CN108656641A - 一种波纹-四方蜂窝复合夹层结构及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种波纹‑四方蜂窝复合夹层结构及其制备方法，包括第一金属面板、第二金属面板和金属波纹芯体，金属波纹芯体设置在第一金属面板和第二金属面板之间，将第一金属面板和第二金属面板分隔成多个孔，在每个孔内均填充有与孔尺寸相匹配的四方蜂窝结构。本发明实现了焊接波纹与蜂窝复合结构的制备，在航天航空、交通运输、机械制造、军事领域具有广泛应用前景，可以有效减轻结构重量，面板和波纹芯体穿孔后还具有良好的吸声降噪功能。
Description
技术领域
本发明属于超轻多孔金属材料技术领域，具体涉及一种波纹-四方蜂窝复合夹层结构及其制备方法。
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。该类材料具有高孔隙率特征，其微结构按规则程度可分为无序和有序两大类，前者包括闭孔泡沫材料和开孔泡沫材料，而后者包括二维点阵结构(如波纹结构、蜂窝结构等)与三维桁架结构(如金字塔结构、X型结构等)。
目前，泡沫金属具备孔隙率高的特点，有优良的吸能、吸声、隔热、减振性能，但因为制备中不可避免产生的孔结构缺陷，其强度和刚度都比较低。点阵金属夹层板的比强度和比刚度高，作为结构材料优势明显，但其芯体或者节点往往容易在较低的应变时就达到应力峰值，继而软化失效。将二者复合，可以实现两种材料优势性能的整合，弥补各自力学性能的不足，从而获得力学性能大幅提升的新型复合结构。现有的泡沫铝-波纹板复合结构在承载和吸能性能有了较大提高，但这种无序对有序的复合结构质量效率并没有充分发挥。蜂窝-波纹板复合结构的提出，可以实现复合结构在承载和吸能性能提高的同时，质量效率得到充分发挥。这种有序点阵结构填充有序点阵结构复合结构的制备已往采用胶粘的方法实现点阵材料之间的复合，但是受胶粘强度的限制，所制得的复合材料在承载过程中往往会发生脱粘等现象，影响其整体的力学性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种波纹-四方蜂窝复合夹层结构及其制备方法，通过复合的方式实现蜂窝与波纹的复合力学性能增强，利用焊接技术提高各部分之间界面的连接强度，最终提高整体的承载和吸能性能，获得多功能的焊接波纹-四方蜂窝复合夹层材料及其制备方法。
本发明采用以下技术方案：
一种波纹-四方蜂窝复合夹层结构，包括第一金属面板、第二金属面板和金属波纹芯体，金属波纹芯体设置在第一金属面板和第二金属面板之间，将第一金属面板和第二金属面板分隔成多个孔，在每个孔内均填充有与孔尺寸相匹配的四方蜂窝结构。
具体的，金属波纹芯体采用波纹形状为梯形结构的波纹板制成，波纹板与第一金属面板和第二金属面板的连接处设置有平台结构，波纹板的厚度为0.2～2mm。
具体的，四方蜂窝结构由若干金属板条相互垂直插接组成，金属板条之间构成若干四方形的蜂窝孔，蜂窝孔方向与孔的方向垂直，四方蜂窝结构上蜂窝孔的孔隙率为60～96％，金属板条的厚度为0.2～1mm。
具体的，第一金属面板和第二金属面板的厚度均为0.5～5mm。
具体的，第一金属面板、第二金属面板和四方蜂窝材料为碳钢钢板、不锈钢板、铝板、铝合金板或钛合金板中的一种。
具体的，第二金属面板和波纹面板上均开有若干微穿孔，每个微穿孔的圆心与四方蜂窝结构的蜂窝孔中心重合，微穿孔的直径为0.1～1.5mm。
一种波纹-四方蜂窝复合夹层结构的制备方法，包括以下步骤：
S1、将平整过的金属板材通过冲压制成具有平台结构的金属波纹芯体，然后对金属波纹芯体、平整过的第一金属面板和第二金属面板进行清洗去除油污和锈迹，然后烘干备用；
