一種冶金法制備泡沫鋁貼面復(fù)合材料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種冶金法制備泡沫鋁夾芯復(fù)合材料的方法，泡沫鋁貼面復(fù)合材料包括泡沫鋁貼面板或泡沫鋁夾芯板。屬于泡沫鋁復(fù)合材料的制備方法技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]泡沫鋁材料為多孔結(jié)構(gòu)，具有密度小、輕質(zhì)、高比強(qiáng)度和高比表面積的特點(diǎn)，同時(shí)還具有減振、阻尼、吸音、隔音、隔熱、電磁屏蔽等特性。但由于表面不平滑、強(qiáng)度較低，使泡沫鋁材料的應(yīng)用范圍受到限制。
[0003]泡沫鋁貼面復(fù)合材料是由金屬面板與泡沫鋁材料(簡(jiǎn)稱(chēng)泡沫鋁芯材)復(fù)合而成，包括由金屬面板與泡沫鋁芯材兩者復(fù)合而成的泡沫鋁貼面板，以及由兩塊金屬面板中間夾入一塊泡沫鋁芯材構(gòu)成的泡沫鋁夾芯板。泡沫鋁復(fù)合材料不僅具有泡沫鋁材料諸多優(yōu)異的性能，同時(shí)還解決了單一泡沬鋁材料的強(qiáng)度較低，表面不平滑等缺點(diǎn)。所以泡沫鋁復(fù)合材料是一種性能優(yōu)異，兼具結(jié)構(gòu)和功能化的新型材料。
[0004]目前泡沫鋁復(fù)合材料的制備方法主要有膠接法、釬焊法、擴(kuò)散焊連接法以及粉末復(fù)合乳制法等。膠接法工藝簡(jiǎn)單、尺寸精確，是目前普遍采用的一種方法。但膠接法主要依靠膠層實(shí)現(xiàn)泡沫鋁芯材與金屬面板的連接，在高溫、腐蝕或者循環(huán)應(yīng)力等條件下膠層會(huì)融化、變質(zhì)或者老化而導(dǎo)致復(fù)合夾芯結(jié)構(gòu)破壞。釬焊法以及擴(kuò)散焊法一定程度上彌補(bǔ)了膠接法的不足，但釬焊法成本較高、操作復(fù)雜，且因泡沫鋁芯材和作為貼面的金屬鋁板表面存在的氧化膜的影響，釬焊用的釬料在界面上難以消除兩者表面的氧化膜而相互浸潤(rùn)，造成結(jié)合強(qiáng)度不足;擴(kuò)散焊法需要較高的壓力來(lái)實(shí)現(xiàn)界面原子擴(kuò)散，但泡沫鋁芯材在較高強(qiáng)度下容易變形。粉末復(fù)合乳制法不同于上述幾種泡沫鋁芯材和金屬面板的連接方法，是一種通過(guò)預(yù)制體高溫發(fā)泡直接得到的夾芯結(jié)構(gòu)的方法，但該方法成本高，技術(shù)不夠成熟，且難以獲得大尺寸復(fù)合板材，不能生產(chǎn)形狀復(fù)雜的泡沫鋁復(fù)合材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是公開(kāi)一種冶金法制備泡沫鋁貼面復(fù)合材料的方法，該方法得到的泡沫鋁復(fù)合材料具有強(qiáng)度高，耐高溫、抗循環(huán)應(yīng)力和耐候性，工藝簡(jiǎn)單，適于工業(yè)化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明發(fā)現(xiàn)泡沫鋁芯材和金屬面板表面氧化鋁膜致密，熔點(diǎn)高，是影響界面冶金結(jié)合質(zhì)量的主要因素，因此，消除結(jié)合面的氧化鋁層，是泡沫鋁芯材和金屬面板之間冶金復(fù)合的關(guān)鍵問(wèn)題。為此，本發(fā)明采用超聲輔助技術(shù)，改善連接結(jié)合面組織構(gòu)造，形成良好的反應(yīng)結(jié)合面，實(shí)現(xiàn)泡沫鋁芯材和金屬面板之間的高強(qiáng)度冶金連接。
[0007]具體工藝是:
[0008]首先，通過(guò)機(jī)械或化學(xué)方法除去泡沫鋁芯材和金屬面板待粘接表面的氧化層，并增加表面粗糙度;接著，將泡沫鋁芯材和金屬面板置于內(nèi)有鋅鋁合金的鋅鋁合金熔池中浸鍍，使待粘接表面形成均勻的鋅鋁合金浸鍍層;然后，將浸鍍后的泡沫鋁芯材和金屬面板貼合在一起加熱，加熱溫度為鋅鋁合金熔點(diǎn)以上20-50°C，并施加0.0lMPa或以上的壓力，保溫保壓的時(shí)間為5-15分鐘;在泡沫鋁芯材和金屬面板保溫保壓過(guò)程中施加高頻振動(dòng)或超聲振動(dòng)1-5分鐘，高頻振動(dòng)頻率為50-300HZ，振幅為1-3毫米;超聲振動(dòng)頻率為10-30kHz，振幅為10-50微米。最后冷卻至室溫，得到泡沫鋁貼面復(fù)合材料。
[0009]上述泡沫鋁貼面復(fù)合材料的芯材是市售的各類(lèi)泡沫鋁板材或蜂窩鋁板材；
[0010]上述金屬面板是市售的任意標(biāo)準(zhǔn)系列鋁板，或鋁合金板，或薄鋼板；
[0011]上述鋅鋁合金熔池中的鋅鋁合金由4-35%質(zhì)量百分比的鋁，0.1-5%質(zhì)量百分比的銅，0-1 %質(zhì)量百分比的銀，余量為鋅組成。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于:
[0013]I，由于本發(fā)明以鋅鋁合金作為連接合金，并且在鋅鋁合金中添加能提高粘接強(qiáng)度的微量Cu和Ag，因此，在形成高強(qiáng)度的面板復(fù)合連接同時(shí)，泡沫鋁貼面復(fù)合材料連接面還具有高于泡沫鋁芯材的機(jī)械強(qiáng)度，以及耐高溫、抗循環(huán)應(yīng)力和耐候性的優(yōu)點(diǎn)。
[0014]2，由于本發(fā)明在泡沫鋁芯材和金屬面板復(fù)合熱壓過(guò)程中施加高頻振動(dòng)或超聲振動(dòng)作為輔助，有利于增強(qiáng)界面結(jié)合連接的效果，因此，與現(xiàn)有方法得到的泡沫鋁貼面復(fù)合材料相比，本發(fā)明的泡沫鋁貼面復(fù)合材料的機(jī)械強(qiáng)度更加高。
[0015]3，由于本發(fā)明以鋅鋁合金作為連接合金，因此泡沫鋁貼面復(fù)合材料進(jìn)一步合金化，有利于提高連接過(guò)程的擴(kuò)散連接效果，提高了連接強(qiáng)度。
[0016]4，本發(fā)明操作簡(jiǎn)單，工藝精簡(jiǎn)，適于工業(yè)化生產(chǎn)，解決大尺寸泡沫鋁貼面復(fù)合材料面板連接問(wèn)題，而且成本低廉，生產(chǎn)效率高。
【具體實(shí)施方式】
[0017]先將一塊市售的泡沫鋁或蜂窩鋁板材作為芯材，將市售的一塊或兩塊鋁板或鋁合金板作為金屬面板(一塊芯材與一塊金屬面板制成泡沫招貼面板，一塊芯材夾在兩塊金屬面板中間制成泡沫鋁夾芯板)，再用機(jī)械或化學(xué)方法除去上述材料表面氧化層，機(jī)械方法是用打磨、噴丸，其中打磨方式包括用砂紙打磨，或/和鋼絲刷打磨，或/和鋼絲球打磨。
[0018]將機(jī)械或化學(xué)方法除去表面氧化層的泡沫鋁芯材和鋁板或鋁合金面板置于鋅鋁合金熔池中浸鍍，在待粘接表面形成均勻的浸鍍層;鋅鋁合金熔池中的鋅鋁合金由4-35%質(zhì)量百分比的鋁，0.1-5%質(zhì)量百分比的銅，0-1%質(zhì)量百分比的銀，余量為鋅組成。
[0019]將浸鍍的泡沫鋁芯材和金屬面板貼合后加熱，加熱方式可采用電熱板加熱，或高溫爐加熱，或燃?xì)饣鹧婕訜幔蚋袘?yīng)加熱，加熱溫度為鋅鋁合金熔點(diǎn)以上20_50°C，然后施加不低于0.0lMPa壓力并保溫保壓5-15分鐘；在熱壓過(guò)程中，施加高頻振動(dòng)或超聲振動(dòng)1-5分鐘，高頻振動(dòng)頻率為50-300HZ，振幅為1-3毫米;超聲振動(dòng)頻率為10-30kHz，振幅為10-50微米，高頻振動(dòng)或超聲振動(dòng)有利于增強(qiáng)界面結(jié)合連接效果。最后冷卻至室溫，得到泡沫鋁貼面復(fù)合材料(泡沫鋁貼面板或夾芯板)。
