CN102390136B - 一种多层点阵金属-泡沫铝复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种多层点阵金属-泡沫铝复合材料的制备方法，将点阵金属芯体(包括波纹结构和金字塔结构)与钢板逐层焊接获得多层点阵金属夹层板，然后与切割的泡沫铝胶接复合获得多层点阵金属-泡沫铝复合材料。本发明实现多层点阵金属材料的制备与多层点阵金属和泡沫铝的复合，获得多层点阵金属-泡沫铝复合材料夹层板。这种多层点阵金属-泡沫铝复合材料夹层板，在安全防护、军事等领域具有广泛的应用前景，它能十分有效的减轻结构重量，改善冲击变形性能，尤其在人员和设备的安全防护中，其优异的缓冲吸能效果，低密度，高比强度、比刚度与实体材料相比具有明显的优势，另外其制造成本也较低。
Description
技术领域
本发明涉及一种金属-泡沫铝复合材料及其制备方法，具体涉及一种多层点阵金属-泡沫铝复合材料及其制备方法。
背景技术
超轻多孔金属材料是近些年来随着材料制备以及机械加工技术的迅速发展而出现的一类新颖多功能材料，具有结构功能一体化的特征。其芯体具有高孔隙率，其微结构按规则程度可分为无序和有序两大类，前者包括闭孔泡沫铝材料，而后者包括二维点阵材料(如波纹结构)与三维桁架结构(如金字塔结构、四面体结构)。
目前，通常的多孔金属夹层板多为泡沫铝或波纹等单一结构，仅具备单种功能，或单种功能较强而其它功能弱化，如闭孔硬质泡沫铝作芯材的主要优点是具有冲击能量吸收率高、隔振及隔音等特性，但同时具有结构刚度和强度均比点阵结构芯材低，横向抗剪切强度及承载能力较低等缺点，这严重限制了泡沫芯夹层结构在主结构上的应用。点阵金属夹层板横向抗剪切强度及承载能力较高，但耗能性能较差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结合点阵金属和泡沫铝各自优势，通过复合的方式实现各自的功能优势集成，实现多种功能融合于一身的多层点阵金属-泡沫铝复合材料及其制备方法。
为达到上述目的，本发明的制备方法如下：
1)首先将冲孔菱形网或平整过的拉伸网采用模压、折叠技术形成金字塔芯体，然后将金字塔芯体和面板清洗去除油污和锈迹，采用钎焊或激光焊逐层将金字塔结构芯体与面板焊接制成多层金字塔结构点阵金属夹层板；
或者首先将平整过的金属板材采用模压、折叠技术形成波纹结构芯体，然后将波纹结构芯体和面板清洗去除油污和锈迹，采用钎焊或激光焊逐层将波纹芯体与面板焊接制成多层波纹结构点阵金属夹层板；
2)然后，根据金字塔结构芯体或波纹结构芯体中孔的空间尺寸，采用切割机将块状泡沫铝切割成与金字塔结构芯体或波纹结构芯体中孔的空间尺寸相适应的三角棱柱或者梯形棱柱；
3)最后，在三角棱柱或者梯形棱柱与金字塔结构芯体或波纹结构芯体接触面上均匀涂覆一层胶粘剂，然后将三角棱柱或者梯形棱柱插入多层金字塔结构点阵金属夹层板或多层波纹结构点阵金属夹层板的孔中进行填充，静置或于40～60℃烘箱中固化，得到多层点阵金属-泡沫铝复合材料。
所述的冲孔菱形网的材质为碳钢、不锈钢、纯铝、铝合金或钛合金。
所述的拉伸网为钢板网、铝板网、钛板网或镍板网。
所述的金属板材为碳钢钢板、不锈钢板、铝板、钛板或镍板。
所述的胶粘剂为聚氨酯或环氧树脂类。
所述的多层波纹结构点阵金属夹层板各层的波纹结构芯体采用正交或平行排列，其中平行排列包括波纹三角形顶点正对和错开两种形式。
所述的泡沫铝的填充采用单独填充多层金字塔结构点阵金属夹层板或多层波纹结构点阵金属夹层板的孔的任意一层或多层孔隙。
所述的填充层采用间隔性填充。
按本发明的制备方法制成的复合材料，该复合材料由金字塔结构芯体与面板构成的金字塔结构点阵金属夹层板以及填充在该金字塔结构点阵金属夹层板的金字塔结构芯体的孔内的泡沫铝组成，泡沫铝的填充采用单独填充多层金字塔结构点阵金属夹层板的孔的任意一层或多层孔隙；
或由波纹芯体与面板制成的波纹结构点阵金属夹层板以及间隔性填充在该波纹结构点阵金属夹层板的波纹结构芯体的孔中的泡沫铝组成，泡沫铝的填充采用单独填充多层波纹结构点阵金属夹层板的孔的任意一层或多层孔隙，填充层采用间隔性填充。
