CN105414384A - 一种金属蛋盒夹层结构的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种金属蛋盒夹层结构的制备方法，该结构为板状或管状，所述金属蛋盒夹层结构的制备方法包括以下步骤：步骤1、在作为芯材的金属箔(1)的表面设定用于连接固定的连接点(2)，在该金属箔(1)的表面上，连接点(2)以外的区域为非连接区(3)，在非连接区(3)涂覆止焊剂或止焊-发泡剂，止焊-发泡剂是在止焊剂中加入氢化钛等发泡剂而形成。该金属蛋盒夹层结构的制备方法提出采用扩散连接和超塑成形工艺来制备金属蛋盒夹层结构，这样一方面可以精确地控制成形后零件的外形，特别是一些具有复杂外形的钛合金、铝合金蛋盒结构，同时解决了钛合金、铝合金蛋盒夹层成形难的技术难题，而且在扩散连接界面之间具有较高的结合强度。

Description

一种金属蛋盒夹层结构的制备方法
技术领域
本发明涉及金属多功能拓扑结构成形技术领域，具体是一种金属蛋盒夹层结构的制备方法。
背景技术
钛合金蛋盒夹层结构是一类效率很高的多孔结构，在航空航天领域具有良好的应用前景。钛合金蛋盒夹层结构主要采用冲压方法的方法制备，即采用冲压的方法，首先成形出芯部的蛋盒夹层结构，然后采用钎焊的方法，将蛋盒与面板连接在一起，从而制备出蛋盒夹层结构。
在国外，美国专利US4893743，公开日期1990年1月16日，采用SPF/DB工艺制备了空心柱状夹层结构，该专利使用的工艺方法是SPF(超塑成形)/DB(扩散连接)工艺，但是制备的结构并不是蛋盒夹层结构。美国专利US5156327，公开日期1992年10月20日，该专利中采用SPF+DB工艺制备的锥形夹层结构，工艺过程是：先采用超塑成形工艺成形出带锥形的芯板，然后将面板与芯板叠层后放入模具，采用型模加压的方式实现芯板和面板的扩散连接，从而制备出空心夹层结构。
采用冲压的方法来制备蛋盒夹层结构，一般适用于制备铝合金、不锈钢等变形能力较好的金属材料，而对于如钛合金、高温合金等难变形材料，采用这种方法则很难制备出合格的蛋盒夹层结构，在制备具有复杂外形的蛋盒夹层结构时难度更大。
发明内容
为了克服现有蛋盒夹层结构成形难的问题，本发明提供了一种金属蛋盒夹层结构的制备方法，该金属蛋盒夹层结构的制备方法一方面可以精确地控制成形后零件的外形，特别是一些具有复杂外形的钛合金、铝合金蛋盒结构，同时解决了钛合金、铝合金蛋盒夹层成形难的技术难题，而且在扩散连接界面之间具有较高的结合强度。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种金属蛋盒夹层结构的制备方法，该金属蛋盒夹层结构为板状或管状，所述金属蛋盒夹层结构的制备方法包括以下步骤：
步骤1、在作为芯材的金属箔的表面设定用于连接固定的连接点，在该金属箔的表面上，连接点以外的区域为非连接区，在非连接区涂覆止焊剂或止焊-发泡剂；
步骤2、当该金属蛋盒夹层结构为板状时，包括以下步骤：
步骤2.1a、将金属箔和作为壳材的金属内壳和金属外壳组装在一起，金属内壳和金属外壳均为板状，该组装的顺序为金属内壳、金属箔和金属外壳依次层叠设置；
步骤2.2a、通过加热、加压使金属内壳、金属箔和金属外壳在连接点处连接，金属内壳、金属箔和金属外壳固定为一体；
当该金属蛋盒夹层结构为管状时，包括以下步骤：
步骤2.1b、将金属箔缠绕于作为壳材的金属内壳外，金属内壳为管状，将缠绕了金属箔的金属内壳套入金属外壳内，金属外壳为管状；
步骤2.2b、通过加热、加压使金属内壳、金属箔和金属外壳在连接点处连接，金属内壳、金属箔和金属外壳固定为一体。
多个连接点设置在金属箔的单侧的表面上，多个连接点呈均匀的行列排布，该止焊剂涂覆在该单侧的表面的非连接区。
当该金属蛋盒夹层结构为板状时，所述金属蛋盒夹层结构含有多层金属箔，该止焊剂或止焊-发泡剂涂覆在每层金属箔的同一侧的表面，在垂直于金属箔的表面的方向上，相邻的两层金属箔上的连接点均匀交错分布；
