋁粉或鋁合金粉的質量分數為98％～99.5％，氫化鈦粉的質量百分數為0.5％～2％；

(2)根據泡沫鋁夾心板的成分設計和結構設計，按照下述公式分別計算面板、泡沫鋁芯層分別占據夾心板的質量分數：

m_面％＝D_面×ρ_面/(D_面×ρ_面+D_芯×ρ_芯)

m_芯％＝D_芯×ρ_芯/(D_面×ρ_面+D_芯×ρ_芯)

其中：m％、D和ρ分別為質量分數、厚度和密度，“面”和“芯”分別代表面板和泡沫芯層；按照計算的質量分數分別稱取相應重量的面板合金粉末和泡沫鋁芯層的混合粉末；