CN103586441B - 提高夹芯梁剥离强度的稀土使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及铝基合金加入稀土，从而提高夹芯梁剥离强度的稀土使用方法。特别是涉及针对提高夹芯梁刚性皮肤内表面与多孔金属内芯表面之间粘结强度、在多孔金属内芯的多孔铝配制过程中，加入0.3wt.%至1wt.%混合轻稀土金属元素，到多孔金属内芯所用的铝基合金中，并控制从搅拌到浇铸过程中的稀土反应动力学时间，在此过程中的稀土保持活性的使用方法。夹芯梁刚性皮肤选用耐海水腐蚀的Q235钢，稀土铝合金多孔内芯中包含不燃的珍珠岩矿石，对腐蚀、阻燃和振动能量传递通畅性要求苛刻的船舶上往复和轮转振动机械或震动部件，诸如风机、压缩机和柴电机组，以其吸能为基础来构筑减振、隔震构件或作为浮筏梁杆，提供了防止能量传递断路的新材料。

Description

提高夹芯梁剥离强度的稀土使用方法

技术领域

本发明涉及铝基合金加入稀土，从而提高夹芯梁剥离强度的稀土使用方法。特别是涉及针对提高夹芯梁刚性皮肤内表面与多孔金属内芯表面之间粘结强度、在多孔金属内芯的多孔铝配制过程中，加入轻稀土金属元素到多孔金属内芯所用的铝基合金，在此过程中的稀土使用方法。

背景技术

具有刚性皮肤、阻尼多孔金属内芯的夹芯梁（metal porous core sandwichbeams），由于其比橡胶钢板具有更好的可烧焊性和耐久性，近年来在许多减振隔振领域，被直接以材料或构造成简单构件使用。其中刚性皮肤选择矩形方钢、多孔金属内芯选择多孔铝或多孔铝基复合材料的组合来构成夹芯梁使用，受到许多行业的关注。

中国专利局2006年6月28日公开的题目为“高镁铝合金-膨胀矿石复合材料的制备方法”的CN1792504号专利，该发明为原位合成以矩形方钢为刚性皮肤、以多孔铝复合材料为阻尼多孔金属内芯的夹芯梁，提供了短流程和低成本构筑夹芯梁的工艺基础。该发明揭示：

将膨化的开孔蛭石颗粒（俗称珍珠岩颗粒）放到模具中，熔化的铝合金液体以差压铸造的形式进入模具，铝合金液体充填到开孔蛭石颗粒的孔隙中，冷却后，打开模具即可获得铝合金-膨胀矿石复合材料。

显然，对于该发明制备方法，以矩形方钢为模具，将开孔蛭石颗粒倒入矩形方钢中，再将合金液体充填到开孔蛭石颗粒的孔隙内，冷却后，去掉原发明中“打开模具”步骤，获得的是带有模具（矩形方钢）的多孔铝合金-膨胀矿石复合材料，其中的“模具”-矩形方钢充当了夹芯梁中刚性皮肤角色。这是称该发明为“原位合成以矩形方钢为刚性皮肤、以多孔铝复合材料为阻尼多孔金属内芯的夹芯梁，提供了短流程和低成本构筑夹芯梁的工艺基础”的直接原因。

显然，该以矩形方钢为刚性皮肤、以多孔铝复合材料为阻尼多孔金属内芯的夹芯梁，如果将其用于减震、减振或隔振环境，尤其是连续振动的轮转机械隔振或减振环境。其振动能量传递途径为：轮转机械振动能量首先传递给刚性皮肤（矩形方钢），刚性皮肤再将能量传递给阻尼内芯，阻尼内芯为耗散该振动能量的主要力量，如果刚性皮肤与阻尼内芯接界界面因为连续振动等被振开，振动能量传递途径发生“断路”，这导致该夹芯梁减振效果骤减或夹芯梁减振失效。可见，提高夹芯梁刚性皮肤内表面与多孔金属内芯表面粘结强度，对防止振动能量传递途径发生“断路”而保证夹芯梁在振动场内的功能效果至关重要。

热浸镀行业，诸如通常的热浸镀铝和热浸镀锌行业，为了增加铝或锌镀层与钢表面的附着力等，向镀液中加入稀土金属，早已在盛产稀土的中国被较多的应用。表1列举了中国专利局公开的代表性发明。

表1 中国专利局公开的热浸镀铝和热浸镀锌行业代表性发明

从表1列举的发明专利中统计稀土加入量的数据可见，稀土数量要求保护的范围五花八门，其中最窄的范围为一个具体数值，数量添加最少的范围为万分之一至万分之二，数量最多的范围为百分之二至百分之八。表1中一些知名的企业和著名的大学或研究单位的发明中，向镀液中加入稀土金属的数量在常规的千分之一至千分之四左右。