当该金属蛋盒夹层结构为管状时，所述金属蛋盒夹层结构含有多层金属箔，沿金属内壳的径向，相邻的两层金属箔上的连接点均匀交错分布。
当金属外壳、金属箔和金属内壳的材质均为铝合金时，在步骤1中，在每个连接点涂覆钎焊剂。
该步骤2.1a还包括将金属箔和作为壳材的金属内壳和金属外壳组装在一起后进行封边焊，该封边焊采用的焊接方法为氩弧焊、电子束焊和激光焊中的一种；当非连接区涂覆的是止焊剂时，则需要外接进气管；当非连接区涂覆的是止焊-发泡剂时，则不需要外接进气管。
在步骤2.2a中，当非连接区涂覆的是止焊剂时，金属内壳、金属外壳和金属箔在连接的过程中，需要对金属外壳和金属内壳之间的夹层抽真空或者是抽真空后封装，该加压采用型模加压或气体加压的方法；当非连接区涂覆的是止焊-发泡剂时，需要对金属外壳和金属内壳之间的夹层抽真空后进行封装，该加压采用轧制的方法。
该步骤2.1b还包括将层叠设置的金属内壳、金属箔和金属外壳在两端进行封边焊，该封边焊采用的焊接方法为氩弧焊、电子束焊和激光焊中的一种；当非连接区涂覆的是止焊剂时，需要在金属箔的一端留出能够对金属内壳和金属外壳之间的金属箔抽真空和超塑成形进气的进气口，用于焊接进气管；当非连接区涂覆的是止焊-发泡剂时，则不需要外接进气管。
在步骤2.2b中，当非连接区涂覆的是止焊-发泡剂时，金属内壳、金属内壳和金属箔在连接的过程中，需要对金属内壳、金属外壳之间的金属箔抽真空或者是抽真空后封装，该加压采用气体加压，该气体加压为热等静压。
所述金属蛋盒夹层结构的制备方法还包括以下步骤：
步骤3、将固定为一体的金属内壳、金属箔和金属外壳形成的预制坯放入到超塑成形模具中进行超塑成形；当该金属蛋盒夹层结构为板状时，在超塑成形的过程中超塑成形下模具、该预制坯和超塑成形上模具按照由下向上的顺序为叠放；当该金属蛋盒夹层结构为管状时，在超塑成形的过程中超塑成形内模具、该预制坯和超塑成形外模具按照由内向外的顺序叠放。
在步骤3中，当非连接区涂覆的是覆止焊剂且该金属蛋盒夹层结构为板状时，向固定为一体的金属内壳、金属箔和金属外壳形成的预制坯内部通入氩气，通过氩气胀形使金属内壳和金属外壳分别与超塑成形上模具和超塑成形下模具接触并贴合，成形板状的金属蛋盒夹层结构；当非连接区涂覆的是覆止焊剂且该金属蛋盒夹层结构为管状时，向固定为一体的金属内壳、金属箔和金属外壳形成的预制坯内部通入氩气，通过氩气胀形使金属内壳和金属外壳分别与超塑成形内模具和超塑成形外模具接触并贴合，成形管状的金属蛋盒夹层结构；
在步骤3中，当非连接区涂覆的是如果涂覆止焊-发泡剂且该金属蛋盒夹层结构为板状时，不需要向固定为一体的金属内壳、金属箔和金属外壳形成的预制坯内部通入氩气，而是通过升温到一定温度范围，该止焊-发泡剂产生气体胀形使金属内壳和金属外壳分别与超塑成形上模具和超塑成形下模具接触并贴合，成形板状的金属蛋盒夹层结构；当非连接区涂覆的是如果涂覆止焊-发泡剂且该金属蛋盒夹层结构为管状时，不需要向固定为一体的金属内壳、金属箔和金属外壳形成的预制坯内部通入氩气，而是通过升温到一定温度范围，该止焊-发泡剂产生气体胀形使金属内壳和金属外壳分别与超塑成形内模具和超塑成形外模具接触并贴合，成形管状的金属蛋盒夹层结构。
本发明有益效果是：
1、可以精确成形出具有复杂外形的钛合金、铝合金多层蛋盒夹层结构；
2、可以成形出管类多层蛋盒夹层结构件；
3、可以成形出闭孔、开孔的钛合金、铝合金等材料的规则泡沫结构；
4、与采用冲压后钎焊的方法制备蛋盒夹层结构的方法相比较，筋条的高度可以根据设计要求进行调整，设计自由度高，层间结合良好，性能高而且稳定；
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是该金属蛋盒夹层结构为板状时在一层金属箔的表面涂覆止焊剂的示意图。
图2是该金属蛋盒夹层结构为板状时在与图1相邻的金属箔的表面涂覆止焊剂的示意图。