[0020]經(jīng)過(guò)檢測(cè)試驗(yàn)結(jié)果表明，本發(fā)明方法得到的泡沫鋁貼面復(fù)合材料機(jī)械強(qiáng)度超過(guò)泡沫鋁芯材強(qiáng)度。而且本發(fā)明可以規(guī)?；M(jìn)行，解決大尺寸泡沫鋁復(fù)合材料面板冶金連接問(wèn)題，是低成本、高效率的冶金貼面方法。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種冶金法制備泡沫鋁貼面復(fù)合材料的方法，其特征是: 首先，通過(guò)機(jī)械或/和化學(xué)方法除去泡沫鋁芯材和金屬面板待粘接表面的氧化層，并增加表面粗糙度;接著，將泡沫鋁芯材和金屬面板置于內(nèi)有鋅鋁合金的鋅鋁合金熔池中浸鍍，使待粘接表面形成均勻的鋅鋁合金浸鍍層;然后，將浸鍍后的泡沫鋁芯材和金屬面板貼合在一起加熱，加熱溫度為鋅鋁合金熔點(diǎn)以上20-50°C，并施加0.0lMPa或以上的壓力，保溫保壓的時(shí)間為5-15分鐘;在泡沫鋁芯材和金屬面板保溫保壓過(guò)程中施加高頻振動(dòng)或超聲振動(dòng)1-5分鐘，高頻振動(dòng)頻率為50-300HZ，振幅為1-3毫米;超聲振動(dòng)頻率為10-30kHz，振幅為10-50微米;最后冷卻至室溫，得到泡沫鋁貼面復(fù)合材料； 上述泡沫鋁貼面復(fù)合材料的芯材是市售的各類(lèi)泡沫鋁板材或蜂窩鋁板材； 上述金屬面板是市售的任意標(biāo)準(zhǔn)系列鋁板，或鋁合金板，或薄鋼板； 上述鋅鋁合金熔池中的鋅鋁合金由4-35%質(zhì)量百分比的鋁，0.1-5%質(zhì)量百分比的銅，0-1 %質(zhì)量百分比的銀，余量為鋅組成。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種冶金法制備泡沫鋁貼面復(fù)合材料的方法，其特征是:所述的機(jī)械方法去除氧化層包括打磨和噴丸，其中打磨方式包括用砂紙、鋼絲刷、鋼絲球打磨中的至少一種。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種冶金法制備泡沫鋁貼面復(fù)合材料的方法，其特征是:所述的加熱方式采用電熱板加熱，或高溫爐加熱，或燃?xì)饣鹧婕訜?，或感?yīng)加熱。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種冶金法制備泡沫鋁貼面復(fù)合材料的方法，屬于泡沫鋁復(fù)合材料制備方法技術(shù)領(lǐng)域。先除去泡沫鋁芯材和金屬面板待粘接表面的氧化層，將它們置于內(nèi)有鋅鋁合金的鋅鋁合金熔池中浸鍍，然后貼合在一起加熱，加熱溫度為鋅鋁合金熔點(diǎn)以上20-50℃，并施加0.01MPa以上的壓力，保溫保壓5-15分鐘；保溫保壓過(guò)程中施加高頻振動(dòng)或超聲振動(dòng)1-5分鐘；最后冷卻至室溫，得到泡沫鋁貼面復(fù)合材料。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，復(fù)合連接可靠，而且耐高溫，抗疲勞應(yīng)力，以及良好的耐候性，適用于制備大規(guī)格泡沫鋁貼面復(fù)合板材，具有大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)前景。
【IPC分類(lèi)】B23K20/10, B23K20/24, B23K103/16, B23K101/02, B23K101/18, B23K20/22
【公開(kāi)號(hào)】CN105499783
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610029862
【發(fā)明人】胡正飛, 單既萬(wàn), 莫凡, 何大海
【申請(qǐng)人】同濟(jì)大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年4月20日
【申請(qǐng)日】2016年1月18日