CN101773993B - 泡沫铝夹芯结构的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种泡沫铝夹芯结构的制备方法，采用线切割或其他机械加工方法，将泡沫铝加工成符合要求的任意尺寸样品；对泡沫铝表面进行除锈去油处理；将K3AlF6和KAlF4按1∶1～2混合后加热至熔融状态再冷却结晶，将结晶物磨成粉状，将粉末加入水，调制成1∶2～4的悬浊液，均匀涂抹在泡沫铝工件表面；将处理好的泡沫铝工件置入模具并放入温度为520℃～585℃的炉中保温2分钟，然后取出模具，将加热到500～580℃的熔融铝合金熔液注入模具，冷却后即得到泡沫铝夹芯结构。具有制备效率高、工艺简单、成本低、易实现流水作业的特点。

Description

泡沫铝夹芯结构的制备方法
技术领域
本发明涉及一种制备泡沫铝夹芯结构的方法。
背景技术
泡沫铝夹芯结构是一种以泡沫铝作为芯材，以实体铝作为表层材料的一种轻质高比强度、高比刚度结构件。由于夹芯材料是泡沫铝，因此它同时具备冲击能量吸收、隔声、吸声、电磁屏蔽等性能，实现了结构材料的多功能化，具有广阔的应用前景。特别是在航天、航空、航海、陆上等交通工具上作为承重结构件使用，将能大幅降低能耗、提高运输能力及运输速度。目前泡沫铝夹芯结构的制造方法主要有两种，一种是将泡沫铝和铝板用金属胶粘合在一起，缺点是不耐高温，易老化，只能制备板材，不能制备异型件；另一种方法是采用粉末冶金发泡工艺，缺点是工艺复杂、效率低、成本高、高孔隙率泡沫铝三明治板制备困难。
发明内容
针对现有技术存在的缺点，本发明公开了一种用铸造法制备泡沫铝夹芯结构的方法，该方法具有制备效率高、工艺简单、成本低、易实现流水作业的特点。
第一步：采用线切割将泡沫铝加工成符合使用要求的任意尺寸结构件(可以是平板或异型件)，经洗净烘干后对其表用碱液及酸液进行除锈去油处理，然后用清水洗净并烘干。
第二步：将K3AlF6和KAlF4按1∶1～2混合后加热至熔融状态再冷却结晶，将结晶物磨成粉状。
第三步：将粉末加入水，调制成粉末∶水＝1∶2～4的悬浊液，均匀涂抹在泡沫铝工件表面。
第四步：将泡沫铝工件置入模具，然后放入520℃～585℃保温2分钟。
第五步：取出模具，将加热到500～580℃的熔融铝合金熔液注入模具，冷却后即得到泡沫铝夹芯结构。
铝合金成分包括Al、Si、Zn、Cu(可根据实际要求选用)、Mg(可根据实际要求选用)，其质量百分比为，Si：5％～13％，Zn：0.1％～10％，Cu：0～6％，Mg：0～5％，余量铝。除锈去油处理是先将泡沫铝浸入20～35g/L的NaOH，20～30g/L的Na2CO3水熔液中，溶液温度40～60℃，时间2～6分钟，然后放入15％HNO3水熔液中浸泡约1～5分钟后取出并用清水洗净。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1.本发明利用K3AlF6与KAlF4的共晶体在熔融状态下铺展到泡沫铝工件表面并溶解工件表面的氧化膜。将加热到浇铸温度的铝合金熔液注入模具后，铝合金熔液向泡沫铝基体内扩散，形成固熔体。泡沫铝基体内也会有少量铝熔进铝合金熔液，冷却后即达到冶金结合。不会发生胶结所遇到的老化问题。
2.本发明中，铝合金中适量的Mg也可以起到还原剂的作用，破坏Al表面的氧化膜。
3.本发明中，铝硅合金熔点在520℃～610℃，接近纯铝熔点667℃，因此耐高温性能远优于胶接。
4.本发明中，泡沫铝芯材可以加工成任意形状，而胶接的泡沫铝夹芯结构只能加工成简单的板状。
5.本发明中，泡沫铝芯材采用发泡法制得，因此芯材孔隙率可以比粉末冶金法的芯材高很多。
6.本发明中，夹芯结构的外表面是一个整体，没有接缝，因此受力时不会有缺口应力集中。
7.本发明简便易行，非常容易实现大规模流水作业。
具体实施方式
实施例1
泡沫铝夹芯板制备：
第一步：将泡沫铝用线切割割成尺寸为200mm×200mm×20mm的平板。
第二步：对泡沫铝进行除锈去油处理。
第三步：将K3AlF6和KAlF4按1∶1～2混合后加热至熔融状态再冷却结晶，将结晶物磨成粉状。
第四步：将粉状结晶物加入水中，按重量百分比1∶2调制成悬浊液，均匀涂抹在泡沫铝表面。
第五步：将处理好的泡沫铝置入模具，模具内腔尺寸为200mm×200mm×30mm，泡沫铝板与模具2壁间隔均为5mm。
第六步：将模具送入已升温至520℃～585℃的炉中保温2分钟后取出。
第七步：立即将加热到570℃～585℃的铝合金熔液浇入模具。
本实施例中，铝合金成分为(重量百分比)，Si：11％，Zn：0.1％，Cu：0.3％，Mg：0.1％，余量铝。除锈去油处理是先将泡沫铝浸入20～35g/L的NaOH，20～30g/L的Na2CO3水熔液中，溶液温度40～60℃，时间2～6分钟，然后放入15％HNO3水熔液中浸泡约1～5分钟后取出并用清水洗净。
实施例2
泡沫铝夹芯空心圆管制备：
第一步：将泡沫铝用线切割割成外环直径80mm、内环直径60mm、长300mm的圆柱环。
第二步：对泡沫铝进行除锈去油处理。
第三步：将K3AlF6和KAlF4按1∶1～2混合后加热至熔融状态再冷却结晶，将结晶物磨成粉状。
第四步：将粉状结晶物加入水中，按重量百分比1∶2调制成悬浊液，均匀涂抹在泡沫铝表面。
第五步：将处理好的泡沫铝置入模具，二内壁距离泡沫铝均为2mm，长度300mm。
第六步：将模具送入已升温至520℃～585℃的炉中保温2分钟后取出。
第七步：立即将加热到520℃～585℃的铝合金熔液浇入模具。
本实施例中，铝合金成分为(重量百分比)，Si：11％，Zn：0.1％，Cu：3.5％，余量铝。除锈去油处理是先将泡沫铝浸入20～35g/L的NaOH，20～30g/L的Na2CO3水熔液中，溶液温度40～60℃，时间2～6分钟，然后放入15％HNO3水熔液中浸泡约1～5分钟后取出并用清水洗净。
实施例3
泡沫铝夹芯方梁制备：
第一步：将泡沫铝切割成50mm×50mm×300mm的梁。
第二步：对泡沫铝进行除锈去油处理。
第三步：将K3AlF6和KAlF4按1∶1～2混合后加热至熔融状态再冷却结晶，将结晶物磨成粉状。
第四步：将粉状结晶物加入水中，按重量百分比1∶2调制成悬浊液，均匀涂抹在泡沫铝表面。
第五步：将泡沫铝置入模具内，模具尺寸为60mm×60mm×300mm泡沫铝与模具4内壁间隔为5mm。
第六步：将模具送入已升温至520℃～585℃的炉中保温2分钟后取出。
第七步：立即将加热到560℃～580℃的铝合金熔液浇入模具。
本实施例中，铝合金成分为(重量百分比)，Si：11％，Zn：0.1％，Mg：1％，余量铝。除锈去油处理是先将泡沫铝浸入20～35g/L的NaOH，20～30g/L的Na2CO3水熔液中，溶液温度40～60℃，时间2～6分钟，然后放入15％HNO3水熔液中浸泡约1～5分钟后取出并用清水洗净。