图3是该金属蛋盒夹层结构为板状时图1和图2所示的相邻两层金属箔层叠设置后连接点的位置示意图。
图4是该金属蛋盒夹层结构为管状时在金属箔的表面涂覆止焊剂的示意图。
图5是该金属蛋盒夹层结构的结构示意图。
图中附图标记：1、金属箔；2、连接点；3、非连接区；4、金属内壳；5、金属外壳。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
一种金属蛋盒夹层结构的制备方法，该金属蛋盒夹层结构为板状或管状，该金属蛋盒夹层结构的制备方法包括以下步骤：
步骤1、在作为芯材的金属箔1的表面设定用于连接固定的连接点2，在该金属箔1的表面上，连接点2以外的区域为非连接区3，在非连接区3涂覆止焊剂或止焊发泡剂，其中止焊-发泡剂是在止焊剂中加入氢化钛等发泡剂而形成；
步骤2、当该金属蛋盒夹层结构为板状时，包括以下步骤：
步骤2.1a、将金属箔1和作为壳材的金属内壳4和金属外壳5组装在一起，金属内壳4和金属外壳5均为板状，该组装的顺序为金属内壳4、金属箔1和金属外壳5依次层叠设置；
步骤2.2a、通过加热、加压使金属内壳4、金属箔1和金属外壳5在连接点2处连接，金属内壳4、金属箔1和金属外壳5固定为一体，如果涂覆止焊剂，加压方式可以是型模加压、气体加压，如果涂覆止焊-发泡剂，加压方式可以是轧制的方法；
当该金属蛋盒夹层结构为管状时，包括以下步骤：
步骤2.1b、将金属箔1缠绕于作为壳材的金属内壳4外，金属内壳4为管状，将缠绕了金属箔1的金属内壳4套入金属外壳5内，金属外壳5为管状。采用焊接的方法对叠层后的金属内壳4、金属箔1和金属外壳5在两端进行封边焊，焊接方法可以是氩弧焊、电子束焊、激光焊中的一种，如果涂覆的是止焊剂，则需要外接进气管，如果涂覆的是止焊-发泡剂，则不需要外接进气管；
步骤2.2b、通过加热、加压使金属内壳4、金属箔1和金属外壳5在连接点2处连接，金属内壳4、金属箔1和金属外壳5固定为一体，其中加压方式可以是气体加压。
步骤3、当该金属蛋盒夹层结构为板状时，包括以下步骤：
将固定为一体的金属内壳4、金属箔1和金属外壳5预制坯放入到超塑成形模具中进行超塑成形，其中由下向上的叠放顺序为超塑成形下模具、预制坯、超塑成形上模具。
如果涂覆止焊剂，在超塑成形时，通过进气口向固定为一体的金属内壳4、金属箔1和金属外壳5预制坯内部通入氩气，通过氩气胀形使金属内壳4、金属外壳5与超塑成形上模具、超塑成形下模具或超塑成形内模具、超塑成形外模具接触并贴合，成形出板状或管状金属蛋盒夹层结构。
如果涂覆止焊-发泡剂，在超塑成形时，不需要通过进气口向固定为一体的金属内壳4、金属箔1和金属外壳5预制坯内部通入氩气，而是通过升温到一定温度范围，止焊-发泡剂产生气体胀形使金属内壳4、金属外壳5与超塑成形上模具、超塑成形下模具，成形出金属蛋盒板状夹层结构。
当该金属蛋盒夹层结构为管状时，包括以下步骤：
将固定为一体的金属内壳4、金属箔1和金属外壳5预制坯放入到超塑成形模具中进行超塑成形，其中由内向外的叠放顺序为超塑成形内模具、预制坯、超塑成形外模具。
如果涂覆止焊剂，在超塑成形时，通过进气口向固定为一体的金属内壳4、金属箔1和金属外壳5预制坯内部通入氩气，通过氩气胀形使金属内壳4、金属外壳5与超塑成形内模具、超塑成形外模具接触并贴合，成形出金属蛋盒管状夹层结构。
如果涂覆止焊-发泡剂，在超塑成形时，不需要通过进气口向固定为一体的金属内壳4、金属箔1和金属外壳5预制坯内部通入氩气，而是通过升温到一定温度范围，止焊-发泡剂产生气体胀形使金属内壳4、金属外壳5与超塑成形上模具、超塑成形下模具或超塑成形内模具、超塑成形外模具接触并贴合，成形出金属蛋盒管状夹层结构。其中，止焊-发泡剂为现有产品，止焊-发泡剂为在止焊剂中加入氢化钛等发泡剂而形成，止焊-发泡剂能够阻止两层或两块金属之间的扩散连接(焊接)，止焊-发泡剂还能够在加热后产生气体。
实施例1