本发明将两种结构复合从而结合了两者的优点，获得综合性能更加优异的结构功能一体化材料，同时多余的孔隙结构也有利于进一步的功能复合。例如，波纹板(压缩峰值强度12.3MPa)与泡沫铝(压缩峰值强度13.0MPa)复合后压缩峰值强度成倍提高到41.2MPa。由于点阵金属优异的力学性能以及泡沫铝的隔声、吸能、减震的各自优势，实现多功能的耦合，与蜂窝结构相比，本发明具有通孔结构，更便于与泡沫的复合，剩余孔隙更利于进一步进行其它多功能复合，且具有更低的制造成本。
附图说明
图1是三角形顶点正对的平行结构的双层波纹板点阵金属结构示意图；
图2是三角形顶点错开的平行结构的双层波纹板点阵金属结构示意图；
图3是正交结构的双层波纹板点阵金属结构示意图；
图4是平行结构顺序排列的双层金字塔点阵金属结构示意图；
图5是平行结构顶点正对的双层金字塔点阵金属结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明首先将冲孔菱形网或平整过的拉伸网采用模压、折叠技术形成金字塔芯体1，然后将金字塔芯体1和面板2清洗去除油污和锈迹，采用钎焊或激光焊逐层将金字塔结构芯体1与面板2焊接制成多层金字塔结构点阵金属夹层板；或者首先将平整过的金属板材采用模压、折叠技术形成波纹结构芯体3，然后将波纹结构芯体3和面板2清洗去除油污和锈迹，采用钎焊或激光焊逐层将波纹芯体3与面板2焊接制成多层波纹结构点阵金属夹层板；然后，根据金字塔结构芯体1或波纹结构芯体3中孔4的空间尺寸，采用切割机将块状泡沫铝切割成与金字塔结构芯体1或波纹结构芯体3中孔4的空间尺寸相适应的三角棱柱或者梯形棱柱5；最后，在三角棱柱或者梯形棱柱5与金字塔结构芯体1或波纹结构芯体3接触面上均匀涂覆一层胶粘剂，然后将三角棱柱或者梯形棱柱5插入多层金字塔结构点阵金属夹层板或多层波纹结构点阵金属夹层板的孔4中进行填充，静置或于40～60℃烘箱中固化，得到多层点阵金属-泡沫铝复合材料。所述的填充为选择性的填充，如图1至图5中所示I，II，III，IV所示位置选择组合填充。
实施例1：首先将平整过的钢板采用模压、折叠技术形成波纹结构芯体3，然后将波纹结构芯体3和面板2清洗去除油污和锈迹，采用钎焊或激光焊逐层将波纹芯体3与面板2焊接制成2～4层的波纹结构点阵金属夹层板，其中波纹结构点阵金属夹层板的波纹结构芯体采用平行排列的波纹三角形顶点正对的结构形式(见图1)；然后，根据波纹结构芯体3中孔4的空间尺寸，采用切割机将块状泡沫铝切割成与波纹结构芯体3中孔4的空间尺寸相适应的三角棱柱或者梯形棱柱5；在棱柱体与波纹结构芯体接触面均匀涂覆一层铸工胶，然后将棱柱体插入波纹结构中，将空间孔结全部填满。静置或者烘箱中至40℃～60℃固化，获得多层点阵金属-泡沫铝复合材料。其中波纹芯体的相对密度为1～15％，泡沫铝密度0.1～0.54g/cm3，孔隙率80～95％。
实施例2：首先将平整过的钢板采用模压、折叠技术形成波纹结构芯体3，然后将波纹结构芯体3和面板2清洗去除油污和锈迹，采用钎焊或激光焊逐层将波纹芯体3与面板2焊接制成2～4层的波纹结构点阵金属夹层板，其中波纹结构点阵金属夹层板的波纹结构芯体采用平行排列三角形顶点错开的结构形式(见图2)，然后，根据波纹结构芯体3中孔4的空间尺寸，采用切割机将块状泡沫铝切割成与波纹结构芯体3中孔4的空间尺寸相适应的三角棱柱或者梯形棱柱5；在棱柱体与波纹结构芯体接触面均匀涂覆一层铸工胶，然后将棱柱体插入夹层板中，将空间孔结构选择性的填充，仅第1层全部填满泡沫铝(见图2)。静置或者烘箱中至40℃～60℃固化，获得多层点阵金属-泡沫铝复合材料。其中波纹芯体的相对密度为1～15％，泡沫铝密度0.1～0.54g/cm3，孔隙率80～95％。
实施例3：首先将平整过的钢板采用模压、折叠技术形成波纹结构芯体3，然后将波纹结构芯体3和面板2清洗去除油污和锈迹，采用钎焊或激光焊逐层将波纹芯体3与面板2焊接制成2-4层的波纹结构点阵金属夹层板，其中波纹结构点阵金属夹层板的波纹结构芯体采用正交的结构形式(见图3)；然后，根据波纹结构芯体3中孔4的空间尺寸，采用切割机将块状泡沫铝切割成与波纹结构芯体3中孔4的空间尺寸相适应的三角棱柱或者梯形棱柱5；在棱柱体与芯体接触面均匀涂覆一层铸工胶，然后将棱柱体插入2～4层波纹结构夹层板中的任意一层进行填充，填充层采用间隔性填充(见图3)。静置或者烘箱中至40℃～60℃固化，获得多层点阵金属-泡沫铝复合材料。其中波纹芯体的相对密度为1～10％，泡沫铝密度0.1～0.54g/cm3，孔隙率80～95％。