Claims (3)

1.一种泡沫铝夹芯结构的制备方法，其特征在于：
第一步：采用线切割或机械加工方法将泡沫铝加工成符合使用要求的任意尺寸结构件，经洗净烘干后对其表面用碱液及酸液进行除锈去油处理，然后用清水洗净并烘干；
第二步：将K3AlF6和KAlF4按1∶1～2混合后加热至熔融状态再冷却结晶，将结晶物磨成粉状；
第三步：将粉末加入水，调制成粉末∶水＝1∶2～4的悬浊液，均匀涂抹在泡沫铝工件表面；
第四步：将泡沫铝工件置入模具，然后放入520℃～585℃的炉中保温2分钟；
第五步：取出模具，将加热到500～580℃的熔融铝合金熔液注入模具，冷却后即得到泡沫铝夹芯结构。
2.据权利要求1所述泡沫铝夹芯结构的制备方法，其特征在于所用熔融铝合金成分包括Al、Si、Zn、Cu、Mg，其质量百分比为，Si：5％～13％，Zn：0.1％～10％，Cu：0.1％～6％，Mg：0.1％～5％，余量铝。
3.据权利要求1所述泡沫铝夹芯结构的制备方法，其特征在于除锈去油处理是先将泡沫铝浸入NaOH、Na2CO3水溶液中，其中NaOH含量为20～35g/L，Na2CO3含量为20～30g/L，溶液温度40～60℃，时间2～6分钟，然后放入15％HNO3水溶液中浸泡约1～5分钟后取出并用清水洗净。
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