TC4钛合金蛋盒板状夹层结构的制备工艺方案如下：
首先，将厚度为0.2mm的TC4钛合金箔材(金属箔1)，厚度为10.8mm的TC4钛合金板材(金属内壳4和金属外壳5)裁取成所需要的尺寸，然后进行表面化洗处理，其中箔材用作芯板，板材用作面板。
步骤1、在每一层作为芯材的金属箔1的表面设定用于连接固定的连接点2，在该金属箔1的表面上，连接点2以外的区域为非连接区3，在非连接区3涂覆止焊剂。止焊剂可以单侧表面涂覆或双侧表面涂覆(即单面涂覆或双面涂覆)，连接点2在该金属箔1的表面上呈均匀的行列排布，当双面涂覆时，相邻两层金属箔1上相对的表面内的连接点2的位置一一对应，以便于加热后邻两层金属箔1的扩散连接，其缺点是连接点2安装对位的难度较大。所以，优选仅在每一层金属箔1的单侧表面的非连接区3涂覆止焊剂，所有金属箔1的非连接区3的朝向均相同，如所有金属箔1的非连接区3均朝向金属内壳4或金属外壳5，相邻两层金属箔1上连接点2均匀交错排列。如图1至图3所示，一层金属箔1上连接点2为白色，非连接区3为剖面线所示，黑色的连接点2为与该金属箔1相邻的金属箔1上的连接点2，可见相邻两层金属箔1上连接点2均匀交错排列。
步骤2.1a、将金属内壳4、金属箔1和金属外壳5依次叠放，然后进行封边焊，并在边缘位置留出进气口，制备出预制坯口袋(即金属内壳4、金属箔1和金属外壳5叠放在一起)，其中箔材层数为1层～20层；
步骤2.2a、将该预制坯口袋放入模具中，对该预制坯口袋抽真空，升温至设定温度，采用型模加压或气体加压的方法，金属内壳4、金属箔1和金属外壳5在连接点2扩散连接在一起，该扩散连接工艺参数为：900℃～920℃(温度)/1MPa～2MPa(压强)/1h～2h(时间)，最终使金属内壳4、金属箔1和金属外壳5固定为一体形成预制件。
步骤3、将扩散连接后的该预制件放入到超塑成形模具中进行超塑成形，升温至设定温度，向该预制坯口袋的进气口通入氩气，使该预制坯口袋超塑成形，超塑成形的工艺参数为：900℃～920℃/1MPa～2MPa/0.5h～2h。
步骤4、采用机械加工(如高压水、线切割或机械加工的方法)加工出TC4钛合金多层蛋盒夹层结构，如图5所示。
零件外形、微观组织分析。
实施例2
铝合金蛋盒板状夹层结构的制备工艺方案如下：
首先，将铝合金箔材(金属箔1)、板材(金属内壳4和金属外壳5)裁取成所需要的尺寸，然后进行表面化洗处理，其中箔材用作芯板，板材用作面板。
步骤1、在每一层作为芯材的金属箔1的表面设定用于连接固定的连接点2，在该金属箔1的表面上，连接点2以外的区域为非连接区3，在非连接区3涂覆止焊剂，在连接点2涂覆钎焊剂。止焊剂可以单侧表面涂覆或双侧表面涂覆(即单面涂覆或双面涂覆)，连接点2在该金属箔1的表面上呈均匀的行列排布，当双面涂覆时，相邻两层金属箔1上相对的表面内的连接点2的位置一一对应，以便于加热后邻两层金属箔1的扩散连接，其缺点是连接点2安装对位的难度较大。所以，优选仅在每一层金属箔1的单侧表面的非连接区3涂覆止焊剂，所有金属箔1的非连接区3的朝向均相同，如所有金属箔1的非连接区3均朝向金属内壳4或金属外壳5，相邻两层金属箔1上连接点2均匀交错排列。如图1至图3所示，一层金属箔1上连接点2为白色，非连接区3为剖面线所示，黑色的连接点2为与该金属箔1相邻的金属箔1上的连接点2，可见相邻两层金属箔1上连接点2均匀交错排列。
步骤2.1a、将金属内壳4、金属箔1和金属外壳5依次叠放，然后进行封边焊，并在边缘位置留出进气口，制备出预制坯口袋(即金属内壳4、金属箔1和金属外壳5叠放在一起)，其中箔材层数为1层～20层；
步骤2.2a、将该预制坯口袋放入模具中，对该预制坯口袋抽真空，升温至设定温度，采用型模加压或气体加压的方法，金属内壳4、金属箔1和金属外壳5在连接点2扩散连接(即钎焊连接)在一起，该扩散连接工艺参数为：550℃～620℃(温度)/1MPa～2MPa(压强)/0.1h～0.2h(时间)，最终使金属内壳4、金属箔1和金属外壳5固定为一体形成预制件。