作为盛产稀土的中国，稀土作为一种工业“味素”添加到轻合金中，无论是研究、还是应用，对中国而言并不落后。仅就添加数量而言，大量基础研究表明，对于铝合金添加轻稀土制造结构材料或偏重结构材料的结构-功能一体化材料而言，轻稀土添加量通常落在0.1wt.%-0.4wt.%，即千分之一至千分之四左右，更精确的范围在0.2wt.%±0.15wt.%。稀土添加数量精准苛刻问题，30年来一直是困扰业内同行突出的问题，这不仅是稀土数量多成本增加的表面问题，而且是稀土稍微过量，合金性能被劣化；反之，稀土添加量稍微过少，稀土作用又不能显现。这一点在许多科技文章和专利公开中均有揭示，诸如中国专利局公开的申请号为：03126663，200410066349，200710007806，200710066715，200710158226，200910131282，201010506661，201110051346，201110120381，201110120381，201110181871，201110216842，201110304307，201110304308，201210473503，201310048206，201310077593，201310157580，201310243335和201310255298专利中，所揭示的对于铝合金添加轻稀土制造结构材料或偏重结构材料的结构-功能一体化材料过程中，轻稀土添加量通常落在0.1wt.%-0.4wt.%这一范围。

稀土有17种元素，其中镧系元素的原子半径呈现“镧系收缩”现象中具体表现出“双峰效应”，稀土原子半径不同，尤其是“双峰效应”两端半径的陡升或陡降，造成每种稀土添加到铝中所呈现的“四种作用”（细晶强化作用、固溶强化作用、弥散强化作用和时效沉淀强化作用）不同，显然，添加不同的稀土元素到同一种铝合金中其数量理应不同。17种稀土元素有“轻稀土”和“重稀土”之分，显然，在同一种铝合金中，添加“轻”“重”不同的稀土元素，达到预定目标其添加数量也理应不同。铝合金也有不同工业牌号的系列之分；不同系列的铝合金（如6063和5083分别隶属于“6”系和“5”系），由于其铝合金化学元素配方不同，添加稀土元素具体种类和数量不同也是显然的。除上述这些添加种类和数量要素所形成的“稀土-工业味素”添加的苛刻条件外，稀土添加形式，尤其是“时效性”苛刻条件也是稀土同行周知的常识；诸如稀土研究同行周知“挡板钢”案例：为制造坦克“迎弹面”的挡板钢，德国在二战初期发明在钢中加入混合轻稀土（实际形式为火石合金），其加入形式为出钢浇包内的投入法，并且钢浇包充满钢水后不超过1分钟，就立刻挡渣浇铸，否则，时间过长，得不到性能良好的挡板钢，如果将加入浇包中的稀土，等量加入到钢炉中，稀土不会起到任何作用。这仿佛类同于炒菜加入味素，在热菜即将出锅时加入少许味素具有“提鲜”功效，如果在炖菜开始就将等量味素加入锅中，难以获得“提鲜”功效。80年来时至今日，钢中加入稀土形式仅有两种形式，即“包内投入法”和“喂丝法”（在出钢的钢水流中加入稀土）形式，这两种稀土孕育形式，都表现出稀土活性对加入形式中“时效性”的苛刻要求。

勿容置疑，不同的工件、工件使役中的不同工况等实际，客观上对稀土添加数量、添加形式等稀土使用方法也会形成额外的苛刻条件。本发明中，以多孔铝为阻尼内芯、以钢为刚性皮肤的夹芯梁，其阻尼内芯与刚性皮肤接界界面，由于多孔所造成的接界界面连续性陡降，该“连续性陡降”与热浸镀铝和铝合金结构材料中添加稀土相比，其如此之大的差异性集中表现在：对于钢表面热浸镀铝，该钢表面与热浸镀上的铝，其钢与铝接界界面是二维连续的；对于铝合金结构材料中添加稀土，铝合金晶粒间接界界面为三维连续的。此种夹芯梁遇到的：涉及针对提高夹芯梁刚性皮肤内表面与多孔金属内芯表面粘结强度、在多孔金属内芯的多孔铝配制过程中，加入稀土元素到多孔金属内芯所用的铝基合金中，在此过程中的稀土加入数量等使用方法，不能照搬照抄“钢表面热浸镀铝”，也不能照搬照抄“铝合金结构材料中添加稀土”，由此导致的无据可依难题归结为：

