CN102416714B - 一种点阵金属-泡沫铝复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种点阵金属-泡沫铝复合材料的制备方法，将点阵金属材料(包括波纹结构和金字塔结构)与切割的泡沫铝胶接复合获得多功能复合多孔材料。本发明实现点阵金属材料和泡沫铝复合结构的制备。这种点阵金属-泡沫铝复合结构夹层板，在交通运输、机械制造、军事领域具有广泛应用前景，它可以有效减轻结构重量，改善冲击变形、磁屏蔽性能，尤其在机械制造行业中，更可以发挥其高强度、高刚度和优良的阻尼性能，另外具有较低的制造成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种金属-泡沫铝复合材料的制备方法，具体涉及一种点阵金属-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。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应用其有冲击能量吸收、隔振及隔音等，但是结构刚度和强度均比点阵结构芯材低等缺点，横向抗剪切强度及承载能力较低，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，采用钎焊或激光焊将金字塔结构芯体与面板焊接制成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，采用钎焊或激光焊将波纹芯体与面板焊接制成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5；
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金字塔结构点阵金属夹层板或波纹结构点阵金属夹层板的孔中进行填充，将空间孔结构全部插满，静置或于40～60℃烘箱中固化，得到点阵金属-泡沫铝复合材料。
本发明的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。
所述的泡沫铝为泡沫纯铝或泡沫铝合金。
所述的胶粘剂为聚氨酯或环氧树脂类。
按本发明的制备方法制成的点阵金属-泡沫铝复合材料，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全部插满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；
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全部插满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。
本发明应用点阵金属优异的力学性能以及泡沫的隔声、吸能、减震的各自优势，将两种结构复合可以结合两者的优点，实现多功能的耦合。获得综合性能更加优异的结构功能一体化材料。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。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，具有更低的成本。
附图说明
图1波纹结构夹层板的结构示意图；
图2金字塔点阵夹层板的结构示意图。
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。
实施例1：1)首先，将碳钢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，采用钎焊将金字塔结构芯体1与面板2焊接制成金字塔结构点阵金属夹层板，参见图2；
2)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纯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；
3)最后，在三角棱柱或者梯形棱柱5与金字塔结构芯体1接触面上均匀涂覆一层铸工胶，然后将三角棱柱或者梯形棱柱5插入金字塔结构点阵金属夹层板的孔4中，将空间孔结构全部插满，静置或于40～60℃烘箱中固化，得到点阵金属-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2：1)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，采用激光焊将金字塔结构芯体1与面板2焊接制成金字塔结构点阵金属夹层板，参见图2，；
2)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合金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；
3)最后，在三角棱柱或者梯形棱柱5与金字塔结构芯体1接触面上均匀涂覆一层乐泰胶，然后将三角棱柱或者梯形棱柱5插入金字塔结构点阵金属夹层板的孔4中，将空间孔结构全部插满，静置或于40～60℃烘箱中固化，得到点阵金属-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0.54～0.81g/cm3，孔隙率70～80％。
实施例3：1)首先将平整过的碳钢钢板采用模压、折叠技术形成波纹结构芯体3，然后将形成的波纹结构芯体3和面板2清洗去除油污和锈迹，采用钎焊或激光焊将波纹芯体3与面板2焊接制成波纹结构点阵金属夹层板，参见图1；
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纯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；
3)最后，在三角棱柱或者梯形棱柱5与波纹结构芯体3接触面上均匀涂覆一层铸工胶，然后将三角棱柱或者梯形棱柱5插入波纹结构点阵金属夹层板的孔4中，将空间孔结构全部插满，静置或于40～60℃烘箱中固化，得到点阵金属-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0.27～0.54g/cm3，孔隙率80～95％。
实施例4：1)首先将平整过的不锈钢板采用模压、折叠技术形成波纹结构芯体3，然后将形成的波纹结构芯体3和面板2清洗去除油污和锈迹，采用钎焊或激光焊将波纹芯体3与面板2焊接制成波纹结构点阵金属夹层板，参见图1；
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合金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；
3)最后，在三角棱柱或者梯形棱柱5与波纹结构芯体3接触面上均匀涂覆一层乐泰胶，然后将三角棱柱或者梯形棱柱5插入波纹结构点阵金属夹层板的孔4中，将空间孔结构全部插满，静置或于40～60℃烘箱中固化，得到点阵金属-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0.54～0.81g/cm3，孔隙率70～80％。
实施例5：1)首先，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，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，采用钎焊或激光焊将金字塔结构芯体1与面板2焊接制成金字塔结构点阵金属夹层板，参见图2；
2)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纯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；
3)最后，在三角棱柱或者梯形棱柱5与金字塔结构芯体1接触面上均匀涂覆一层铸工胶，然后将三角棱柱或者梯形棱柱5插入金字塔结构点阵金属夹层板的孔4中，将空间孔结构全部插满，静置或于40～60℃烘箱中固化，得到点阵金属-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6：1)首先将平整过的镍板采用模压、折叠技术形成波纹结构芯体3，然后将形成的波纹结构芯体3和面板2清洗去除油污和锈迹，采用钎焊或激光焊将波纹芯体3与面板2焊接制成波纹结构点阵金属夹层板；
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合金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；
3)最后，在三角棱柱或者梯形棱柱5与波纹结构芯体3接触面上均匀涂覆一层乐泰胶，然后将三角棱柱或者梯形棱柱5插入波纹结构点阵金属夹层板的孔4中，将空间孔结构全部插满，静置或于40～60℃烘箱中固化，得到点阵金属-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0.27～0.54g/cm3，孔隙率80～95％。
Claims (7)
1.一种点阵金属-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，采用钎焊或激光焊将金字塔结构芯体(1)与面板(2)焊接制成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，采用钎焊或激光焊将波纹芯体(3)与面板(2)焊接制成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)插入金字塔结构点阵金属夹层板或波纹结构点阵金属夹层板的孔(4)中进行填充，将空间孔(4)结构全部插满，静置或于40～60℃烘箱中固化，得到点阵金属-泡沫铝复合材料。
2.根据权利要求1所述点阵金属-泡沫铝复合材料的制备方法，其特征在于：所述的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：所述的泡沫铝为泡沫纯铝或泡沫铝合金。
6.根据权利要求1所述点阵金属-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。
7.一种如权利权利要求1所述的点阵金属-泡沫铝复合材料的制备方法制成的点阵金属-泡沫铝复合材料，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全部插满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；
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全部插满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。
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|---|
| "多孔金属夹层板在冲击载荷作用下的动态响应";赵桂平等;《力学学报》;20080331;第40卷(第2期);第194-206页 * |
| 赵桂平等."多孔金属夹层板在冲击载荷作用下的动态响应".《力学学报》.2008,第40卷(第2期),第194-206页. |
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