CN101623942B - 镁铝蜂窝板及镁铝蜂窝板的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种镁铝蜂窝板及镁铝蜂窝板的制备方法，该镁铝蜂窝板由上至下依次包括上层镁合金面板、第一粘胶层、铝蜂窝芯、第二粘胶层以及下层镁合金面板，其中，上层镁合金面板和下层镁合金面板为镁合金轧制板材经去应力退火处理而成，且表面处理成为耐腐蚀膜，第一粘胶层和第二粘胶层由弱碱性高强度胶形成；上层镁合金面板、第一粘胶层、铝蜂窝芯、第二粘胶层以及下层镁合金面板经过热压固化成型为所述镁铝蜂窝板。本发明提供的镁铝蜂窝板及镁铝蜂窝板的制备方法，通过使用表面进行过绝缘化处理的镁合金轧制板材作为上层镁合金面板和下层镁合金面板，使用弱碱性高强度胶进行上、下面板与铝蜂窝芯之间的可靠连接，得到了轻质的蜂窝板。
Description
技术领域
本发明涉及蜂窝板技术，尤其涉及一种镁铝蜂窝板及镁铝蜂窝板的制备方法。
背景技术
蜂窝板是一种高压缩强度、轻量化的机械和工程结构，由上、下面板和蜂窝芯粘结而成。
工程领域里现有的常用蜂窝板有三种：纸质蜂窝板、玻璃钢蜂窝板和铝蜂窝板。纸质蜂窝板的蜂窝芯由纸浸渍树脂，与植物纤维泡沫板胶合而成。纸蜂窝板成本低，强度低，不耐潮湿和老化，现在仅用于轻型移动房屋之类的建筑结构；玻璃钢蜂窝板是一种由玻璃纤维和树脂制成的有机-无机复合材料蜂窝板，具有质轻、强度高的特点，缺点是耐冲击强度低、易老化和使用不可再生资源；铝蜂窝板由铝蜂窝芯和铝合金面板胶接而成，强度高，耐候性较好，现在已经应用于飞机、高速列车等交通运输装备的结构制造。
然而，随着交通运输装备轻量化的发展，要求制造交通运输装备的材料越来越轻质，由此现有的铝蜂窝板由于质量大和减振降噪性能较低，已经不能满足新的需要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种镁铝蜂窝板及镁铝蜂窝板的制备方法，以提供一种轻质、具有更好减振降噪性能的蜂窝板。
为了实现上述目的，本发明提供了一种镁铝蜂窝板，由上至下依次包括上层镁合金面板、第一粘胶层、铝蜂窝芯、第二粘胶层以及下层镁合金面板，其中，所述上层镁合金面板和所述下层镁合金面板为镁合金轧制板材经去应力退火处理而成，且表面处理成耐腐蚀膜，所述第一粘胶层和所述第二粘胶层由弱碱性高强度胶形成；所述上层镁合金面板、第一粘胶层、铝蜂窝芯、第二粘胶层以及下层镁合金面板经过热压固化成型为所述镁铝蜂窝板。
为了实现上述目的，本发明还提供了一种镁铝蜂窝板的制备方法，包括：
对经过去应力退火处理的镁合金轧制板材进行表面预处理，获得表面具有耐腐蚀膜的上层镁合金面板和下层镁合金面板；
分别在所述上层镁合金面板的下表面和所述下层镁合金面板的上表面，涂覆弱碱性高强度胶；
按照由上至下的顺序，将所述上层镁合金面板、所述铝蜂窝芯以及所述下层镁合金面板相互对应贴合，经过热压固化处理形成由上至下依次包括有上层镁合金面板、第一粘胶层、铝蜂窝芯、第二粘胶层以及下层镁合金面板的所述镁铝蜂窝板。
本发明提供的镁铝蜂窝板及镁铝蜂窝板的制备方法，通过使用表面进行过绝缘化处理的镁合金轧制板材作为上层镁合金面板和下层镁合金面板，使用弱碱性高强度胶进行上、下面板与铝蜂窝芯之间的可靠连接，得到了轻质的蜂窝板。
附图说明
图1为本发明镁铝蜂窝板实施例的结构示意图；
图2为本发明镁铝蜂窝板的制备方法实施例的步骤流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例进一步说明本发明实施例的技术方案。
图1为本发明镁铝蜂窝板实施例的结构示意图，如图1所示，该镁铝蜂窝板由上至下依次包括：上层镁合金面板10、第一粘胶层20、铝蜂窝芯30、第二粘胶层40以及下层镁合金面板50。