S2、采用切槽方法，先在金属板条上切割出一系列间距为5～10mm，宽度为0.2～1mm，高度为金属板条宽度0.5倍的槽，然后按设计要求将带有槽的金属板条组装在一起形成四方蜂窝结构，槽和金属板条之间的间隙为3～5μm，在间隙处均匀涂覆混合钎焊浆料或市售的钎焊膏，在50～80℃烘干，然后装入高温钎焊炉中进行焊接；
S3、采用线切割技术将步骤S2制备的四方蜂窝结构切割成与金属波纹芯体的孔尺寸相匹配，并采用金属清洗剂对切割后的四方蜂窝结构进行清洗去除油污和锈迹，并烘干；
S4、在四方蜂窝结构与金属波纹芯体以及金属波纹芯体与第一金属面板和第二金属面板接触处的胞壁边缘处均匀涂覆混合钎焊浆料或市售的钎焊膏，然后将步骤S3制备的四方蜂窝结构插入金属波纹芯体的孔中构成复合芯体，在金属波纹芯体的平台结构处均匀涂覆混合钎焊浆料或市售的钎焊膏，接着将第一金属面板和第二金属面板加载在复合芯体的上、下表面，在烘箱中50～80℃烘干，然后装入高温钎焊炉中进行钎焊制成波纹-四方蜂窝复合夹层结构。
具体的，步骤S2和S3中，混合钎焊浆料具体为：配置质量浓度为1～10％的聚乙烯醇或甲基纤维素黏结剂，然后按质量百分比将5～10％的粘结剂、45～75％的100～200目的钎焊粉料或镍铬磷粉末和20～50％去离子水混合均匀制成混合浆料；
具体的，步骤S2中，对于不锈钢板材，真空度控制在10-2～10-3Pa范围，以5～10℃/min速度自室温升温至300～500℃，保温20min～1h，然后以5～10℃/min速度升温至980～1100℃，保温20min～1h，随炉冷至室温出炉即可获得钎焊的四方蜂窝结构；
对于铝板材，真空度控制在10-3～10-4Pa，以2～5℃/min速度自室温升温至540～580℃，保温20min～1h，随炉冷至室温出炉即可获得钎焊的四方蜂窝结构；
对于钛合金板材，真空度控制在10-2～10-3Pa，然后以2～5℃/min速度自室温升温至830～900℃，保温20min～1h，随炉冷至室温出炉即可获得钎焊四方蜂窝复合夹层结构；
步骤S4中，对于不锈钢板材，真空度控制在10-2～10-3Pa范围，以5～10℃/min速度自室温升温至300～500℃，保温10min～1h，然后以5～10℃/min速度升温至980～1100℃，保温10min～1h，随炉冷至室温出炉即可获得钎焊波纹-四方蜂窝复合夹层结构；
对于铝板材，真空度控制在10-3～10-4Pa，然后以2～5℃/min速度自室温升温至540～580℃，保温20min～1h，随炉冷至室温出炉即可获得钎焊波纹-四方蜂窝复合夹层结构；
对于钛合金板材，真空度控制在10-2～10-3，然后以2～5℃/min速度自室温升温至830～900℃，保温20min～1h，随炉冷至室温出炉即可获得钎焊波纹-四方蜂窝复合夹层结构。
具体的，步骤S3完成后，按照孔径0.5～1.5mm在第二金属面板和金属波纹芯体上打孔，重复打孔步骤直至第二金属面板和金属波纹芯体表面均完成穿孔，制备成面板微穿孔复合结构，然后根据步骤S4将第一金属面板、四方蜂窝结构和制备的面板微穿孔复合结构焊接制成微穿孔钎焊波纹-四方蜂窝复合夹层结构。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
本发明一种波纹-四方蜂窝复合夹层结构，金属波纹芯体设置在第一金属面板和第二金属面板之间，将第一金属面板和第二金属面板分隔成多个孔，在每个孔内均填充有与孔尺寸相匹配的四方蜂窝结构，四方蜂窝结构和波纹结构相互约束，抑制屈曲失效，从而提高复合结构的强度和能量吸收性能。
进一步的，金属波纹芯体采用波纹形状为梯形结构的波纹板制成，波纹板与第一金属面板和第二金属面板的连接处设置有平台结构以增加芯体与面板的连接强度。
进一步的，四方蜂窝结构由若干金属板条相互垂直插接组成若干四方形蜂窝孔，孔隙率为60～96％，四方蜂窝与面外压缩强度大于面内强度，蜂窝孔方向与面板的方向垂直设置以提高复合结构的强度。