如果参考钢表面热浸镀铝的数量及方式添加稀土，夹芯梁阻尼内芯与刚性皮肤接界界面，由于多孔所造成的接界界面连续性短板，孔界面润湿角与刚皮肤表面的不匹配，夹芯梁在振动场中，势必形成孔与钢接界界面圆孔周界上，产生无穷多个剥离点，不能实现提高夹芯梁刚性皮肤内表面与多孔金属内芯表面粘结强度目的。

如果参考铝合金结构材料或偏重结构材料的结构-功能一体化材料的数量及方式添加稀土，稀土提高铝合金自身强度，处理不当，对夹芯梁整体性能反而为坏事；诸如铝合金自身的强度远远超过阻尼内芯与刚性皮肤接界界面的强度时，夹芯梁在振动场中，势必因为这种强度的不对称，造成阻尼内芯与刚性皮肤的自剥离。

综上，上述钢表面热浸镀铝或铝合金结构材料或偏重结构材料的结构-功能一体化材料添加稀土的数量及方式，直接移植到本夹芯梁这种新材料或新构件中，是极其荒谬的，甚至作为对比文件也是荒谬的。对于夹芯梁，必须针对这种“由于多孔所造成的接界界面连续性‘短板’，孔界面润湿角与刚皮肤表面的不匹配”的核心科学问题，结合实际振动场工况和使役特征（诸如振动频率和振级落差等），探索出全新的稀土加入数量及使用方法。

发明内容

本发明的目的在于发明一种提高夹芯梁剥离强度的稀土使用方法；尤其是提供一种针对提高夹芯梁刚性皮肤内表面与多孔金属内芯表面之间粘结强度、在多孔铝金属内芯的配制过程中，加入轻稀土金属元素到多孔金属内芯所用的铝基合金中的稀土使用方法。

本发明提高夹芯梁剥离强度的稀土使用方法的具体步骤和方法如下：

第一步，确定夹芯梁原料：

（1）夹芯梁的刚性皮肤选择工业Q235薄壁矩形方钢，该方钢壁厚为1mm，型材尺寸为25mm×50mm×4000mm；

（2）夹芯梁的多孔金属内芯所用铝材为低硅铝合金块，所述的低硅铝合金块的化学成分为：金属铝为99.6wt.%，硅为0.2wt.%，金属镁为0.05wt.%，金属铁为0.1wt.%，金属锰为0.02wt.%，金属锌为0.02wt.%，其它不可避免的金属杂质为0.01wt.%；

（3）添加到（2）中所述的低硅铝合金块中使用的稀土为镧-铈混合稀土金属，该混合稀土金属的单一稀土构成为：金属镧为35wt.%，金属铈为65wt.%；该混合稀土金属为“稀土喂丝机”上所用直径为4mm的稀土金属丝；

（4）制造（2）中所述的多孔金属内芯所用的渗流支撑体为膨化开孔蛭石颗粒，颗粒大小选择能通过8目泰勒标准筛，同时不能通过12目泰勒标准筛的两层筛的中间颗粒，所述的膨化开孔蛭石颗粒经硅酸盐法定量分析，其成分为：SiO₂为71wt.%，Al₂O₃为11.7wt.%，Fe₂O₃为2.1wt.%，CaO为0.85wt.%，K₂O为2.5wt.%，Na₂O为4.5wt.%，MgO为0.3wt.%，水与未经澄清的成分之和为7.05wt.%；

第二步，实施制造夹芯梁的准备工作：

将放有铁坩埚的立式电阻炉升温至850℃并恒定在此温度，用真空泵将真空罐抽至真空度为0.02Pa；将膨化开孔蛭石颗粒灌入工业Q235薄壁矩形方钢内，连接好该矩形方钢与真空渗流罐的法兰；将上述（3）中所述的直径为4mm的稀土金属丝切成20mm长的圆柱段，再将该圆柱段用直径为0.18mm钼丝捆绑到直径为10mm的钼棒一端，构造成“稀土搅拌棒”备用；

第三步，使用稀土：

向温度为850℃的铁坩埚内投入上述（2）中所述的低硅铝合金块，所述的低硅铝合金块的重量按照其熔化后不超过铁坩埚高度的2/3计算，以利于后续搅拌，其中温度为850℃下液态铝合金的密度预算为2.5g/cm³，以此预算密度数值，对投入到铁坩埚内的低硅铝合金块的重量与体积进行换算，待该低硅铝合金块全部溶化后，铁坩埚内得到铝合金液体，将第二步所述的“稀土搅拌棒”插入铝合金液体中，迅速手工搅拌，其中“稀土搅拌棒”上的稀土重量占低硅铝合金料块重量的千分之三至千分之十，即稀土添加到铝合金中的添加量为0.3wt.%至1wt.%，当发现该“稀土搅拌棒”上的稀土完全溶解到铝合金液体中时，从坩埚中提出搅拌棒，准备渗流铸造中的向夹芯梁内浇铸的环节，该提出搅拌棒结束作为起始时间，开始浇铸作为终止时间，这段从搅拌结束至浇铸开始的时间间隔控制在1分钟至4分钟时间范围内；浇铸一开始，同步开启夹芯梁与真空罐相连的启动阀门，含稀土的铝合金液体在压力差的作用下，从预先灌入到夹芯梁内的膨化开孔蛭石颗粒之间的缝隙内流过，夹芯梁放到室温中冷却至室温，至此，利用稀土提高夹芯梁剥离强度的稀土使用过程结束，冷却的夹芯梁可用于下一步剥离强度的表征。