其中，上层镁合金面板10和下层镁合金面板50是由经过去应力退火处理、且表面具有耐腐蚀膜的镁合金轧制板材制成的，其中所述的耐腐蚀膜为阳极氧化膜或化学转化膜，所述的阳极氧化膜是对镁合金轧制板材进行阳极氧化和封孔处理生成的，所述的化学转化膜是对镁合金轧制板材进行化学转化和封孔处理生成的。
由于镁在自然条件下生成的氧化膜不能完全覆盖镁表面，并且该氧化膜疏松多孔，对镁基体缺少保护能力，致使镁在大多数腐蚀性环境中不能使用，由此需要对镁合金轧制板材的表面进行预处理，以增加镁合金的耐腐蚀性和实现镁合金与铝蜂窝板芯之间的电化学隔离。对镁合金轧制板材进行表面预处理的方法可以为：通过阳极氧化和封孔处理或化学转化和封孔处理，在镁合金轧制板材的表面形成阳极氧化膜或化学转化膜。
第一粘胶层20和第二粘胶层40由弱碱性高强度胶形成。在上层镁合金面板10的下表面和下层镁合金面板50的上表面，涂覆弱碱性高强度胶，以使上层镁合金面板10和下层镁合金面板50能与铝蜂窝芯粘接在一起，涂覆的弱碱性高强度胶形成了第一粘胶层20和第二粘胶层40。本实施例中选用弱碱性高强度胶作为粘合剂是由于，如果该高强度胶为酸性，则会腐蚀镁合金面板，如果该高强度胶的碱性较强，则会腐蚀铝蜂窝芯，由此，本实施例中的该高强度胶为pH值的范围为7.0＜pH≤8.5的弱碱性聚合物胶，例如：pH值为8.0的改性环氧胶粘剂，pH值为8.5的改性聚氨酯胶粘剂等。
上层镁合金面板10、第一粘胶层20、铝蜂窝芯30、第二粘胶层40以及下层镁合金面板50经过热压固化成型为本发明实施例提供的镁铝蜂窝板。
镁合金是新型高强度工程结构金属材料，与铝合金相比，镁合金具有以下优点：镁合金工程结构具有很好的减振降噪特性，且阻尼性能好；在很宽的频段内具有很好的电磁屏蔽性能；由于镁合金应用技术研究开发发展迅速，关于镁合金从材料体系拓展到加工、连接/焊接，以及表面处理等技术，新成果层出不穷；镁矿资源储量世界第一，可开采近万年，而海洋镁事实上是无穷资源；散热性能好；液态流动性好，熔化潜热仅有铝合金的60％左右，机械切削性能显著优于铝合金。并且，镁合金不易老化、便于回收、且易于在自然环境下被氧化而被土壤吸收、对人体和环境无害，属于“绿色材料”。表1列出了常见工业规模生产的铝合金和镁合金的主要性能对比。
表1铝合金和镁合金的主要性能对比
| 材料 | 密度g/cm3 | 硬度HV | 屈服强度MPa | 比强度 | 纯金属电极电位(V，SCE) |
| 铝合金 | 2.75 | 45～60 | 80～200 | 29.1～72.7 | 纯铝：-1.56 |
| 镁合金 | 1.76 | 55～75 | 120～230 | 68.2～130.7 | 纯镁：-2.37 |
本发明实施例提供的镁铝蜂窝板，由于使用异质材料，即采用镁合金作为上下面板、采用铝蜂窝芯作为板芯，所以需要采用阳极氧化和封孔处理或化学转化和封孔处理对镁合金轧制板材进行表面绝缘化处理，并且采用弱碱性聚合物胶对镁合金面板和铝蜂窝芯进行电化学隔离和可靠连接；与现有的铝蜂窝板相比，该镁铝蜂窝板具有以下优点：由于蜂窝板的强度与蜂窝板的面板材料强度性能成正比关系，所以镁铝蜂窝板的强度高于或不低于同规格的铝蜂窝板；重量(单位面积质量)比铝蜂窝板降低约25-35％，弯曲强度比铝蜂窝板提高20％；隔声性能比铝蜂窝板提高3-20分贝。采用本发明实施例提供的镁铝蜂窝板在航天器、飞行器、轻量化高速列车、城市轨道列车等交通运输装备中作为壁板、地板和/或隔板等部件，可以实现大幅度减重、节能减排、降低噪音和振动。
图2为本发明镁铝蜂窝板的制备方法实施例的步骤流程图。如图2所示，该方法包括：
步骤201、将镁合金轧制板材进行剪裁和去应力退火处理。
将热轧/冷轧方法生产的镁合金轧制板材，按照所需的大小进行剪裁，然后对该镁合金轧制板材进行去应力退火处理。退火处理是指将材料置于一定温度下确定时间后，再慢慢冷却到室温的热处理制程；去应力退火处理的主要目的是：释放应力、增加材料延展性与韧性。例如：对经过热挤压-热轧-冷轧的AZ31B板材进行退火处理的过程为：在200-350℃下将AZ31B板材加热30-60分钟，然后慢慢冷却到室温。