进一步的，第二金属面板和波纹面板上均开有若干直径0.1～1.5mm微穿孔以增加复合结构的声学性能，复合结构具有承载和吸声性能。
本发明还公开了一种波纹-四方蜂窝复合夹层结构的制备方法，首先采用切槽和焊接技术，获得四方蜂窝结构，将波纹夹层结构、线切割的四方蜂窝和面板通过钎焊技术复合获得焊接波纹-四方蜂窝复合夹层结构，应用激光技术再焊接波纹-四方蜂窝复合夹层结构穿孔，可以获得具有良好吸声性能的微穿孔焊接波纹-四方蜂窝复合夹层结构，且该方法简单，易于操作，制备成本低。
进一步的，混合钎焊浆料配置质量浓度为1～10％的聚乙烯醇或甲基纤维素黏结剂，然后按质量百分比将5～10％的粘结剂、45～75％的100～200目的钎焊粉料或镍铬磷粉末和20～50％去离子水混合均匀制成，易于制备，价格便宜。
进一步的，采用不锈钢材料制备四方蜂窝结构和波纹-四方蜂窝复合夹层结构，强度较高，易于焊接。
进一步的，制备微穿孔钎焊波纹-四方蜂窝复合夹层结构，实现复合结构具有良好的承载和吸声性能，实现多种功能融合于一身的复合结构。
综上所述，本发明实现了焊接波纹与蜂窝复合结构的制备，在航天航空、交通运输、机械制造、军事领域具有广泛应用前景，可以有效减轻结构重量，面板和波纹芯体穿孔后还具有良好的吸声降噪功能。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明焊接波纹-方形蜂窝复合结构示意图；
图2为本发明四方蜂窝材料结构示意图；
图3为本发明焊接波纹-方形蜂窝复合结构填充示意图；
图4为本发明微穿孔焊接波纹-方形蜂窝复合结构示意图；
图5为本发明微穿孔焊接波纹-方形蜂窝复合结构填充示意图。
其中：1.第一金属面板；2.第二金属面板；3.金属波纹芯体；4.孔；5.四方蜂窝结构；6.平台结构；7.微穿孔。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“一侧”、“一端”、“一边”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参阅图1，本发明提供了一种波纹-四方蜂窝复合夹层结构，包括第一金属面板1、第二金属面板2和金属波纹芯体3，金属波纹芯体3设置在第一金属面板1和第二金属面板2之间，将第一金属面板1和第二金属面板2分隔成多个孔4，在每个孔4内均填充有与孔4尺寸相匹配的四方蜂窝结构5，构成波纹四方蜂窝复合夹层结构。
金属波纹芯体3采用波纹形状为梯形结构的波纹板制成，波纹板与第一金属面板1和第二金属面板2的连接处设置有平台结构6，波纹板的厚度为0.2～2mm。
请参阅图2和图3，四方蜂窝结构5的孔隙率为60～96％，四方蜂窝结构5的蜂窝孔方向与孔4的方向垂直。
四方蜂窝结构5由若干金属板条插接组成，金属板条上间隔5～10mm开有槽，槽的宽度为0.2～1mm，高度为金属板条宽度的0.5倍，槽和金属板条的间隙为3～5μm，金属板条的厚度为0.2～1mm。
第一金属面板1和第二金属面板2的厚度均为0.5～5mm。
请参阅图4和5，第二金属面板2和波纹面板上均开有若干微穿孔7，微穿孔7的圆心与复合芯体中的蜂窝孔的中心重合，依次按照蜂窝孔的分布排列，微穿孔7的直径为0.1～1.5mm。
第一金属面板1、第二金属面板2和四方蜂窝材料5为碳钢钢板、不锈钢板、铝板、铝合金板或钛合金板中的一种。
本发明在金属波纹芯体中全部填充四方蜂窝，并与金属面板复合，通过钎焊制成波纹-蜂窝复合夹层结构。应用波纹与蜂窝两者结构相互增强的耦合效应，以及钎焊获得优异的界面连接强度，实现整体力学性能大幅提高；通过激光微穿孔，还可获得结构良好的吸声性能，获得综合性能更加优异的结构功能一体化材料。
本发明还提供了一种波纹-四方蜂窝复合夹层结构的制备方法，首先采用切槽和焊接技术，获得四方蜂窝结构，然后将波纹夹层结构、线切割的四方蜂窝和面板通过钎焊技术复合获得焊接波纹-四方蜂窝复合夹层结构，具体步骤如下：