第四步，夹芯梁剥离强度的表征：

表征方法按照题目为“挠性材料与刚性材料粘合的胶接试样的剥离试验，第2部分，180°剥离”的ISO 8510-2：1990标准展开，抑或是按照与该标准等效的GB/T 2790—1995（中华人民共和国颁布的题目为“胶黏剂180°剥离强度试验方法—挠性材料对刚性材料”）展开，展开过程中，与该标准略有调整的四点为：其一：原标准中刚性和挠性粘结试片宽度统一为25mm调整为30mm；其二：原标准中粘接界面抗180°剥离性能调整为抗90°剥离性能；其三：由于“粘接界面抗180°剥离性能调整为抗90°剥离性能”导致夹头必须调整到抗90°剥离的新夹头，调整后的该新夹头构造，如附图1的CATIA图所示，其四：原标准中剥离强度σ₁₈₀与剥离力F及试样宽度B之间的计算公式σ₁₈₀=F/B调整为σ₉₀=（F₁–F₀）/B；调整后的F₀为空白刚性皮肤的弯折力，F₁与原标准中F定义相同，换言之，这种调整考虑夹芯梁刚性皮肤弯折，扣除该弯折力，使得夹芯梁剥离强度表征的数据更为精准。总之，这四方面的调整目的在于结合夹芯梁实际，从而提高剥离强度的测定精度。

本发明的有益效果体现在：

1、通过将搅拌结束至浇铸开始的时间间隔控制在4分钟内，这种稀土使用方法，保证了稀土活性，使得稀土元素渗流过程中发挥出活性作用，正是由于这种活性作用，施加在铝阻尼内芯与矩形方钢内表面的过渡层，从而提高夹芯梁的剥离强度。换言之，遵循稀土作为“工业味素”的本性，像日常炒菜在菜出锅前瞬间加入味素（也称味精，谷氨酸等混合氨基酸盐），以防止谷氨酸等分解或发生复杂化学反应，而导致谷氨酸类味素失去“提鲜”功效那样来保证稀土活性，在铝液出炉前，采用时间控制来对稀土在铝液中动力学反应进行控制，使得渗流过程中，稀土元素在接界界面发挥出活性作用，用于提高剥离强度。这种有益效果微观和宏观证据支持表现在：

其一，微观证据：附图2是本发明当“稀土的添加量为1wt.%，搅拌结束至浇铸开始的时间间隔控制在3分钟内”条件下，制备出的夹芯梁界面处的金相照片，从该金相图中的（3）可见：柔性内芯与刚性皮肤的过渡层厚度，平均达到328μm；而从该金相图中（4）的界面结合处放大图可见：过度层形成了楔形结合状态，这些利于提高夹芯梁剥离强度要素产生，不能排除稀土活性的作用。

其二，宏观证据：附图3显示：相对于不添加稀土的夹芯梁，对添加0.5wt.%或1wt.%稀土的夹芯梁，试验机要额外付出100多牛顿的剥离力。

2、通过将“喂丝法”所用镧-铈混合稀土金属丝与钼棒构造成“稀土搅拌棒”方法，在铝液出炉前以快速搅拌形式加入稀土，而不是采用通常以稀土-铝母合金形式加入稀土，平衡优化了稀土与液体铝合金形成五种稀土-铝金属间化合物速度，为稀土渗流过程中，还能在刚性皮肤与内芯接界界面保持活性奠定了基础。也创造了在钢中加入稀土和在铝中加入稀土平衡优化新形式。该方法简单易行，实用性强。

3、所凝练的“搅拌结束至浇铸开始的时间间隔”要素与以纯稀土并以“稀土搅拌棒”形式保持稀土在接界界面活性要素，本发明凝练两个要素。作为解决提升夹芯梁剥离强度设计技术壁垒中的科学问题，抓住了稀土作为工业味素使用的本性与禀性，该工艺设计创新体现出中国老子提出的“大道至简”。具体操作也体现出中国老子提出的“至精、至纯”。站在经济效益和社会效益相统筹考虑的视角，将稀土添加总量控制1wt.%以下，展现了稀土资源的高效利用。

