CN104759749A - 三明治结构铝镁合金层状复合板的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种三明治结构铝镁合金层状复合板的制备方法，该方法应用爆炸焊接技术，将常规方法难以焊接的铝-镁材料焊接到一起，可以制备大尺寸复合板，且工艺简单，易于操作；该方法包括：步骤一、以镁合金板为基板，以铝合金板为覆板，对覆板与基板的表面均进行打磨处理，去除氧化层；将基板竖直放置，在基板两面依次竖直对称布置覆板与炸药盒，所述炸药盒内填充炸药，炸药盒与覆板粘接在一起，基板与两面的覆板之间均通过间隙柱预留空隙；步骤二、在安装好的基板和覆板的两侧安装侧向动量块，在安装好的基板和覆板的底部安装底部动量块；步骤三、引爆炸药，完成三明治结构铝镁合金层状复合板的爆炸焊接。

Description

三明治结构铝镁合金层状复合板的制备方法
技术领域
本发明涉及工程材料领域，具体涉及一种三明治结构铝镁合金层状复合板的制备方法。
背景技术
如今，能源问题日益严峻，采用轻质结构材料来减重已经成为汽车、国防、航空航天工业的一个重要手段。在现有的结构材料中，铝合金强度高，可与钢媲美，且密度低，有承受塑性变形的能力，并且具备一定抗腐蚀能力，因而被大量运用于民用和军用领域。如采用铝合金车架的特斯拉电动汽车，既保证了足够的防护强度，也降低了能耗；如使用了铝合金装甲的战斗车辆，防护性能和机动性大为提升。
同时，作为目前最轻的金属结构材料的镁合金，由于其低密度、高比强度以及优异的高应变率吸能特性，成为新型的轻质结构材料。但镁合金室温塑性和变形能力较差，易脆裂，常温下难成形等缺点限制了其应用。镁合金有较低的延展性和抗冲击韧性，另外，镁合金化学反应较活跃、耐磨性不够理想。然而，通过给镁合金表面覆一层其他轻金属，可以有效解决镁合金存在的这些缺点。如果将镁合金和铝合金结合起来实现镁/铝异种金属的复合，获得界面结合牢固的复合板，充分发挥两者性能优势。
但采用常规方法制备铝合金和镁合金复合板时，由于需要高温处理，存在较多问题，如作为装甲材料的7XXX系列铝合金，强度最高可达700MPa，由于其力学性质和结构属性很容易受热处理的影响，在热影响区域，就会失去强度，甚至产生裂纹，因此这类型铝合金很难通过常规方法焊接。而镁合金也由于较 高的化学活性，在高温处理时，易生成脆性的金属化合物。
三明治结构复合板，也称为夹层板，近几十年来在航空、船舶和国防工业领域，得到越来越广泛的重视。夹层结构由两块高强度薄表层和中心夹心层组成。通常将强度高、弹性模量大的材料制成面板，密度小、有一定承剪切能力的材料作为夹心层，具有较大的横截面惯性矩和比抗弯刚度。而制备夹层板时，往往采用胶黏的方式来粘合面板和芯板，结合强度较低，影响了复合板的力学性能。
爆炸焊接作为一种高能率的加工技术，可以在瞬间将多层不同材料焊接到一起。在焊接过程中，高应变率加载导致的加工硬化效应使得各层板的结合界面存在硬度梯度，而且爆炸焊接形成的复合板，层间结合强度高于母材。但在常规爆炸焊接中，基板水平放置于基础之上，在爆轰波及覆板的高速碰撞下，复合板将产生较大的弯曲变形。为减少这种变形，往往对基础提出较高要求，即要平整、均匀、密实，降低了生产效率，增加了成本。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种三明治结构铝镁合金层状复合板的制备方法，目的在于制备具有高结合强度的铝镁合金三明治结构复合板。该方法应用爆炸焊接技术，将常规方法难以焊接的铝-镁材料焊接到一起，可以制备大尺寸复合板，且工艺简单，易于操作。
实现本发明的技术方案如下：
一种三明治结构铝镁合金层状复合板的制备方法，具体步骤如下：
步骤一、以镁合金板为基板，以铝合金板为覆板，对覆板与基板的表面均进行打磨处理，去除氧化层；将基板竖直放置，在基板两面依次竖直对称布置覆板与炸药盒，所述炸药盒内填充炸药，炸药盒与覆板粘接在一起，基板与两 面的覆板之间均通过间隙柱预留空隙；
步骤二、在安装好的基板和覆板的两侧安装侧向动量块，在安装好的基板和覆板的底部安装底部动量块；
步骤三、引爆炸药，完成三明治结构铝镁合金层状复合板的爆炸焊接。
进一步地，基板与覆板尺寸相同，炸药尺寸比覆板大。
进一步地，所述炸药盒的与覆板粘接的侧壁为有机玻璃板。
有益效果：
(1)采用双向一次的爆炸焊接方式，一次性制备三明治结构复合板，对基础参数无要求，且制备的板材平整度高，结合均匀，无需后续处理，提高了生产效率，降低了成本；
(2)本发明可根据复合板的不同使用要求，选择不同厚度、材质的基板和覆板，进行灵活的组合；