S1、将平整过的金属板材通过冲压制成具有平台结构6(即梯形结构)的金属波纹芯体3，然后对金属波纹芯体3、平整过的第一金属面板1和第二金属面板2进行清洗去除油污和锈迹，然后烘干备用；
梯形结构的金属波纹芯体3采用模压或者折叠技术制备。
S2、采用切槽方法，先在金属板条上切割出一系列间距为5～10mm，宽度为0.2～1mm，高度为金属板条宽度0.5倍的槽，然后按设计要求将带有槽的金属板条组装在一起形成四方蜂窝结构5，而槽和金属板条之间的间隙为3～5μm，在间隙处均匀涂覆混合钎焊浆料或市售的钎焊膏，在50～80℃烘干，然后装入高温钎焊炉中进行焊接；
对于不锈钢材料，真空度控制在10-2～10-3Pa范围，以5～10℃/min速度自室温升温至300～500℃，保温20min～1h，然后以5～10℃/min速度升温至980～1100℃，保温20min～1h，随炉冷至室温出炉即可获得钎焊的四方蜂窝结构；
混合钎焊浆料具体为：配置质量浓度为1～10％的聚乙烯醇或甲基纤维素黏结剂，然后按质量百分比将5～10％的粘结剂、45～75％的100～200目的钎焊粉料或镍铬磷粉末和20～50％去离子水混合均匀制成混合浆料。
S3、采用线切割技术将步骤S2制备的四方蜂窝结构5切割成与金属波纹芯体的孔4尺寸相匹配，并采用金属清洗剂对切割后的四方蜂窝结构5进行清洗去除油污和锈迹，并烘干；
S4、在四方蜂窝结构5与金属波纹芯体3以及金属波纹芯体3与第一金属面板1和第二金属面板2接触处的胞壁边缘处均匀涂覆混合钎焊浆料或市售的钎焊膏，然后将步骤S3制备的四方蜂窝结构5插入金属波纹芯体的孔4中构成复合芯体，在金属波纹芯体3的平台结构6处均匀涂覆混合钎焊浆料或市售的钎焊膏，接着将第一金属面板1和第二金属面板2加载在复合芯体的上、下表面，在烘箱中50～80℃烘干，然后装入高温钎焊炉中进行钎焊；
对于不锈钢材料，真空度控制在10-2～10-3Pa范围，以5～10℃/min速度自室温升温至300～500℃，保温10min～1h，然后以5～10℃/min速度升温至980～1100℃，保温10min～1h，随炉冷至室温出炉即可获得钎焊波纹-四方蜂窝复合夹层结构。
S5、采用以上工艺焊接制备微穿孔钎焊波纹-方形蜂窝复合结构，具体如下：
步骤S3完成后，将激光切割头定位在四方蜂窝结构的蜂窝孔中央位置，使切割喷嘴与复合结构表面保持0.5～2mm距离，激光束为光纤激光，激光峰值功率为2000～4000W，脉冲频率为15～35Hz，占空比为30～60％，激光束聚焦焦距为150mm，离焦量为-1～-3mm；
然后按照微穿孔7的尺寸在第二金属面板2和金属波纹芯体3上打孔，微穿孔7的孔径为0.5～1.5mm，重复打孔步骤直至第二金属面板2和金属波纹芯体3表面均完成穿孔，制备成面板微穿孔复合结构，然后根据步骤S4将第一金属面板1、四方蜂窝结构5和面板微穿孔复合结构焊接制成微穿孔钎焊波纹-四方蜂窝复合夹层结构。
应用激光技术再焊接波纹-四方蜂窝复合夹层结构穿孔，可以获得具有良好吸声性能的微穿孔焊接波纹-四方蜂窝复合夹层结构。本发明实现焊接波纹与蜂窝复合结构的制备。这种焊接波纹-四方蜂窝复合夹层结构，在航天航空、交通运输、机械制造、军事领域具有广泛应用前景，可以有效减轻结构重量，面板和波纹芯体穿孔后还具有良好的吸声降噪功能。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
1)首先将平整过的0.5mm金属板材即不锈钢板材通过冲压制成具有平台结构即梯形结构的金属波纹芯体3，然后对金属波纹芯体和平整过的厚度为1mm金属面板1和面板2用金属清洗剂清洗去除油污和锈迹后烘干；
