CN103921494A - 金属空心球结构夹层板及其制造方法 - Google Patents

金属空心球结构夹层板及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种金属空心球结构夹层板及其制造方法，金属空心球结构夹层板包括上面板、下面板、金属空心球结构芯材、环氧树脂胶层；所述金属空心球结构芯材在上面板和下面板之间，上面板和下面板通过环氧树脂胶层与金属空心球结构芯材连接。其制造方法为将若干个金属空心球烧结成金属空心球结构芯材，再用环氧树脂胶将芯材分别与上面板、下面板胶接成为夹层板。本发明制造方法简单，产品质量轻、比强度高、力学性能均匀稳定、冲击吸能特性好，金属空心球结构芯材可设计性强，在机械制造、交通运输、工民建筑及安全防护等领域具有广阔的应用前景。

Description

金属空心球结构夹层板及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种复合层，特别涉及一种金属空心球结构夹层板及其制造方法
背景技术
随着科技的发展，工程中对具备轻质、高比强度及一些特殊功能的材料的需求越来越多。目前，诸如泡沫铝、蜂窝材料、点阵栅格夹心材料已经在交通运输、航空航天、工民建筑和军事等领域得以大量应用。但各种材料在使用中都或多或少的暴露出一些缺点，比如，泡沫铝具有孔隙大小和分布不均匀的缺点，蜂窝材料的纵、横向力学性能差异大等问题。金属空心球多孔材料是近年来发展起来的一种新型的超轻多孔金属材料，它是由许多单个的金属空心球通过烧结或粘接而成，因每个空心球的大小和质地比较均匀，力学性能稳定，球壁很薄，整体材料包含球体内部空腔和球与球之间的孔隙，其孔隙率非常高，质量很轻，比强度高、它是一种良好应对碰撞、冲击和爆炸的防护材料，在机械制造、交通运输、工民建筑及安全防护等领域具有十分广阔的应用前景。
《热加工工艺》2012年第18期，《金属空心球的研究进展》一文中提到，可将金属空心球进行烧结或焊接等方法连接，使得球与球之间形成足够强度的烧结颈，从而获得金属泡沫块体材料。
金属空心球的制造方法已有多种，例如国家知识产权局于2012年12月5日公开的“一种金属空心球的粉末冶金制造方法”的发明专利(公开号：CN102806355A)，该专利提出了一种采用粉末冶金制造金属空心球的方法。
目前，关于金属空心球多孔材料方面，只有其制造方法及力学性能研究的文献，将金属空心球设计和制造成夹层板的文献则鲜有报道。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种金属空心球结构夹层板及其制造方法，其制造工艺简单、成本低、质量轻、比强度高、力学性能均匀稳定、冲击吸能特性良好。
本发明的一种金属空心球结构夹层板，包括上面板、下面板、金属空心球结构芯材、环氧树脂胶层；所述金属空心球结构芯材在上面板和下面板之间，上面板和下面板通过环氧树脂胶层与金属空心球结构芯材连接。
所述金属空心球结构芯材由若干个金属空心球烧结或粘接而成，具有一层或多层的堆积结构。
所述金属空心球为铝、铝合金或不锈钢制成的薄壁空心球，球体外径为0.5mm～20mm。
所述上面板和下面板为铝板、铝合金板、钛合金板或不锈钢板。
所述环氧树脂胶层由双组份环氧树脂胶组成，所述双组份环氧树脂胶为环氧树脂与固化剂组成的铸工胶。
本发明的一种金属空心球结构夹层板的制造方法，包括以下步骤：
步骤一：将金属空心球烧结制造成金属空心球结构芯材，将金属空心球结构芯材的上、下表面清洗去除油污和杂质，并且使用添加有2％体积分数硅烷偶联剂的无水乙醇对金属空心球结构芯材进行清洗处理；
步骤二：将上面板和下面板清洗去除油污和锈迹，对上面板和下面板的连接面进行机械打磨，并且使用添加有2％体积分数硅烷偶联剂的无水乙醇对上面板和下面板进行清洗处理，以增强胶接强度；
步骤三：将双组分环氧树脂胶的两组分按体积比1:1混合调匀，涂抹在上面板的连接面上，厚度为1mm，再将步骤一准备好的金属空心球结构芯材贴合于上面板的连接面上，用夹具夹紧，置于50～80℃环境下，使得环氧树脂胶缓慢流动形成胶瘤形貌后，再置于80℃环境下固化，拆卸夹具，上面板与金属空心球结构芯材粘接完成，得金属空心球结构夹层板半成品；