步骤202、对经过去应力退火处理的镁合金轧制板材进行表面预处理，以获得具有表面耐腐蚀膜的上层镁合金面板和下层镁合金面板。具体为：对经过去应力退火处理的镁合金轧制板材进行阳极氧化和封孔处理或化学转化和封孔处理，以获得表面具有阳极氧化膜或化学转化膜的上层镁合金面板和下层镁合金面板。
为了增加镁合金的耐腐蚀性，实现上层镁合金面板和下层镁合金面板与铝蜂窝芯之间的电化学隔离，需要对经过去应力退火处理的镁合金轧制板材进行表面预处理。具体的，可以通过以下两种方法进行表面预处理。
1)阳极氧化和封孔处理的方法
通过阳极氧化和封孔处理在经过去应力退火处理的镁合金轧制板材的表面生成一层阳极氧化膜，具体方法为：对经过去应力退火处理的镁合金轧制板材依次进行以下操作：除油、酸洗、冷水漂洗、阳极氧化处理、冷水漂洗、封孔处理、冷水漂洗和烘干。
其中阳极氧化处理的过程为：借助直流稳压稳流电源，在电解液温度为35℃-55℃、电流密度为50-80mA/cm2的条件下，将经过去应力退火处理的镁合金轧制板材在该电解液中氧化25-35分钟。该电解液包括为：氢氧化钠、偏铝酸钠、碳酸钠、硅酸钠、氟硼酸钠和水；其中，电解液中氢氧化钠、偏铝酸钠、碳酸钠、硅酸钠和氟硼酸钠的浓度分别为10-40g/L、20-60g/L、0.5-5g/L、0.5-5g/L和0.5-5g/L；
封孔处理的过程为：将经过阳极氧化处理的镁合金轧制板材在温度为50℃-100℃、浓度为10-100g/L的水玻璃溶液中浸泡10-30分钟。
2)化学转化和封孔处理的方法
通过化学转化和封孔处理，在经过去应力退火处理的镁合金轧制板材的表面生成一层化学转化膜；该化学转化和封孔处理包括依次进行的化学转化处理和封孔处理。
其中化学转化处理的具体方法为：将经过去应力退火处理的镁合金轧制板材依次进行以下操作：水洗、无水乙醇洗、除油、水洗、磷酸盐溶液浸泡处理、水洗和干燥。磷酸盐浸泡处理过程为：将经过去应力退火处理的镁合金轧制板材在温度为30℃-40℃的磷酸盐溶液中浸泡10-30分钟。
该磷酸盐溶液的制备过程为：将磷酸钠、高锰酸钾、缓蚀剂与水混合，以形成混合液，该混合液中磷酸钠、高锰酸钾和缓蚀剂的浓度分别为50-150g/L、10-100g/L和2-8g/L，然后向该混合液中添加磷酸，直至将该混合液的pH值调节为2.5-4。
封孔处理的具体方法为：将经过化学转化处理的镁合金轧制板材在温度为50℃-100℃、10-100g/L的水玻璃溶液中浸泡10-30分钟。
步骤203、分别在上层镁合金面板的下表面和下层镁合金面板的上表面，涂覆弱碱性高强度胶。
将经过表面预处理的上层镁合金面板的下表面和下层镁合金面板的上表面，即上层镁合金面板和下层镁合金面板与铝蜂窝芯的接触面，用酒精清洗、吹干，然后涂覆弱碱性高强度胶，该弱碱性高强度胶的用量可以为300-800g/m2。其中，该弱碱性高强度胶优选为弱碱性聚合物胶，该弱碱性聚合物胶的pH范围为7.0＜pH≤8.5。
此外，在具体实施过程中，除了在上层镁合金面板的下表面和下层镁合金面板的上表面涂覆弱碱性高强度胶以外，也可以在铝蜂窝芯的上表面和下表面页涂覆弱碱性高强度胶。
步骤204、按照由上至下的顺序，将上层镁合金面板、铝蜂窝芯以及下层镁合金面板相互对应贴合，进行热压固化处理形成由上至下依次包括有上层镁合金面板、第一粘胶层、铝蜂窝芯、第二粘胶层以及下层镁合金面板的镁铝蜂窝板。
根据应用对象的具体要求，商业定制制定化学成分的铝蜂窝芯，按照由上至下的顺序，将涂覆过弱碱性高强度胶的上层镁合金面板、铝蜂窝芯以及涂覆过弱碱性高强度胶的下层镁合金面板相互对应贴合，然后对贴合后的上层镁合金面板、铝蜂窝芯以及下层镁合金面板进行加热加压，以使弱碱性高强度胶形成的第一粘胶层和第二粘胶层固化，将上层镁合金面板、铝蜂窝和下层镁合金面板粘结在一起，在空气中自然冷却，最后制成由上至下依次包括有上层镁合金面板、第一粘胶层、铝蜂窝芯、第二粘胶层以及下层镁合金面板的镁铝蜂窝板。