2)其次采用线切割技术，先在厚度为0.2mm金属板条不锈钢板材上切割出一系列间隔为5mm的槽，槽的宽度为0.2mm，高度为金属板条宽度的0.5倍，然后按设计要求将带有槽的金属板条组装在一起形成四方蜂窝结构，而槽和板之间的间隙为3～5μm，间隙处均匀涂覆混合钎焊浆料。在烘箱中80℃烘干，然后装入高温钎焊炉中进行焊接。真空度控制在10-2～10-3Pa范围，然后以5℃/min速度自室温升温至300℃～500℃，保温20min，然后以5℃/min速度升温至980℃～1100℃，保温20min，随炉冷至室温出炉即可获得钎焊的四方蜂窝复合夹层结构；
3)再次，采用线切割技术将板四方蜂窝块切割成与金属波纹芯体3的孔4尺寸相匹配的四方蜂窝材料5，并对切割后的材料用金属清洗剂进行清洗去除油污和锈迹，并烘干；
4)将在四方蜂窝材料5与金属波纹结构芯体3和金属面板1和面板2的接触处的胞壁边缘均匀涂覆混合钎焊浆料，然后插入金属波纹芯体的孔4中，在金属波纹芯体的平台结构6均匀涂覆混合钎焊浆料，接着将金属面板1和面板2加载在复合芯体上、下表面。在烘箱中80℃烘干，然后装入高温钎焊炉中进行钎焊，真空度控制在10-2～10-3Pa范围，然后以5℃/min速度自室温升温至300℃～500℃，保温20min，然后以5℃/min速度升温至980℃～1100℃，保温20min，随炉冷至室温出炉即可获得钎焊波纹-四方蜂窝复合夹层结构如图1、图2和图3所示；
实施例2
1)首先将平整过的0.5mm金属板材即铝板材通过冲压制成具有平台结构即梯形结构的金属波纹芯体3，然后对金属波纹芯体和平整过的厚度为1mm金属面板1和面板2用金属清洗剂清洗去除油污和锈迹后烘干；
2)其次采用线切割技术，先在厚度为0.2mm金属板条即铝板板材上切割出一系列间隔为5mm的槽，槽的宽度为0.2mm，高度为金属板条宽度的0.5倍，然后按设计要求将带有槽的金属板条组装在一起形成四方蜂窝结构，而槽和板之间的间隙为3～5μm,间隙处均匀涂覆将市售的钎焊膏。在烘箱中50℃烘干，然后装入高温钎焊炉中进行焊接，真空度控制在10-3～10-4Pa范围，然后以2℃/min速度自室温升温至540～580℃，保温20min，随炉冷至室温出炉即可获得钎焊四方蜂窝复合夹层结构；
3)再次，采用线切割技术将板四方蜂窝块切割成与金属波纹芯体3的孔4尺寸相匹配的四方蜂窝材料5，并对切割后的材料用金属清洗剂进行清洗去除油污和锈迹，并烘干；
4)在四方蜂窝材料5与金属波纹结构芯体3和金属面板1和面板2的接触处的胞壁边缘均匀涂覆市售的钎焊膏，然后插入金属波纹芯体的孔4中，将金属波纹芯体的平台结构6均匀涂覆将市售的Al-Si-Cu-Zn钎焊膏，接着将金属面板1和面板2加载在复合芯体上、下表面。烘箱中50℃烘干，然后装入高温钎焊炉中进行焊接，真空度控制在10-3～10-4Pa范围，然后以2℃/min速度自室温升温至540～580℃，保温20min，随炉冷至室温出炉即可获得钎焊波纹-四方蜂窝复合夹层结构如图1、图2和图3所示；
实施例3
1)首先将平整过的0.5mm金属板材即钛合金板材通过冲压制成具有平台结构即梯形结构的金属波纹芯体3，然后对金属波纹芯体和平整过的厚度为1mm金属面板1和面板2用金属清洗剂清洗去除油污和锈迹后烘干；
2)其次采用线切割技术，先在厚度为0.2mm金属板条即钛合金板材上切割出一系列间隔为5mm的槽，槽的宽度为0.2mm,高度为金属板条宽度的0.5倍，然后按设计要求将带有槽的金属板条组装在一起形成四方蜂窝结构，而槽和板之间的间隙为3～5μm,间隙处均匀涂覆将市售的Ti基钎焊膏。烘箱中50℃烘干，然后装入高温钎焊炉中进行焊接，真空度控制在10-2～10-3Pa范围，然后以3℃/min速度自室温升温至830～900℃，保温20min，随炉冷至室温出炉即可获得钎焊四方蜂窝复合夹层结构；
3)再次，采用线切割技术将板四方蜂窝块切割成与金属波纹芯体3的孔4尺寸相匹配的四方蜂窝材料5，并对切割后的材料用金属清洗剂进行清洗去除油污和锈迹，并烘干；
