CN108817638A - 金属蜂窝芯材及金属蜂窝板的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种金属蜂窝芯材的制备方法及金属蜂窝板的制备方法，其中，金属蜂窝芯材的制备方法包括准备箔材的步骤、钎料涂覆箔材的步骤、箔材叠层的步骤及拉伸形成蜂窝芯材的步骤；在箔材叠层的步骤与拉伸形成蜂窝芯材的步骤之间还包括箔材扩散焊的步骤，即对多层箔材于真空炉或气氛炉中加热加压，其中，加热使得相邻箔材间的钎料呈固液混合状态，加压使得相邻箔材之间紧压在一起，直至相邻箔材间的钎料以原子扩散的方式使相邻箔材固定；金属蜂窝板的制备方法包括上述金属蜂窝芯材的制备方法。本发明能够在金属上、下面板与金属蜂窝芯材连接时，保证蜂窝芯材内部连接的稳定性。

Description

金属蜂窝芯材及金属蜂窝板的制备方法

技术领域

本发明属于蜂窝板生产加工技术领域，尤其涉及一种金属蜂窝芯材及金属蜂窝板的制备方法。

背景技术

金属蜂窝板是由上下两层金属面板，中间为金属蜂窝芯材，通过胶粘、钎焊等方式连接成型的蜂窝夹层结构。与传统的瓦楞结构相比，蜂窝结构板具备诸多显著优势：密度小，抗压及抗弯强度高，板材承受的侧、垂向压力以及剪切力不受方向的限制，以及受力均匀等。金属蜂窝板凭借其重量轻、强度高、刚性大、稳定性好、隔热隔声以及无污染等一系列优点，现已在航空航天、飞机、列车、船舶、建筑等领域中得到广泛使用。

由于采用胶粘方式制得的金属蜂窝板存在力学性能低、环境污染大以及易脱胶等缺陷，因此蜂窝板行业目前普遍采用的解决方式是通过普通钎焊(包括软钎焊及硬钎焊)制备金属蜂窝板，具体包括以下步骤：a、准备箔材以及上、下面板；b、箔材预处理，去除油污及氧化膜；c、采用比箔材熔点低的金属材料作钎料(包括软钎料或硬钎料)，将带状或膏状钎料通过钎料机等设备按照预设的间距涂覆在箔材上；d、对多片箔材叠层放置，保持箔材表面平整并且上下错位；e、对箔材进行钎焊，将箔材于真空炉或气氛炉中加热到高于钎料熔点，低于箔材的熔化温度；f、对箔材进行卸压、裁边，按照尺寸要求拉伸形成蜂窝芯材；g、对上、下面板预处理，去除油污和氧化膜；h、采用比蜂窝芯材及上、下面板熔点低的金属材料作钎料(包括软钎料或硬钎料)，将带状或膏状钎料通过钎料机等设备涂覆在上、下面板的一侧；i、将蜂窝芯材与上、下面板通过夹具夹紧等方式固定；j、对蜂窝芯材与上、下面板于真空炉或气氛炉中进行钎焊，钎焊温度高于钎料熔点，并且低于蜂窝芯材及上、下面板的熔化温度；k、冷却、卸压后制成金属蜂窝板成品。

采用普通钎焊制备金属蜂窝板的方法由于具备制备过程简单并且工艺及设备要求低的优点，因此在蜂窝板行业中被普遍采纳，以适应于蜂窝板大批量生产的要求。然而，在当蜂窝芯材内部钎料的熔点不高于上、下面板与蜂窝芯材间的钎料熔点时(例如前者为软钎料且后者为硬钎料，或者二者均为硬钎料，或者二者均为软钎料的情形)，在上述j步骤中，为了使得上、下面板与蜂窝芯材间的钎料达到熔点后熔化，必然导致蜂窝芯材内部的钎料的熔化，从而使得箔材与箔材之间因失去了稳定的连接关系而极其容易断开，导致蜂窝芯材散架，进而在蜂窝板大批量生产的过程中产生成品率极其低下的行业普遍现象。