步骤3、将扩散连接后的该预制件放入到超塑成形模具中进行超塑成形，升温至设定温度，向该预制坯口袋的进气口通入氩气，使该预制坯口袋超塑成形，超塑成形的工艺参数为：550℃～620/1MPa～2MPa/0.1h～0.2h。
步骤4、采用机械加工(如高压水、线切割或机械加工的方法)加工出铝合金多层蛋盒夹层结构，如图5所示。
零件外形、微观组织分析。
实施例3：
TC4钛合金蛋盒管状夹层结构的制备工艺方案如下：
首先，将TC4钛合金箔材(金属箔1)、管状的金属内壳4和管状的金属外壳5裁取成所需要的尺寸，金属内壳4和金属外壳5均为TC4钛合金，然后进行表面化洗处理。
步骤1、金属箔1为一条连续的带状结构，在作为芯材的金属箔1的表面设定用于连接固定的连接点2，在该金属箔1的表面上，连接点2以外的区域为非连接区3，在非连接区3涂覆止焊剂。止焊剂可以单侧表面涂覆或双侧表面涂覆(即单面涂覆或双面涂覆)，连接点2在该金属箔1的表面上呈均匀的行列排布，当双面涂覆时，相邻两层金属箔1上相对的表面内的连接点2的位置一一对应，以便于加热后邻两层金属箔1的扩散连接，其缺点是连接点2安装对位的难度较大。所以，优选仅在金属箔1的单侧表面的非连接区3涂覆止焊剂，金属箔1的非连接区3朝向金属内壳4或金属外壳5，该蛋盒管状夹层结构内含有多层金属箔1，沿金属内壳4的径向，相邻的两层金属箔1上的连接点2均匀交错分布。为了实现沿金属内壳4的径向，相邻的两层金属箔1上的连接点2均匀交错分布，该金属箔1的表面上沿金属箔1的展开方向依次设置的多个连接单元区，每个连接单元区对应一层缠绕在金属内壳4外的金属箔1，连接点2在每个连接单元区内呈均匀的行列排布，相邻的两个连接单元中相邻的两个连接点2在沿金属箔1的展开方向上的距离为一个连接单元区中相邻的两个连接点2的间距的1.5倍，相邻的两个连接单元中相邻的两个连接点2在沿垂直于金属箔1的展开方向上的距离为一个连接单元区中相邻的两个连接点2的间距的0.5倍，如图4所示，a为一个连接单元区中相邻的两个连接点2的间距。
步骤2.1b、将金属箔1缠绕于作为壳材的金属内壳4外，对金属内壳4的两端进行封边焊，并在一端预留出进气孔。
步骤2.2b、经过真空除气、真空封装后进行热等静压，制备出内层管预制坯(缠绕金属箔1的金属内壳4)，通过加热使该内层管预制坯(金属内壳4和金属箔1)在连接点2处扩散连接，使金属内壳4和金属箔1固定为一体，该扩散连接工艺参数为：900℃～920℃(温度)/20MPa～40MPa(压强)/0.5h～1.0h(时间)。
步骤2.3b、将该内层管预制坯套入管状的金属外壳5中，并在两端增加盖板，经过封焊，其中在一端的盖板上有一个进气孔与内层管的进气孔相通，一端的盖板上有一个出气孔与内层管预制坯与外层管之间的空间相通，形成完整的预制件。
步骤3、将该预制件放入到超塑成形模具中进行超塑成形，升温至设定温度，向该预制坯口袋的进气口通入氩气，并经出气孔排出内层管预制坯与金属外壳5之间的气体，使该预制件超塑成形，超塑成形的工艺参数为：900℃～920℃/1MPa～2MPa/0.5h～2.0h。
步骤4、采用机械加工(如高压水、线切割或机械加工的方法)加工出截面是异形截面，内部是TC4钛合金多层蛋盒结构的夹层结构。
零件外形、微观组织分析。
实施例4：
铝合金蛋盒管状夹层结构的制备工艺方案如下：
首先，将铝合金箔材(金属箔1)、管状的金属内壳4和管状的金属外壳5裁取成所需要的尺寸，金属内壳4和金属外壳5均为铝合金，然后进行表面化洗处理。