附图说明

图1是本发明按照ISO 8510-2：1990标准展开，将原标准中粘接界面抗180°剥离性能调整为抗90°剥离性能后，由于该调整导致夹头必须调整到抗90°剥离的新夹头的示意图，图中（1）为该新夹头的构造；（2）为夹芯梁上被90°剥离的试片，该试片宽度为30mm。

图2是本发明使用稀土后制备的夹芯梁界面处的金相照片。

该夹芯梁制造的稀土的添加量为1wt.%，“搅拌结束至浇铸开始的时间间隔控制在3分钟内”；图中（1）为夹芯梁的刚性皮肤；（2）为构成夹芯梁多孔内芯的铝基体；（3）为阻尼内芯与刚性皮肤的润湿层厚度，平均为328μm；（4）为界面结合处的局部放大图、该放大图显示过渡层形成了楔形结合状态；（5）为构成多孔内芯的造孔颗粒，即开孔蛭石的影像。

图3是本发明对三组稀土不同添加量夹芯梁进行剥离强度拉伸试验的实际拉伸曲线图。

图中曲线（1）为不含阻尼内芯的刚性皮肤，即与制造夹芯梁所用同批次矩形方钢，将其安装在剥离90°的新夹头上，进行“剥离”拉伸的曲线。其中“剥离”之所以用引号，是因为该矩形方钢仅仅为夹芯梁刚性皮肤的前驱体，还不能称为实际夹芯梁层面的刚性皮肤，由于其没有对应的阻尼内芯，剥离只是形式上的“剥离”，实际为刚性皮肤的弯折试验，其主要目的是为后续夹芯梁试验而做的扣除刚性皮肤弯折力的试验曲线。

图中曲线（2）为未添加稀土、而在其它条件等同下所获得夹芯梁的剥离曲线，或称为“稀土添加量为0wt.%的夹芯梁剥离曲线”，引入该曲线或该试验的主要目的在于：其可作为考察添加稀土效果试验的空白或对照曲线。

图中曲线（3）为添加1wt.%稀土、而在其它条件等同下所获得夹芯梁的剥离曲线。

图中曲线（4）为添加0.5wt.%稀土、而在其它条件等同下所获得夹芯梁的剥离曲线。

图中曲线（2）、（3）和（4）所对应夹芯梁制造工艺中的“搅拌结束至浇铸开始的时间间隔控制在2分钟内”同一条件下，并且除稀土添加量不同外，其它条件也相同。由三条曲线对比可见：

相对于不添加稀土的夹芯梁（图中曲线2），对添加0.5wt.%或1wt.%稀土的夹芯梁，试验机要额外付出100多牛顿的剥离力。

图4是本发明附图3中的曲线（1）的放大曲线，即为不含阻尼内芯的刚性皮肤的“剥离”拉伸的曲线，该方钢与制造夹芯梁所用方钢为同批次矩形方钢，将其安装在剥离90°的新夹头上，进行“剥离”拉伸。由于其没有对应的阻尼内芯，剥离只是形式上的“剥离”，实际为刚性皮肤的弯折试验，其在承担为后续夹芯梁试验的扣除刚性皮肤弯折力作用同时，也更加清晰的给出：对于1mm厚、宽度为30mm的Q235钢，做90度角弯折过程中弯折力变化及材质均匀性等更为详细的信息。从该曲线可以看出：从开始弯折起点至进行到1.4厘米时，出现最大值，该最大值显示需要157牛顿力使其弯折。在后续的弯折过程中，弯折曲线显示的弯折力落在143±8牛顿力，这些具体参数不但为夹芯梁抗弯试验提供参数，更为重要的是，为夹芯梁实际使用，尤其是在振动场合的使用，在选择刚性皮肤方面提供重要参数。可见，没有该曲线放大，即没有“附图3中的曲线（1）的放大”，难以清楚的展现刚性皮肤弯折过程中的细微参数。

图5是本发明添加稀土的夹芯梁样块、人工剥离后，可见过渡层形貌与组织“皮肉相连”技术特征的实物照片图。引入该图的目的在于便于审查员和没有接触到夹芯梁功能材料的同行，对夹芯梁过渡层及该过渡层传递振动或震动能量关键性的了解与理解。另外，该图为不得不引入的附图；鉴于本发明核心是提高剥离强度，而剥离后的剥离面的形貌和组织，若没有显示“皮肉相连”技术特征，即不便于审查员“眼见为实”的审查，也不便于目前没有接触到夹芯梁同行、而将来从事夹芯梁研制的同行，在未来研制过程中对自己样品的对比。另外，本附图也是依靠视觉支持本发明技术方案主要技术特征的支持证据之一。