步骤四：将双组分环氧树脂胶的两组分按体积比1:1混合调匀，涂抹在下面板的连接面上，厚度为1mm，再将步骤三准备好的金属空心球结构夹层板半成品的金属空心球结构芯材一面贴合于下面板的连接面上，用夹具夹紧，置于50～80℃环境下，使得环氧树脂胶缓慢流动形成胶瘤形貌后，再置于80℃环境下固化，拆卸夹具，得金属空心球结构夹层板。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、制造工艺简单，成本低，可操作性强。
2、金属空心球可按功能需要设计堆积方式和堆积层数，可选择不同材质金属空心球制造不同力学性能的材料，其可设计性强。
3、采用环氧树脂胶胶接方法制造的金属空心球夹层板可保持高比强度、高比刚度、其力学性能均匀稳定、抗冲击吸能特性强。
4、相对于夹层板常用的焊接连接结构，本发明可大大降低成本，减少连接处的残余应力，提高连接部位疲劳、阻尼性能及抗腐蚀能力。在机械制造、交通运输、工民建筑及安全防护等领域具有广阔的应用前景。
附图说明：
图1是本发明的金属空心球结构夹层板示意图。
其中1为上面板，2、4为环氧树脂胶层，3为金属空心球芯材，5为下面板。
具体实施方式
实施例1：
将外径为0.5mm，壁厚为80um的铝制空心球烧结制造成金属空心球结构芯材3，再将芯材3上、下表面清洗去除油污和杂质，然后使用添加有2％体积分数硅烷偶联剂的无水乙醇再进行清洗处理。
将壁厚为0.3mm的铝制面板1和5清洗去除油污和锈迹，再对金属面板1和5与芯材3的连接面进行机械打磨后使用添加有2％体积分数硅烷偶联剂的无水乙醇进行清洗处理，以增强胶接强度。
将双组分环氧树脂胶的两组分按体积比1:1混合调匀，然后将其涂抹于面板1经处理的那一面上，厚度为1mm，即图中环氧树脂胶层2。将上述处理好的金属空心球结构芯材3贴合于面板1连接面的环氧树脂胶层2上，用夹具夹紧，先置于50℃环境下，使得环氧树脂胶缓慢流动形成胶瘤形貌后，再置于80℃环境下固化，拆卸夹具，即将面板1与金属空心球结构芯材3粘接好了。
在另一块面板5经处理的那一面上，涂抹厚度为1mm的环氧树脂胶，即得到图中环氧树脂胶层4，将上述已粘接好面板1和芯材3的板件翻面，将芯材3的另一面贴合于环氧树脂胶层4上，用夹具夹紧，先置于50℃环境下，使得环氧树脂胶缓慢流动形成胶瘤形貌后，再置于80℃环境下固化，拆卸夹具，即可得到铝制空心球结构夹层板。
实施例2：
将外径为3mm，壁厚为0.1mm的铝合金空心球烧结制造成金属空心球结构芯材3，再将金属空心球结构芯材3的上、下表面清洗去除油污和杂质，然后使用添加有2％体积分数硅烷偶联剂的无水乙醇再进行清洗处理。
将壁厚为0.3mm的铝合金面板1和5清洗去除油污和锈迹，再对金属面板1和5与金属空心球结构芯材3的连接面进行机械打磨后使用添加有2％体积分数硅烷偶联剂的无水乙醇进行清洗处理，以增强胶接强度。
将双组分环氧树脂胶的两组分按体积比1:1混合调匀，然后将其涂抹于面板1经处理的那一面上，厚度为1mm，即图中环氧树脂胶层2。将上述处理好的金属空心球结构芯材3贴合于面板1连接面的金属空心球结构胶层2上，用夹具夹紧，先置于65℃环境下，使得环氧树脂胶缓慢流动形成胶瘤形貌后，再置于80℃环境下固化，拆卸夹具，即将面板1与金属空心球结构芯材3粘接好了。
在另一块铝合金面板5经处理的那一面上，涂抹厚度为1mm的环氧树脂胶，即得到图中环氧树脂胶层4，将上述已粘接好面板1和芯材3的板件翻面，将芯材3的另一面贴合于环氧树脂胶层4上，用夹具夹紧，先置于65℃环境下，使得环氧树脂胶缓慢流动形成胶瘤形貌后，再置于80℃环境下固化，拆卸夹具，即可得到铝合金空心球结构夹层板。
实施例3：
将外径为8mm，壁厚为0.1mm的铝合金空心球烧结制造成金属空心球结构芯材3，金属空心球结构芯材3的上、下表面清洗去除油污和杂质，然后使用添加有2％体积分数硅烷偶联剂的无水乙醇再进行清洗处理。
将壁厚为0.2mm的钛合金面板1和5清洗去除油污和锈迹，再对钛合金面板1和5与金属空心球结构芯材3的连接面进行机械打磨后使用添加有2％体积分数硅烷偶联剂的无水乙醇进行清洗处理，以增强胶接强度。
将双组分环氧树脂胶的两组分按体积比1:1混合调匀，然后将其涂抹于面板1经打磨后使用添加有2％体积分数硅烷偶联剂的无水乙醇进行清洗处理的那一面上，厚度为1mm，即图中环氧树脂胶层2。将上述处理好的金属空心球结构芯材3贴合于面板连接面1的环氧树脂胶层2上，用夹具夹紧，先置于70℃环境下，使得环氧树脂胶缓慢流动形成胶瘤形貌后，再置于80℃环境下固化，拆卸夹具，即将面板1与金属空心球结构芯材3粘接好了。