步骤1、金属箔1为一条连续的带状结构，在作为芯材的金属箔1的表面设定用于连接固定的连接点2，在该金属箔1的表面上，连接点2以外的区域为非连接区3，在连接点2涂覆钎焊剂，在非连接区3涂覆止焊剂。止焊剂可以单侧表面涂覆或双侧表面涂覆(即单面涂覆或双面涂覆)，连接点2在该金属箔1的表面上呈均匀的行列排布，当双面涂覆时，相邻两层金属箔1上相对的表面内的连接点2的位置一一对应，以便于加热后邻两层金属箔1的扩散连接，其缺点是连接点2安装对位的难度较大。所以，优选仅在金属箔1的单侧表面的非连接区3涂覆止焊剂，金属箔1的非连接区3朝向金属内壳4或金属外壳5，该蛋盒管状夹层结构内含有多层金属箔1，沿金属内壳4的径向，相邻的两层金属箔1上的连接点2均匀交错分布。为了实现沿金属内壳4的径向，相邻的两层金属箔1上的连接点2均匀交错分布，该金属箔1的表面上沿金属箔1的展开方向依次设置的多个连接单元区，每个连接单元区对应一层缠绕在金属内壳4外的金属箔1，连接点2在每个连接单元区内呈均匀的行列排布，相邻的两个连接单元中相邻的两个连接点2在沿金属箔1的展开方向上的距离为一个连接单元区中相邻的两个连接点2的间距的1.5倍，相邻的两个连接单元中相邻的两个连接点2在沿垂直于金属箔1的展开方向上的距离为一个连接单元区中相邻的两个连接点2的间距的0.5倍，如图4所示，a为一个连接单元区中相邻的两个连接点2的间距。
步骤2.1b、将金属箔1缠绕于作为壳材的金属内壳4外，对金属内壳4的两端进行封边焊，并在一端预留出进气孔。
步骤2.2b、经过真空除气、真空封装后进行热等静压，制备出内层管预制坯(缠绕金属箔1的金属内壳4)，通过加热使该内层管预制坯(金属内壳4和金属箔1)在连接点2处扩散连接(钎焊)，使金属内壳4和金属箔1固定为一体，该扩散连接工艺参数为：550℃～620℃(温度)/1.0MPa～2.0MPa(压强)/0.1h～0.2h(时间)。
步骤2.3b、将该内层管预制坯套入管状的金属外壳5中，并在两端增加盖板，经过封焊，其中在一端的盖板上有一个进气孔与内层管的进气孔相通，一端的盖板上有一个出气孔与内层管预制坯与外层管之间的空间相通，形成完整的预制件。
步骤3、将该预制件放入到超塑成形模具中进行超塑成形，升温至设定温度，向该预制坯口袋的进气口通入氩气，并经出气孔排出内层管预制坯与金属外壳5之间的气体，使该预制件超塑成形，超塑成形的工艺参数为：550℃～620/1MPa～2MPa/0.5h～2.0h。
步骤4、采用机械加工(如高压水、线切割或机械加工的方法)加工出截面是异形截面，内部是铝合金多层蛋盒结构的夹层结构。
零件外形、微观组织分析。
实施例5
铝合金蛋盒板状夹层结构的制备工艺方案如下：
首先，将铝合金箔材(金属箔1)、板材(金属内壳4和金属外壳5)裁取成所需要的尺寸，然后进行表面化洗处理，其中箔材用作芯板，板材用作面板。
步骤1、在每一层作为芯材的金属箔1的表面设定用于连接固定的连接点2，在该金属箔1的表面上，连接点2以外的区域为非连接区3，在非连接区3涂覆止焊-发泡剂，在连接点2涂覆钎焊剂。止焊-发泡剂可以单侧表面涂覆或双侧表面涂覆(即单面涂覆或双面涂覆)，连接点2在该金属箔1的表面上呈均匀的行列排布，当双面涂覆时，相邻两层金属箔1上相对的表面内的连接点2的位置一一对应，以便于加热后邻两层金属箔1的扩散连接，其缺点是连接点2安装对位的难度较大。所以，优选仅在每一层金属箔1的单侧表面的非连接区3涂覆止焊剂，所有金属箔1的非连接区3的朝向均相同，如所有金属箔1的非连接区3均朝向金属内壳4或金属外壳5，相邻两层金属箔1上连接点2均匀交错排列。如图1至图3所示，一层金属箔1上连接点2为白色，非连接区3为剖面线所示，黑色的连接点2为与该金属箔1相邻的金属箔1上的连接点2，可见相邻两层金属箔1上连接点2均匀交错排列。
步骤2.1a、将金属内壳4、金属箔1和金属外壳5依次叠放，然后进行封边焊，并在边缘位置留出进气口，通过进气口抽真空后封装，制备出预制坯口袋(即金属内壳4、金属箔1和金属外壳5叠放在一起)，其中箔材层数为1层～20层；
步骤2.2a、将该预制坯口袋放入加热炉中，升温至设定温度，温度范围为：350℃～400℃，保温10分钟。将加热后的预制坯放入轧机进行轧制，压下量为30％～50％，通过轧制使金属内壳4、金属箔1和金属外壳5固定为一体形成预制件。