附图6是本发明夹芯梁样块、人工切割后，视觉可见多孔阻尼内芯形貌、构造和组织的实物照片图。引入该图的目的在于便于审查员和没有接触到夹芯梁类功能材料的同行，对夹芯梁内部结构的了解与理解。引入该附图另一特殊性在于：对于夹芯梁，尤其是对于含有膨化蛭石支撑体的夹芯梁，大多数同行陌生，为了便于同行理解或了解其与通常夹层板区别，引入该视觉可见图片，可节省大量文字描述以便于审查员等快速、清楚和准确的理解本发明。另外，鉴于在专利文件中，本发明为首次在专利文件内正式提出夹芯梁概念，在说明书开头给出自定义的英文名字（metal porous core sandwich beams），以提供给中国专利局，在其提供给世界知识产权组织时，在翻译成英文摘要等过程中参考。

具体实施方式

实施例1

提高夹芯梁剥离强度的稀土使用方法的步骤和方法如下：

第一步，确定夹芯梁原料：

（1）其刚性皮肤选择工业Q235薄壁矩形方钢，该方钢壁厚为1mm，型材尺寸为25mmX50mmX4000mm。

（2）其多孔金属内芯所用铝材为低硅铝合金块，该低硅铝合金块的化学成分为：金属铝为99.6wt.%，硅为0.2wt.%，金属镁为0.05wt.%，金属铁为0.1wt.%，金属锰为0.02wt.%，金属锌为0.02wt.%，其它不可避免的金属杂质为0.01wt.%。

（3）其添加到该低硅铝合金块之中所使用的稀土为镧-铈混合稀土金属，该混合稀土金属的单一稀土构成为：金属镧为35wt.%，金属铈为65wt.%；该混合稀土为“稀土喂丝机”上所用直径为4mm的稀土金属丝。

（4）制造该多孔金属内芯所用渗流支撑体为膨化开孔蛭石颗粒，颗粒大小选择能通过8目泰勒标准筛，同时不能通过12目泰勒标准筛的两层筛的中间颗粒，该开孔蛭石颗粒经硅酸盐法定量分析成分为：SiO₂为71wt.%，Al₂O₃为11.7wt.%，Fe₂O₃为2.1wt.%，CaO为0.85wt.%，K₂O为2.5wt.%，Na₂O为4.5wt.%，MgO为0.3wt.%，水与未经澄清的成分之和为7.05wt.%。

第二步：实施制造夹芯梁的准备工作：

将放有铁坩埚的立式电阻炉升温至850℃并恒定在此温度，用真空泵将真空罐抽至真空度为0.08Pa；将膨化开孔蛭石颗粒灌入该薄壁矩形方钢内，连接好该矩形方钢与真空渗流罐的法兰；将“喂丝法”所用直径为4mm的该镧-铈混合稀土金属丝切成20mm长的圆柱段，再将该圆柱段用直径为0.18mm钼丝捆绑到直径为10mm的钼棒一端，构造成“稀土搅拌棒”备用；

第三步：使用稀土：

向温度为850℃的铁坩埚内投入该低硅铝合金块，向铁坩埚内投入该低硅铝合金块重量，按照其熔化后不超过铁坩埚高度的2/3计算，以利于后续搅拌，其中850℃下液态铝合金的密度预算为2.5g/cm³，以此预算密度数值，对投入到铁坩埚内该低硅铝合金块的重量与体积进行换算，待该铝合金块全部溶化后，将该稀土搅拌棒插入铝合金液体中，迅速手工搅拌，其中稀土搅拌棒上稀土重量按照占铝合金料块重量的千分之三至千分之十，即稀土添加到铝合金中添加量为0.3wt.%至1wt.%，当发现该稀土搅拌棒上的稀土完全溶解到铝液中，从坩埚中提出搅拌棒，准备渗流铸造中的向夹芯梁内的浇铸环节，该提出搅拌棒结束作为起始时间，开始浇铸作为终止时间，这段从搅拌结束至浇铸开始的时间间隔控制在1分钟至4分钟时间范围内；浇铸一开始，同步开启夹芯梁与真空罐相连的启动阀门，含稀土的铝合金液体在压力差的作用下，从预先灌入到夹芯梁内的膨化开孔蛭石颗粒之间的缝隙内流过，夹芯梁放到室温中冷却至室温，利用稀土提高夹芯梁剥离强度的稀土使用过程结束，冷却的夹芯梁可用于下一步剥离强度的表征。