实施例4：首先将冲孔菱形网或平整过的拉伸网采用模压、折叠技术形成金字塔芯体1，然后将金字塔芯体1和面板2清洗去除油污和锈迹，采用钎焊或激光焊逐层将金字塔结构芯体1与面板2焊接制成2～4层金字塔结构点阵金属夹层板，其中金字塔结构点阵金属夹层板的金字塔芯体采用平行结构顺序排列的方式(见图4)；然后，根据金字塔结构芯体1中孔4的空间尺寸，采用切割机将块状泡沫铝切割成与金字塔结构芯体1中孔4的空间尺寸相适应的三角棱柱或者梯形棱柱5；在棱柱体与芯体接触面均匀涂覆一层铸工胶，然后将棱柱体插入夹层板中，将空间孔结构全部填满。静置或者烘箱中至40℃～60℃固化，就获得点阵金属-泡沫铝复合材料。其中金字塔点阵的相对密度为1～10％，泡沫铝密度0.1～0.54g/cm3，孔隙率80～95％。
实施例5：首先，将平整过的拉伸钢板网采用模压、折叠技术形成金字塔结构芯体1，然后将形成的金字塔结构芯体1和面板2清洗去除油污和锈迹，逐层将金字塔结构芯体1与面板2焊接制成2～4层金字塔结构点阵金属夹层板，其中金字塔结构点阵金属夹层板的金字塔芯体采用平行结构顶点正对的排列方式(见图5)；然后，根据金字塔结构芯体1中孔4的空间尺寸，采用切割机将块状泡沫铝切割成与金字塔结构芯体1中孔4的空间尺寸相适应的三角棱柱或者梯形棱柱5；在棱柱体与芯体接触面均匀涂覆一层铸工胶，然后将棱柱体插入夹层板中，将空间孔结构全部填满。静置或者烘箱中至40℃～60℃固化，获得点阵金属-泡沫铝复合材料。其中金字塔点阵的相对密度为1～10％，泡沫铝密度0.1～0.54g/cm3，孔隙率80～95％。
实施例6：首先，将钛合金冲孔菱形网采用模压、折叠技术形成金字塔结构芯体1，然后将形成的金字塔结构芯体1和面板2清洗去除油污和锈迹，采用钎焊或激光焊逐层将金字塔结构芯体1与面板2焊接制成2～4层的金字塔结构点阵金属夹层板，然后，根据金字塔结构芯体1中孔4的空间尺寸，采用切割机将块状泡沫铝切割成与金字塔结构芯体1中孔4的空间尺寸相适应的三角棱柱或者梯形棱柱5；在棱柱体与芯体接触面均匀涂覆一层铸工胶，然后将棱柱体插入多层金字塔结构点阵夹层板中，将空间孔结构选择性的填充，金字塔顶点错开结构(图4所示)采用第I，III部分填满泡沫铝，金字塔顶点正对结构采用第I，IV部分填满泡沫铝。静置或者烘箱中至40℃～60℃固化，获得点阵金属-泡沫铝复合材料。其中金字塔点阵的相对密度为1～10％，泡沫铝密度0.1～0.54g/cm3，孔隙率80～95％。
实施例7：首先，将纯铝冲孔菱形网采用模压、折叠技术形成金字塔结构芯体1，然后将形成的金字塔结构芯体1和面板2清洗去除油污和锈迹，采用钎焊或激光焊逐层将金字塔结构芯体1与面板2焊接制成2～4层的金字塔结构点阵金属夹层板，然后，根据金字塔结构芯体1中孔4的空间尺寸，采用切割机将块状泡沫铝切割成与金字塔结构芯体1中孔4的空间尺寸相适应的三角棱柱或者梯形棱柱5；在棱柱体与芯体接触面均匀涂覆一层乐泰胶，然后将棱柱体插入夹层板中，将空间孔结构选择性的填充，2～3层金字塔结构夹层板仅填满第1层泡沫铝，4层金字塔结构夹层板仅在第1层和第2层填满泡沫铝。静置或者烘箱中至40℃～60℃固化，就获得点阵金属-泡沫铝复合材料。其中金字塔点阵的相对密度为1～10％，泡沫铝密度0.1～0.54g/cm3，孔隙率80～95％。
Claims (10)
1.一种多层点阵金属-泡沫铝复合材料的制备方法，其特征在于：
1)首先将冲孔菱形网或平整过的拉伸网采用模压、折叠技术形成金字塔芯体(1)，然后将金字塔芯体(1)和面板(2)清洗去除油污和锈迹，采用钎焊或激光焊逐层将金字塔结构芯体(1)与面板(2)焊接制成多层金字塔结构点阵金属夹层板；
或者首先将平整过的金属板材采用模压、折叠技术形成波纹结构芯体(3)，然后将波纹结构芯体(3)和面板(2)清洗去除油污和锈迹，采用钎焊或激光焊逐层将波纹芯体(3)与面板(2)焊接制成多层波纹结构点阵金属夹层板；
2)然后，根据金字塔结构芯体(1)或波纹结构芯体(3)中孔(4)的空间尺寸，采用切割机将块状泡沫铝切割成与金字塔结构芯体(1)或波纹结构芯体(3)中孔(4)的空间尺寸相适应的三角棱柱或者梯形棱柱(5)；