步骤3、将轧制后的该预制件放入到超塑成形模具中进行超塑成形，升温至设定温度，使该预制坯口袋超塑成形，超塑成形的工艺参数为：550℃～620//0.1h～0.2h。
步骤4、采用机械加工(如高压水、线切割或机械加工的方法)加工出铝合金多层蛋盒夹层结构，如图5所示。
零件外形、微观组织分析。
该金属蛋盒夹层结构的制备方法提出采用超塑成形/扩散连接工艺来制备钛合金、铝合金蛋盒夹层结构，这样一方面可以精确地控制成形后零件的外形，特别是一些具有复杂外形的钛合金、铝合金蛋盒结构，同时解决了钛合金、铝合金蛋盒夹层成形难的技术难题，而且在扩散连接界面之间具有较高的结合强度。
该发明也可以是针对横截面为异形截面的管形结构，内部是钛合金、铝合金蛋盒夹层结构成形的技术问题，提出采用超塑成形/扩散连接工艺，通过芯轴上缠绕箔材，来制备钛合金、铝合金蛋盒夹层结构，这样一方面可以精确地控制成形后零件的外形，特别是一些具有复杂外形的钛合金、铝合金蛋盒结构，同时解决了钛合金、铝合金蛋盒夹层成形难的技术难题，而且在扩散连接界面之间具有较高的结合强度。
该发明也可以是针对开孔、闭孔规则泡沫结构成形的技术问题，提出采用涂覆止焊-发泡剂后封装，然后通过轧制加工后超塑成形的方法成形出开孔、闭孔的规则泡沫结构，解决了规则泡沫结构的制备和成形的技术难题。
以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案之间、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。

Claims (10)

1.一种金属蛋盒夹层结构的制备方法，其特征在于，该金属蛋盒夹层结构为板状或管状，所述金属蛋盒夹层结构的制备方法包括以下步骤：
步骤1、在作为芯材的金属箔(1)的表面设定用于连接固定的连接点(2)，在该金属箔(1)的表面上，连接点(2)以外的区域为非连接区(3)，在非连接区(3)涂覆止焊剂或止焊-发泡剂；
步骤2、当该金属蛋盒夹层结构为板状时，包括以下步骤：
步骤2.1a、将金属箔(1)和作为壳材的金属内壳(4)和金属外壳(5)组装在一起，金属内壳(4)和金属外壳(5)均为板状，该组装的顺序为金属内壳(4)、金属箔(1)和金属外壳(5)依次层叠设置；
步骤2.2a、通过加热、加压使金属内壳(4)、金属箔(1)和金属外壳(5)在连接点(2)处连接，金属内壳(4)、金属箔(1)和金属外壳(5)固定为一体；
当该金属蛋盒夹层结构为管状时，包括以下步骤：
步骤2.1b、将金属箔(1)缠绕于作为壳材的金属内壳(4)外，金属内壳(4)为管状，将缠绕了金属箔(1)的金属内壳(4)套入金属外壳(5)内，金属外壳(5)为管状；
步骤2.2b、通过加热、加压使金属内壳(4)、金属箔(1)和金属外壳(5)在连接点(2)处连接，金属内壳(4)、金属箔(1)和金属外壳(5)固定为一体。
2.根据权利要求1所述的金属蛋盒夹层结构的制备方法，其特征在于，多个连接点(2)设置在金属箔(1)的单侧的表面上，多个连接点(2)呈均匀的行列排布，该止焊剂涂覆在该单侧的表面的非连接区(3)。
3.根据权利要求2所述的金属蛋盒夹层结构的制备方法，其特征在于，
当该金属蛋盒夹层结构为板状时，所述金属蛋盒夹层结构含有多层金属箔(1)，该止焊剂或止焊-发泡剂涂覆在每层金属箔(1)的同一侧的表面，在垂直于金属箔(1)的表面的方向上，相邻的两层金属箔(1)上的连接点(2)均匀交错分布；
当该金属蛋盒夹层结构为管状时，所述金属蛋盒夹层结构含有多层金属箔(1)，沿金属内壳(4)的径向，相邻的两层金属箔(1)上的连接点(2)均匀交错分布。
4.根据权利要求1所述的金属蛋盒夹层结构的制备方法，其特征在于，当金属外壳(5)、金属箔(1)和金属内壳(4)的材质均为铝合金时，在步骤1中，在每个连接点(2)涂覆钎焊剂。