第四步，夹芯梁剥离强度的表征：

表征方法按照题目为“挠性材料与刚性材料粘合的胶接试样的玻璃试验，第2部分，180°剥离”的ISO 8510-2：1990标准展开，抑或是按照与该标准等效的GB/T 2790—1995（中华人民共和国颁布的题目为“胶黏剂180°剥离强度试验方法—挠性材料对刚性材料”）展开，展开过程中，与该标准略有调整的四点为：

（1）原标准中刚性和挠性粘结试片宽度统一为25mm调整为30mm。

（2）原标准中粘接界面抗180°剥离性能调整为抗90°剥离性能。

（3）由于“粘接界面抗180°剥离性能调整为抗90°剥离性能”导致夹头必须调整到抗90°剥离的新夹头，调整后的该新夹头构造的CATIA图，如附图1。

（4）原标准中剥离强度σ₁₈₀与剥离力F及试样宽度B之间的计算公式σ₁₈₀=F/B调整为σ₉₀=（F₁–F₀）/B；调整后的F₀为空白刚性皮肤的弯折力，F₁与原标准中F定义相同，换言之，这种调整考虑夹芯梁刚性皮肤弯折，扣除该弯折力，使得夹芯梁剥离强度表征的数据更为精准。

这四方面调整后，按照ISO 8510-2：1990标准或GB/T 2790—1995标准的具体要求，将带有试样的夹具连接到MTS810.23型万能力学试验机上进行拉伸。

拉伸夹芯梁试样之前，先将制造该夹芯梁所选用4米长矩形方钢上预留出作为空白的矩形方钢进行拉伸，即将作为刚性皮肤的矩形方钢进行拉伸，以便扣除空白，由于该被拉伸矩形方钢与作为夹芯梁试样所用矩形方钢属于同批次，且为同一根，这种空白扣除法可以提高夹芯梁试样剥离强度的测定精度。这种空白拉伸试验核心部件构造示意图如图1所示。代表性拉伸曲线，即σ₉₀=（F₁–F₀）/B公式中的代表性σ_90空白=F₀/B拉伸曲线如附图4所示。

第五步，使用稀土提升夹芯梁剥离强度的测定数据：

对于本发明的两个变动条件被确定在：①稀土添加到铝合金中添加量为1wt.%；②搅拌结束至浇铸开始的时间间隔控制在2分钟内，所获得夹芯梁平均剥离强度为：每米宽试样平均剥离强度为4.01千牛顿，即σ_{90（平均）}＝4.01kN/m；而所获得夹芯梁最大剥离强度为σ_90（MAX）＝5.54kN/m。该夹芯梁平均剥离强度与最大剥离强度的物理含义直白的说：1毫米宽夹芯梁刚性皮肤与其阻尼内芯的粘接力平均达到0.41公斤力，最大达到0.565公斤力。

实施例2

所采用的步骤、方法同实施例1，与实施例1不同的是，当将实施例1描述的两个变动条件之一的“搅拌结束至浇铸开始的时间间隔控制在2分钟内”条件用“搅拌结束至浇铸开始的时间间隔控制在4分钟内”替换。这种稀土活性的动力学时间增加1倍后，其所获得夹芯梁平均剥离强度和最大剥离强度均有降低，其具体数值为：σ_{90（平均）}＝3.95kN/m；σ_90（MAX）＝5.16kN/m。

其余同实施例1。

实施例3

所采用的步骤、方法同实施例1，与实施例1不同的是，当将实施例1描述的两个变动条件之一的“稀土添加到铝合金中添加量为1wt.%”条件用“稀土添加到铝合金中添加量为0.5wt.%”替换。这种替换所获得夹芯梁平均剥离强度和最大剥离强度，与实施例1相比均有增加，其具体数值为：σ_{90（平均）}＝5.03kN/m；σ_90（MAX)＝5.64kN/m。

其余同实施例1。

实施例4

所采用的步骤、方法同实施例1，与实施例1不同的是，当将实施例1描述的两个变动条件之一的“稀土添加到铝合金中添加量为1wt.%”条件用“稀土添加到铝合金中添加量为0.5wt.%”替换；而另一个变动条件“搅拌结束至浇铸开始的时间间隔控制在2分钟内”用“搅拌结束至浇铸开始的时间间隔控制在1分钟内”替换。这种稀土活性的动力学时间减小并且稀土添加又与实施例3相同的两要素同时变动后，其所获得夹芯梁平均剥离强度和最大剥离强度，与实施例3相比均有增加，其具体数值为：σ_{90（平均）}＝5.15kN/m；σ_90（MAX）＝5.71kN/m。