4)将在四方蜂窝材料5与金属波纹结构芯体3和金属面板1和面板2的接触处的胞壁边缘均匀涂覆市售的Ti基钎焊膏，然后插入金属波纹芯体的孔4中，将金属波纹芯体的平台结构6均匀涂覆将市售的Ti基钎焊膏，接着将金属面板1和面板2加载在复合芯体上、下表面。在烘箱中50℃烘干，然后装入高温钎焊炉中进行焊接，真空度控制在10-2～10-3范围，然后以3℃/min速度自室温升温至830～900℃，保温20min，随炉冷至室温出炉即可获得钎焊波纹-四方蜂窝复合夹层结构如图1、图2和图3所示；
实施例4
1)首先将平整过的0.5mm金属板材即不锈钢板材通过冲压制成具有平台结构即梯形结构的金属波纹芯体3，然后对金属波纹芯体和平整过的厚度为1mm金属面板1和面板2用金属清洗剂清洗去除油污和锈迹后烘干；
2)其次采用线切割技术，先在厚度为0.2mm金属板条不锈钢板材上切割出一系列间隔为5mm的槽，槽的宽度为0.2mm,高度为金属板条宽度的0.5倍，然后按设计要求将带有槽的金属板条组装在一起形成四方蜂窝结构，而槽和板之间的间隙为3～5μm,间隙处均匀涂覆混合钎焊浆料。在烘箱中80℃烘干，然后装入高温钎焊炉中进行焊接，对于不锈钢材料，真空度控制在10-2～10-3Pa范围，然后以5℃/min速度自室温升温至300℃～500℃，保温20min，然后以5℃/min速度升温至980℃～1100℃，保温20min，随炉冷至室温出炉即可获得钎焊四方蜂窝复合夹层结构；
3)再次，采用线切割技术将板四方蜂窝块切割成与金属波纹芯体3的孔4尺寸相匹配的四方蜂窝材料5，并对切割后的材料用金属清洗剂进行清洗去除油污和锈迹，并烘干；
4)将在四方蜂窝材料5与金属波纹结构芯体3和金属面板1和面板2的接触处的胞壁边缘均匀涂覆混合钎焊浆料，然后插入金属波纹芯体的孔4中，将金属波纹芯体的平台结构6均匀涂覆混合钎焊浆料，接着将金属面板1和面板2加载在复合芯体上、下表面。在烘箱中80℃烘干，然后装入高温钎焊炉中进行焊接，真空度控制在10-2～10-3Pa范围，然后以5℃/min速度自室温升温至300℃～500℃，保温20min，然后以5℃/min速度升温至980℃～1100℃，保温20min，随炉冷至室温出炉即可获得包含一个面板的钎焊波纹-四方蜂窝复合夹层结构；
5)金属清洗剂除去待切割工件上的杂质，在烘箱中50℃烘干。激光切割头定位在四方蜂窝孔中央的位置，使切割喷嘴与复合结构表面保持0.5mm～2mm距离。激光束为高亮度光纤激光，激光峰值功率为2000～4000W，脉冲频率为15～35Hz，占空比为30％～60％，激光束聚焦焦距为150mm。按照设计孔7的尺寸在金属波纹芯体3和金属面板2打孔，孔径为0.5mm，重复上述步骤直至整个结构完成穿孔制备含一个面板微穿孔复合结构，利用上述4)相同工艺将面板与含一个面板微穿孔复合结构钎焊，制备微穿孔钎焊波纹-四方蜂窝复合夹层结构如图4和图5所示。
实施例5
1)首先将平整过的0.5mm金属板材即钛合金板材通过冲压制成具有平台结构即梯形结构的金属波纹芯体3，然后对金属波纹芯体和平整过的厚度为1mm金属面板1和面板2用金属清洗剂清洗去除油污和锈迹后烘干；
2)其次采用线切割技术，先在厚度为0.2mm金属板条即钛合金板材上切割出一系列间隔为5mm的槽，槽的宽度为0.2mm,高度为金属板条宽度的0.5倍，然后按设计要求将带有槽的金属板条组装在一起形成四方蜂窝结构，而槽和板之间的间隙为3～5μm,间隙处均匀涂覆将市售的Ti基钎焊膏。在烘箱中50℃烘干，然后装入高温钎焊炉中进行焊接，真空度控制在10-2～10-3Pa范围，然后以3℃/min速度自室温升温至830～900℃，保温20min，随炉冷至室温出炉即可获得钎焊四方蜂窝复合夹层结构；