本发明实施例提供的镁铝蜂窝板的制备方法，由于该镁铝蜂窝板使用异质材料，即采用镁合金作为上下面板、采用铝蜂窝芯作为板芯，所以需要采用阳极氧化和封孔处理或化学转化和封孔处理对镁合金轧制板材进行表面绝缘化处理，以实现镁合金面板与铝蜂窝芯之间的电化学隔离，并且采用弱碱性聚合物胶对镁合金面板和铝蜂窝芯进行可靠连接；与现有的铝蜂窝板相比，该镁铝蜂窝板具有以下优点：强度高于或不低于同规格的铝蜂窝板；重量(单位面积质量)比铝蜂窝板降低约25-35％，弯曲强度比铝蜂窝板提高20％；隔声性能比铝蜂窝板提高3-20分贝。采用本发明实施例提供的镁-铝蜂窝板在航天器、飞行器、轻量化高速列车、城市轨道列车等交通运输装备中作为壁板、地板和/或隔板等部件，可以实现大幅度减重、节能减排、降低噪音和振动。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (4)
1.一种镁铝蜂窝板，其特征在于，由上至下依次包括上层镁合金面板、第一粘胶层、铝蜂窝芯、第二粘胶层以及下层镁合金面板，其中，所述上层镁合金面板和所述下层镁合金面板为镁合金轧制板材经去应力退火处理而成，且表面处理成为耐腐蚀膜，所述第一粘胶层和所述第二粘胶层由弱碱性高强度胶形成；所述上层镁合金面板、第一粘胶层、铝蜂窝芯、第二粘胶层以及下层镁合金面板经过热压固化成型为所述镁铝蜂窝板；
上述镁铝蜂窝板的制备方法，包括：
对经过去应力退火处理的镁合金轧制板材进行表面预处理，获得表面具有耐腐蚀膜的上层镁合金面板和下层镁合金面板；
分别在所述上层镁合金面板的下表面和所述下层镁合金面板的上表面，涂覆弱碱性高强度胶；
按照由上至下的顺序，将所述上层镁合金面板、所述铝蜂窝芯以及所述下层镁合金面板相互对应贴合，经过热压固化处理形成由上至下依次包括有上层镁合金面板、第一粘胶层、铝蜂窝芯、第二粘胶层以及下层镁合金面板的所述镁铝蜂窝板；
所述耐腐蚀膜具体为经阳极氧化和封孔处理获得的阳极氧化膜或经化学转化和封孔处理获得的化学转化膜；所述阳极氧化和封孔处理包括依次进行的阳极氧化处理和封孔处理；
所述阳极氧化处理的过程为：将所述经过去应力退火处理的镁合金轧制板材，在温度为35℃-55℃、电流密度为50-80mA/cm2的电解液中氧化25-35分钟；
其中，所述电解液包括：氢氧化钠、偏铝酸钠、碳酸钠、硅酸钠、氟硼酸钠和水；其中，所述电解液中氢氧化钠、偏铝酸钠、碳酸钠、硅酸钠和氟硼酸钠的浓度分别为10-40g/L、20-60g/L、0.5-5g/L、0.5-5g/L和0.5-5g/L；
所述封孔处理的过程为：将经过阳极氧化处理的所述镁合金轧制板材在温度为50℃-100℃、10-100g/L的水玻璃溶液中浸泡10-30分钟。
2.根据权利要求1所述的镁铝蜂窝板，其特征在于，所述弱碱性高强度胶的PH值范围为7.0＜pH≤8.5。
3.根据权利要求1所述的镁铝蜂窝板，其特征在于，所述去应力退火处理的过程为：
将所述镁合金轧制板材在200℃下加热30分钟，然后冷却。
4.根据权利要求1所述的镁铝蜂窝板，其特征在于，所述化学转化和封孔处理包括依次进行的化学转化处理和封孔处理；
所述化学转化处理的过程为：将所述经过去应力退火处理的镁合金轧制板材在温度为30℃-40℃的磷酸盐溶液中浸泡10-30分钟；
其中，所述磷酸盐溶液的制备过程为：将磷酸钠、高锰酸钾、缓蚀剂与水混合形成混合液，所述混合液中磷酸钠、高锰酸钾和缓蚀剂的浓度分别为50-150g/L、10-100g/L和2-8g/L；用磷酸将所述混合液的pH值调节为2.5-4；
所述封孔处理的过程为：将经过化学转化处理的所述镁合金轧制板材在温度为50℃-100℃、10-100g/L的水玻璃溶液中浸泡10-30分钟。
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