在另一块钛合金面板5经处理的那一面上，涂抹厚度为1mm的环氧树脂胶，即得到图中环氧树脂胶层4，将上述已粘接好面板1和芯材3的板件翻面，将芯材3的另一面贴合于环氧树脂胶层4上，用夹具夹紧，先置于70℃环境下，使得环氧树脂胶缓慢流动形成胶瘤形貌后，再置于80℃环境下固化，拆卸夹具，即可得到又一种铝合金空心球结构夹层板。
实施例4：
将外径为20mm，壁厚为0.2mm的不锈钢空心球烧结制造成金属空心球结构芯材3，金属空心球结构芯材3的上、下表面清洗去除油污和杂质，然后使用添加有2％体积分数硅烷偶联剂的无水乙醇再进行清洗处理。
将壁厚为0.2mm的不锈钢面板1和5清洗去除油污和锈迹，再对面板1和5与金属空心球结构芯材3的连接面进行机械打磨后使用添加有2％体积分数硅烷偶联剂的无水乙醇进行清洗处理，以增强胶接强度。
将双组分环氧树脂胶的两组分按体积比1:1混合调匀，然后将其涂抹于面板1经处理的那一面上，厚度为1mm，即图中环氧树脂胶层2。将上述处理好的金属空心球结构芯材3贴合于面板1连接面的环氧树脂胶层2上，用夹具夹紧，先置于80℃环境下，使得环氧树脂胶缓慢流动形成胶瘤形貌后，再置于80℃环境下固化，拆卸夹具，即将面板1与金属空心球结构芯材3粘接好了。
在另一块不锈钢面板5经处理的那一面上，涂抹厚度为1mm的环氧树脂胶，即得到图中环氧树脂胶层4，将上述已粘接好面板1和芯材3的板件翻面，将芯材3的另一面贴合于环氧树脂胶层4上，用夹具夹紧，先置于80℃环境下，使得环氧树脂胶缓慢流动形成胶瘤形貌后，再置于80℃环境下固化，拆卸夹具，即可得到不锈钢空心球结构夹层板。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种金属空心球结构夹层板，其特征在于：包括上面板、下面板、金属空心球结构芯材、环氧树脂胶层；所述金属空心球结构芯材在上面板和下面板之间，所述上面板和所述下面板通过环氧树脂胶层与金属空心球结构芯材连接。
2.根据权利要求1所述的金属空心球结构夹层板，其特征在于：所述金属空心球结构芯材由若干个金属空心球烧结或粘接而成，具有一层或多层的堆积结构。
3.根据权利要求2所述的金属空心球结构夹层板，其特征在于：所述金属空心球为铝、铝合金或不锈钢制成的薄壁空心球，球体外径为0.5mm～20mm。
4.根据权利要求1所述的金属空心球结构夹层板，其特征在于：所述上面板和所述下面板为铝板、铝合金板、钛合金板或不锈钢板。
5.根据权利要求1所述的金属空心球结构夹层板，其特征在于：所述环氧树脂胶层由双组份环氧树脂胶组成，所述双组份环氧树脂胶为环氧树脂与固化剂组成的铸工胶。
6.一种金属空心球结构夹层板的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将金属空心球烧结制造成金属空心球结构芯材，将所述金属空心球结构芯材的上、下表面清洗去除油污和杂质，并且使用添加有2％体积分数硅烷偶联剂的无水乙醇对所述金属空心球结构芯材进行清洗处理；
步骤二：将上面板和下面板清洗去除油污和锈迹，对所述上面板和所述下面板的连接面进行机械打磨，并且使用添加有2％体积分数硅烷偶联剂的无水乙醇对所述上面板和所述下面板进行清洗处理，以增强胶接强度；
步骤三：将双组分环氧树脂胶的两组分按体积比1:1混合调匀，涂抹在所述上面板的连接面上，厚度为1mm，再将所述金属空心球结构芯材贴合于所述上面板的连接面上，用夹具夹紧，置于50～80℃环境下，使得环氧树脂胶缓慢流动形成胶瘤形貌后，再置于80℃环境下固化，拆卸夹具，所述上面板与所述金属空心球结构芯材粘接完成，得到金属空心球结构夹层板半成品；
步骤四：将双组分环氧树脂胶的两组分按体积比1:1混合调匀，涂抹在所述下面板的连接面上，厚度为1mm，再将所述金属空心球结构夹层板半成品的所述金属空心球结构芯材一面贴合于所述下面板的连接面上，用夹具夹紧，置于50～80℃环境下，使得环氧树脂胶缓慢流动形成胶瘤形貌后，再置于80℃环境下固化，拆卸夹具，得到金属空心球结构夹层板。
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