3)最后，在三角棱柱或者梯形棱柱(5)与金字塔结构芯体(1)或波纹结构芯体(3)接触面上均匀涂覆一层胶粘剂，然后将三角棱柱或者梯形棱柱(5)插入多层金字塔结构点阵金属夹层板或多层波纹结构点阵金属夹层板的孔(4)中进行填充，静置或于40～60℃烘箱中固化，得到多层点阵金属-泡沫铝复合材料。
2.根据权利要求1所述多层点阵金属-泡沫铝复合材料的制备方法，其特征在于：所述的冲孔菱形网的材质为碳钢、不锈钢、纯铝、铝合金或钛合金。
3.根据权利要求1所述多层点阵金属-泡沫铝复合材料的制备方法，其特征在于：所述的拉伸网为钢板网、铝板网、钛板网或镍板网。
4.根据权利要求1所述多层点阵金属-泡沫铝复合材料的制备方法，其特征在于：所述的金属板材为碳钢钢板、不锈钢板、铝板、钛板或镍板。
5.根据权利要求1所述多层点阵金属-泡沫铝复合材料的制备方法，其特征在于：所述的胶粘剂为聚氨酯或环氧树脂类。
6.根据权利要求1所述多层点阵金属-泡沫铝复合材料的制备方法，其特征在于：所述的多层波纹结构点阵金属夹层板各层的波纹结构芯体采用正交或平行排列，其中平行排列包括波纹三角形顶点正对和错开两种形式。
7.根据权利要求1所述多层点阵金属-泡沫铝复合材料的制备方法，其特征在于：所述的泡沫铝的填充采用单独填充多层金字塔结构点阵金属夹层板或多层波纹结构点阵金属夹层板的孔4的任意一层或多层孔隙。
8.根据权利要求7所述多层点阵金属-泡沫铝复合材料的制备方法，其特征在于：所述的填充层采用间隔性填充。
9.一种如权利要求1所述的多层点阵金属-泡沫铝复合材料的制备方法制成的复合材料，其特征在于：该复合材料由金字塔结构芯体(1)与面板(2)构成的金字塔结构点阵金属夹层板以及填充在该金字塔结构点阵金属夹层板的金字塔结构芯体(1)的孔(4)内的泡沫铝组成，泡沫铝的填充采用单独填充多层金字塔结构点阵金属夹层板的孔(4)的任意一层或多层孔隙；
或由波纹芯体(3)与面板(2)制成的波纹结构点阵金属夹层板以及间隔性填充在该波纹结构点阵金属夹层板的波纹结构芯体(3)的孔(4)中的泡沫铝组成，泡沫铝的填充采用单独填充多层波纹结构点阵金属夹层板的孔(4)的任意一层或多层孔隙。
10.根据权利要求9所述的多层点阵金属-泡沫铝复合材料，其特征在于：所述的填充层采用间隔性填充。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| C06 | Publication | ||
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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Application publication date: 20120328 Assignee: Nanjing long fine machine light material Co., Ltd. Assignor: Xi'an Jiaotong University Contract record no.: 2016610000030 Denomination of invention: Method for preparing multilayered lattice metal and foamed aluminium composite material Granted publication date: 20140423 License type: Exclusive License Record date: 20160620 |
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| LICC | Enforcement, change and cancellation of record of contracts on the licence for exploitation of a patent or utility model | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20140423 Termination date: 20160816 |