3)再次，采用线切割技术将板四方蜂窝芯块切割成与金属波纹芯体3的孔4尺寸相匹配的四方蜂窝材料5，并对切割后的材料用金属清洗剂进行清洗去除油污和锈迹，并烘干；
4)将在四方蜂窝材料5与金属波纹结构芯体3和金属面板1和面板2的接触处的胞壁边缘均匀涂覆市售的Ti基钎焊膏，然后插入金属波纹芯体的孔4中，将金属波纹芯体的平台结构6均匀涂覆将市售的Ti基钎焊膏，接着将金属面板1和面板2加载在复合芯体上、下表面。在50℃烘干，然后装入高温钎焊炉中进行焊接，真空度控制在10-2～10-3范围，然后以3℃/min速度自室温升温至830℃～900℃，保温10min，随炉冷至室温出炉即可获得包含一个面板的钎焊波纹-四方蜂窝复合夹层结构；
5)金属清洗剂除去待切割工件上的杂质，在烘箱中50℃烘干。激光切割头定位在四方蜂窝孔中央的位置，使切割喷嘴与复合结构表面保持0.5～2mm距离。激光束为高亮度光纤激光，激光峰值功率为2000～4000W，脉冲频率为15～35Hz，占空比为30％～60％，激光束聚焦焦距为150mm。按照微穿孔7的尺寸在金属波纹芯体3和金属面板2打孔，孔径为1mm，重复上述步骤直至整个结构完成穿孔制备含一个面板微穿孔复合结构，利用上述4)相同工艺将面板与含一个面板微穿孔复合结构钎焊，制备微穿孔焊钎焊纹-四方蜂窝复合夹层结构如图4和图5所示。
通过焊接制备波纹-四方蜂窝复合夹层结构可以很好实现波纹和蜂窝的连接强度，提高结构的承载吸能。例如实验中不锈钢四方蜂窝的面外压缩强度为20MPa，波纹夹层结构压缩强度为1.7MPa，复合后压缩强度达到34MPa。此外，在焊接波纹-四方蜂窝复合夹层结构通过激光打孔制备微穿孔复合结构，可以实现结构具有很好的吸声性能，使得其最终可以具有双功能特性。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种波纹-四方蜂窝复合夹层结构，其特征在于，包括第一金属面板(1)、第二金属面板(2)和金属波纹芯体(3)，金属波纹芯体(3)设置在第一金属面板(1)和第二金属面板(2)之间，将第一金属面板(1)和第二金属面板(2)分隔成多个孔(4)，在每个孔(4)内均填充有与孔(4)尺寸相匹配的四方蜂窝结构(5)。
2.根据权利要求1所述的一种波纹-四方蜂窝复合夹层结构，其特征在于，金属波纹芯体(3)采用波纹形状为梯形结构的波纹板制成，波纹板与第一金属面板(1)和第二金属面板(2)的连接处设置有平台结构(6)，波纹板的厚度为0.2～2mm。
3.根据权利要求1所述的一种波纹-四方蜂窝复合夹层结构，其特征在于，四方蜂窝结构(5)由若干金属板条相互垂直插接组成，金属板条之间构成若干四方形的蜂窝孔，蜂窝孔方向与孔(4)的方向垂直，四方蜂窝结构(5)上蜂窝孔的孔隙率为60～96％，金属板条的厚度为0.2～1mm。
4.根据权利要求1所述的一种波纹-四方蜂窝复合夹层结构，其特征在于，第一金属面板(1)和第二金属面板(2)的厚度均为0.5～5mm。
5.根据权利要求1所述的一种波纹-四方蜂窝复合夹层结构，其特征在于，第一金属面板(1)、第二金属面板(2)和四方蜂窝材料(5)为碳钢钢板、不锈钢板、铝板、铝合金板或钛合金板中的一种。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的一种波纹-四方蜂窝复合夹层结构，其特征在于，第二金属面板(2)和波纹面板上均开有若干微穿孔(7)，每个微穿孔(7)的圆心与四方蜂窝结构(5)的蜂窝孔中心重合，微穿孔(7)的直径为0.1～1.5mm。
7.一种制备权利要求1至6中任一项所述波纹-四方蜂窝复合夹层结构的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将平整过的金属板材通过冲压制成具有平台结构的金属波纹芯体(3)，然后对金属波纹芯体(3)、平整过的第一金属面板(1)和第二金属面板(2)进行清洗去除油污和锈迹，然后烘干备用；