(3)由于爆炸焊接的快熔快冷性，焊接界面热沉积少，焊缝无孔隙且无脆性的金属间化合物生成，结合强度高于母材，即获得高质量的结合强度。
(4)该方法使用炸药为能量源，高效价廉。
附图说明
图1是立式双向爆炸焊接制备层状复合板的总体布置示意图。
图2是立式双向爆炸焊接制备层状复合板的实物布置图。
图3是本发明制备的三明治结构铝镁合金层状复合板的实物图。
图4是本发明制备的三明治结构铝镁合金层状复合板抗弹性能测试结果。
其中，1-电雷管；2-导爆索；3-间隙柱；4-侧向动量块；5-基板；6-覆板；7-有机玻璃板；8-炸药盒；9-底部动量块。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提供了一种三明治结构铝镁合金层状复合板的制备方法，具体步骤如下：
步骤一、以镁合金板为基板5，以铝合金板为覆板6，对覆板6与基板5表面均进行打磨处理，去除氧化层；将基板5竖直放置，在基板5两面依次竖直对称布置覆板6与炸药盒8，炸药盒8内填充炸药，炸药盒8与覆板6粘接的侧壁为厚度是2mm的有机玻璃板7，填充时，应将炸药盒8垂直放置，然后向其中倾注粉状炸药，倾倒时上下轻微震荡炸药盒8，使炸药墩实并均匀分布，同时通过有机玻璃板7也可观察到炸药填充情况，在本实施例中选择有机玻璃板，也是考虑到有机玻璃板强度较大，当炸药填充之后，有机玻璃板7不会受压变形，仍然能与覆板6之间粘接紧密，无缝隙。有机玻璃板7和覆板6之间通过黄油粘接耦合，确保有机玻璃板7和覆板6之间无空气；基板5与两面的覆板6之间均通过间隙柱3预留空隙，间隙柱3通过胶粘的方式固定于基板5的四个角；
步骤二、在安装好的基板5和覆板6的两侧安装侧向动量块4，在底部安装底部动量块9，以消除稀疏波的影响，侧向动量块4和底部动量块9均与基板5直接接触，并采用黄油粘接耦合，整体布置结构如图1所示，实物布置图如图2所示；
步骤三、将安装好的覆板6、基板5、炸药盒8及动量块用胶带固定，垂直放置于沙坑内，并确保炸药盒8上沿水平；将两根等长的导爆索2插入炸药盒8顶端，导爆索2末端与电雷管1捆绑，电雷管1作为起爆源。待准备就绪，联线起爆，完成三明治结构铝镁合金层状复合板的爆炸焊接。
本发明中基板5与覆板6尺寸相同，炸药盒8尺寸比覆板6大。
实例1：2024Al合金板与AZ31镁合金板的三明治结构层状复合板及抗弹性能测试
覆板铝合金采用2024Al，厚度为2.5mm，基板镁合金采用AZ31，厚度为10mm，覆板基板间隙为1～2mm。炸药选用爆速为2100～2300m/s的膨化硝铵炸药，装药厚度为10mm，采用导爆索和8号工业电雷管引爆炸药。制备的三明治结构复合板宏观形貌如图3所示，尺寸为250*200*15mm。
采用测定残余穿深法(即DOP法)法对制备的复合板进行抗弹性能评估。分别对15mm厚的纯2024Al板和15mm厚的Al-Mg-Al爆炸复合板进行测试。测试子弹口径7.62mm，子弹速度为730m/s，测试的靶板尺寸均为100*100mm，测试用背板为25mm厚的均质45号钢板。图4所示即为抗弹测试后的剖面图，其中图4a为15mm厚的纯2024Al靶板与背板的截面，图4b为15mm厚的三明治结构Al-Mg复合靶板与背板的截面。从背板的残余穿深来看，二者的防护性能基本一致，但复合板的重量减轻了25％。
实例2：1060Al与AZ31镁合金板的三明治结构层状复合板
按实例1中参数，将覆板换为1060Al，焊接后进行了金相观察，波纹均匀，结合良好，进行了界面剪切强度测试，在铝侧出现断裂，剪切强度大于50MPa。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种三明治结构铝镁合金层状复合板的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤一、以镁合金板为基板，以铝合金板为覆板，对覆板与基板的表面均进行打磨处理，去除氧化层；将基板竖直放置，在基板两面依次竖直对称布置覆板与炸药盒，所述炸药盒内填充炸药，炸药盒与覆板粘接在一起，基板与两面的覆板之间均通过间隙柱预留空隙；
步骤二、在安装好的基板和覆板的两侧安装侧向动量块，在安装好的基板和覆板的底部安装底部动量块；
步骤三、引爆炸药，完成三明治结构铝镁合金层状复合板的爆炸焊接。
2.如权利要求1所述的一种三明治结构铝镁合金层状复合板的制备方法，其特征在于，基板与覆板尺寸相同，炸药尺寸比覆板大。
3.如权利要求1所述的一种三明治结构铝镁合金层状复合板的制备方法，其特征在于，所述炸药盒的与覆板粘接的侧壁为有机玻璃板。
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