5.根据权利要求1所述的金属蛋盒夹层结构的制备方法，其特征在于，该步骤2.1a还包括将金属箔(1)和作为壳材的金属内壳(4)和金属外壳(5)组装在一起后进行封边焊，该封边焊采用的焊接方法为氩弧焊、电子束焊和激光焊中的一种；当非连接区(3)涂覆的是止焊剂时，则需要外接进气管；当非连接区(3)涂覆的是止焊-发泡剂时，则不需要外接进气管。
6.根据权利要求1所述的金属蛋盒夹层结构的制备方法，其特征在于，在步骤2.2a中，当非连接区(3)涂覆的是止焊剂时，金属内壳(4)、金属外壳(5)和金属箔(1)在连接的过程中，需要对金属外壳(5)和金属内壳(4)之间的夹层抽真空或者是抽真空后封装，该加压采用型模加压或气体加压的方法；当非连接区(3)涂覆的是止焊-发泡剂时，需要对金属外壳(5)和金属内壳(4)之间的夹层抽真空后进行封装，该加压采用轧制的方法。
7.根据权利要求1所述的金属蛋盒夹层结构的制备方法，其特征在于，该步骤2.1b还包括将层叠设置的金属内壳(4)、金属箔(1)和金属外壳(5)在两端进行封边焊，该封边焊采用的焊接方法为氩弧焊、电子束焊和激光焊中的一种；当非连接区(3)涂覆的是止焊剂时，需要在金属箔(1)的一端留出能够对金属内壳(4)和金属外壳(5)之间的金属箔(1)抽真空和超塑成形进气的进气口，用于焊接进气管；当非连接区(3)涂覆的是止焊-发泡剂时，则不需要外接进气管。
8.根据权利要求1所述的金属蛋盒夹层结构的制备方法，其特征在于，在步骤2.2b中，当非连接区(3)涂覆的是止焊-发泡剂时，金属内壳(4)、金属内壳(5)和金属箔(1)在连接的过程中，需要对金属内壳(4)、金属外壳(5)之间的金属箔(1)抽真空或者是抽真空后封装，该加压采用气体加压，该气体加压为热等静压。
9.根据权利要求1所述的金属蛋盒夹层结构的制备方法，其特征在于，所述金属蛋盒夹层结构的制备方法还包括以下步骤：
步骤3、将固定为一体的金属内壳(4)、金属箔(1)和金属外壳(5)形成的预制坯放入到超塑成形模具中进行超塑成形；当该金属蛋盒夹层结构为板状时，在超塑成形的过程中超塑成形下模具、该预制坯和超塑成形上模具按照由下向上的顺序为叠放；当该金属蛋盒夹层结构为管状时，在超塑成形的过程中超塑成形内模具、该预制坯和超塑成形外模具按照由内向外的顺序叠放。
10.根据权利要求9所述的金属蛋盒夹层结构的制备方法，其特征在于，
在步骤3中，当非连接区(3)涂覆的是覆止焊剂且该金属蛋盒夹层结构为板状时，向固定为一体的金属内壳(4)、金属箔(1)和金属外壳(5)形成的预制坯内部通入氩气，通过氩气胀形使金属内壳(4)和金属外壳(5)分别与超塑成形上模具和超塑成形下模具接触并贴合，成形板状的金属蛋盒夹层结构；当非连接区(3)涂覆的是覆止焊剂且该金属蛋盒夹层结构为管状时，向固定为一体的金属内壳(4)、金属箔(1)和金属外壳(5)形成的预制坯内部通入氩气，通过氩气胀形使金属内壳(4)和金属外壳(5)分别与超塑成形内模具和超塑成形外模具接触并贴合，成形管状的金属蛋盒夹层结构；
在步骤3中，当非连接区(3)涂覆的是如果涂覆止焊-发泡剂且该金属蛋盒夹层结构为板状时，不需要向固定为一体的金属内壳(4)、金属箔(1)和金属外壳(5)形成的预制坯内部通入氩气，而是通过升温到一定温度范围，该止焊-发泡剂产生气体胀形使金属内壳(4)和金属外壳(5)分别与超塑成形上模具和超塑成形下模具接触并贴合，成形板状的金属蛋盒夹层结构；当非连接区(3)涂覆的是如果涂覆止焊-发泡剂且该金属蛋盒夹层结构为管状时，不需要向固定为一体的金属内壳(4)、金属箔(1)和金属外壳(5)形成的预制坯内部通入氩气，而是通过升温到一定温度范围，该止焊-发泡剂产生气体胀形使金属内壳(4)和金属外壳(5)分别与超塑成形内模具和超塑成形外模具接触并贴合，成形管状的金属蛋盒夹层结构。
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