S2、采用切槽方法，先在金属板条上切割出一系列间距为5～10mm，宽度为0.2～1mm，高度为金属板条宽度0.5倍的槽，然后按设计要求将带有槽的金属板条组装在一起形成四方蜂窝结构(5)，槽和金属板条之间的间隙为3～5μm，在间隙处均匀涂覆混合钎焊浆料或市售的钎焊膏，在50～80℃烘干，然后装入高温钎焊炉中进行焊接；
S3、采用线切割技术将步骤S2制备的四方蜂窝结构(5)切割成与金属波纹芯体的孔(4)尺寸相匹配，并采用金属清洗剂对切割后的四方蜂窝结构(5)进行清洗去除油污和锈迹，并烘干；
S4、在四方蜂窝结构(5)与金属波纹芯体(3)以及金属波纹芯体(3)与第一金属面板(1)和第二金属面板(2)接触处的胞壁边缘处均匀涂覆混合钎焊浆料或市售的钎焊膏，然后将步骤S3制备的四方蜂窝结构(5)插入金属波纹芯体的孔(4)中构成复合芯体，在金属波纹芯体(3)的平台结构(6)处均匀涂覆混合钎焊浆料或市售的钎焊膏，接着将第一金属面板(1)和第二金属面板(2)加载在复合芯体的上、下表面，在烘箱中50～80℃烘干，然后装入高温钎焊炉中进行钎焊制成波纹-四方蜂窝复合夹层结构。
8.根据权利要求7所述的一种波纹-四方蜂窝复合夹层结构的制备方法，其特征在于，步骤S2和S3中，混合钎焊浆料具体为：配置质量浓度为1～10％的聚乙烯醇或甲基纤维素黏结剂，然后按质量百分比将5～10％的粘结剂、45～75％的100～200目的钎焊粉料或镍铬磷粉末和20～50％去离子水混合均匀制成混合浆料。
9.根据权利要求7所述的一种波纹-四方蜂窝复合夹层结构的制备方法，其特征在于，步骤S2中，对于不锈钢板材，真空度控制在10-2～10-3Pa范围，以5～10℃/min速度自室温升温至300～500℃，保温20min～1h，然后以5～10℃/min速度升温至980～1100℃，保温20min～1h，随炉冷至室温出炉即可获得钎焊的四方蜂窝结构；
对于铝板材，真空度控制在10-3～10-4Pa，以2～5℃/min速度自室温升温至540～580℃，保温20min～1h，随炉冷至室温出炉即可获得钎焊的四方蜂窝结构；
对于钛合金板材，真空度控制在10-2～10-3Pa，然后以2～5℃/min速度自室温升温至830～900℃，保温20min～1h，随炉冷至室温出炉即可获得钎焊四方蜂窝复合夹层结构；
步骤S4中，对于不锈钢板材，真空度控制在10-2～10-3Pa范围，以5～10℃/min速度自室温升温至300～500℃，保温10min～1h，然后以5～10℃/min速度升温至980～1100℃，保温10min～1h，随炉冷至室温出炉即可获得钎焊波纹-四方蜂窝复合夹层结构；
对于铝板材，真空度控制在10-3～10-4Pa，然后以2～5℃/min速度自室温升温至540～580℃，保温20min～1h，随炉冷至室温出炉即可获得钎焊波纹-四方蜂窝复合夹层结构；
对于钛合金板材，真空度控制在10-2～10-3，然后以2～5℃/min速度自室温升温至830～900℃，保温20min～1h，随炉冷至室温出炉即可获得钎焊波纹-四方蜂窝复合夹层结构。
10.根据权利要求7所述的一种波纹-四方蜂窝复合夹层结构的制备方法，其特征在于，步骤S3完成后，按照孔径0.5～1.5mm在第二金属面板(2)和金属波纹芯体(3)上打孔，重复打孔步骤直至第二金属面板(2)和金属波纹芯体(3)表面均完成穿孔，制备成面板微穿孔复合结构，然后根据步骤S4将第一金属面板(1)、四方蜂窝结构(5)和制备的面板微穿孔复合结构焊接制成微穿孔钎焊波纹-四方蜂窝复合夹层结构。
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2018
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