其余同实施例1。

实施例5

所采用的步骤、方法同实施例1，与实施例1不同的是，当将实施例1描述的两个变动条件之一的“稀土添加到铝合金中添加量为1wt.%”条件用“稀土添加到铝合金中添加量为0.3wt.%”替换。其所获得夹芯梁平均剥离强度和最大剥离强度，与实施例1相比均有降低，其具体数值为：σ_{90（平均）}＝2.73kN/m；σ_{90 （MAX）}＝4.56kN/m。

其余同实施例1。

对照例1

所采用的步骤、方法同实施例1，与实施例1不同的是，当将实施例1描述的两个变动条件之一的“稀土添加到铝合金中添加量为1wt.%”条件用“稀土添加到铝合金中添加量为0wt.%”替换；即不添加稀土。其所获得夹芯梁平均剥离强度和最大剥离强度，与实施例1相比大幅度降低，其具体数值为：σ_{90（平均）}＝2.21kN/m；σ_90（MAX）＝4.19kN/m。此对照试验数据可见，加入稀土对于提高夹芯梁的剥离强度效果显著。

其余同实施例1。

Claims (1)

1.一种提高夹芯梁剥离强度的稀土使用方法，其特征在于，其步骤和使用方法如下：

第一步，确定夹芯梁原料：

（1）夹芯梁的刚性皮肤选择工业Q235薄壁矩形方钢，该方钢壁厚为1mm，型材尺寸为25mm×50mm×4000mm；

（2）夹芯梁的多孔金属内芯所用铝材为低硅铝合金块，所述的低硅铝合金块的化学成分为：金属铝为99.6wt.%，硅为0.2wt.%，金属镁为0.05wt.%，金属铁为0.1wt.%，金属锰为0.02wt.%，金属锌为0.02wt.%，其它不可避免的金属杂质为0.01wt.%；

（3）添加到（2）中所述的低硅铝合金块中使用的稀土为镧-铈混合稀土金属，该混合稀土金属的单一稀土构成为：金属镧为35wt.%，金属铈为65wt.%；该混合稀土金属为“稀土喂丝机”上所用直径为4mm的稀土金属丝；

（4）制造（2）中所述的多孔金属内芯所用的渗流支撑体为膨化开孔蛭石颗粒，颗粒大小选择能通过8目泰勒标准筛，同时不能通过12目泰勒标准筛的两层筛的中间颗粒，所述的膨化开孔蛭石颗粒经硅酸盐法定量分析，其成分为：SiO₂为71wt.%，Al₂O₃为11.7wt.%，Fe₂O₃为2.1wt.%，CaO为0.85wt.%，K₂O为2.5wt.%，Na₂O为4.5wt.%，MgO为0.3wt.%，水与未经澄清的成分之和为7.05wt.%；

第二步，实施制造夹芯梁的准备工作：

将放有铁坩埚的立式电阻炉升温至850℃并恒定在此温度，用真空泵将真空罐抽至真空度为0.02Pa；将膨化开孔蛭石颗粒灌入工业Q235薄壁矩形方钢内，连接好该矩形方钢与真空渗流罐的法兰；将上述（3）中所述的直径为4mm的稀土金属丝切成20mm长的圆柱段，再将该圆柱段用直径为0.18mm钼丝捆绑到直径为10mm的钼棒一端，构造成“稀土搅拌棒”备用；

第三步，使用稀土：

向温度为850℃的铁坩埚内投入上述（2）中所述的低硅铝合金块，所述的低硅铝合金块的重量按照其熔化后不超过铁坩埚高度的2/3计算，以利于后续搅拌，其中温度为850℃下液态铝合金的密度预算为2.5g/cm³，以此预算密度数值，对投入到铁坩埚内的低硅铝合金块的重量与体积进行换算，待该低硅铝合金块全部溶化后，铁坩埚内得到铝合金液体，将第二步所述的“稀土搅拌棒”插入铝合金液体中，迅速手工搅拌，其中“稀土搅拌棒”上的稀土重量占低硅铝合金料块重量的千分之三至千分之十，即稀土添加到铝合金中的添加量为0.3wt.%至1wt.%，当发现该“稀土搅拌棒”上的稀土完全溶解到铝合金液体中时，从坩埚中提出搅拌棒，准备渗流铸造中的向夹芯梁内浇铸的环节，该提出搅拌棒结束作为起始时间，开始浇铸作为终止时间，这段从搅拌结束至浇铸开始的时间间隔控制在1分钟至4分钟时间范围内；浇铸一开始，同步开启夹芯梁与真空罐相连的启动阀门，含稀土的铝合金液体在压力差的作用下，从预先灌入到夹芯梁内的膨化开孔蛭石颗粒之间的缝隙内流过，夹芯梁放到室温中冷却至室温，至此，利用稀土提高夹芯梁剥离强度的稀土使用过程结束。