发明内容

本发明针对现有采用普通钎焊制备蜂窝板的方法存在的上述技术问题，提出一种能够在金属上、下面板与金属蜂窝芯材连接时，保证蜂窝芯材内部连接的稳定性的金属蜂窝芯材及金属蜂窝板的制备方法。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种金属蜂窝芯材的制备方法，包括以下步骤：

准备箔材的步骤；

钎料涂覆箔材的步骤；

箔材叠层的步骤；

拉伸形成蜂窝芯材的步骤；

在箔材叠层的步骤与拉伸形成蜂窝芯材的步骤之间还包括以下步骤：

箔材扩散焊的步骤，对多层箔材于真空炉或气氛炉中加热加压，其中，加热使得相邻箔材间的钎料呈固液混合状态，加压使得相邻箔材之间紧压在一起，直至相邻箔材间的钎料以原子扩散的方式使相邻箔材固定。

作为优选，在所述箔材扩散焊的步骤中，加压的压力范围为0.5-5MPa，加热的温度范围为400-620℃。

作为优选，在所述准备箔材的步骤中，选用的箔材为铝箔材、铜箔或不锈钢箔。

作为优选，在所述钎料涂覆箔材的步骤中，选用的钎料为硬钎料，在所述箔材扩散焊的步骤中，加热的温度范围为580-620℃。

作为优选，在所述钎料涂覆箔材的步骤中，选用的钎料为软钎料，在所述箔材扩散焊的步骤中，加热的温度范围为400-450℃。

作为优选，在所述箔材扩散焊的步骤中，对多层箔材于氮气或氩气保护下加压加热。

作为优选，在所述箔材扩散焊的步骤及所述拉伸形成蜂窝芯材的步骤之间还包括以下步骤：

冷却及裁切箔材的步骤，将箔材出炉后继续冷却至室温并按尺寸要求裁切。

本发明还涉及一种金属蜂窝板的制备方法，包括如上所述的金属蜂窝芯材的制备方法，其还包括以下步骤：

准备金属面板的步骤；

钎料涂覆的步骤；

固定金属面板及蜂窝芯材的步骤；

金属面板与蜂窝芯材钎焊的步骤。

作为优选，在所述箔材扩散焊的步骤中，选用的钎料为硬钎料，在金属面板与蜂窝芯材钎焊的步骤中，选用的钎料为软钎料。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

1、本发明金属蜂窝芯材的制备方法，通过扩散焊将多层铝箔连接在一起，相对于现有方法，能够从根本上解决现有金属蜂窝芯材制备方法存在的技术缺陷，进而显著提高了金属蜂窝板生产过程中的成品率，更进而提高了金属蜂窝板的生产效率。

2、本发明金属蜂窝芯材的制备方法在金属蜂窝芯材内部钎料的材质一定的前提下，在所述箔材扩散焊的步骤中，由于无需将箔材间的钎料加热至熔点，因此加热所需达到的温度得到减小，从而本发明金属蜂窝芯材的制备方法还降低了对加热工艺、及加热设备的要求。

3、本发明金属蜂窝板的制备方法，由于采用了金属蜂窝芯材的制备方法，因此从根本上解决现有金属蜂窝芯材制备方法存在的技术缺陷，显著提高了金属蜂窝板生产过程中的成品率，进而提高了生产效率。

附图说明

图1为本发明金属蜂窝板的制备工艺流程示意图。

具体实施方式

参见图1，一种金属蜂窝芯材的制备方法，包括以下步骤：

准备箔材的步骤,例如，对箔材表面进行清洗，去除箔材的油污和氧化膜，所用清洗剂可以为金属制品专用清洗剂，清洗设备可以是超声波清洗机；

钎料涂覆箔材的步骤，例如，将带状或膏状钎料通过钎料机等设备按照预设的间距涂覆在箔材上；

箔材叠层的步骤，例如，将涂覆钎料的多层箔材进行叠层，上下错位；

拉伸形成蜂窝芯材的步骤，例如，对箔材进行卸压、裁边，按照尺寸要求拉伸形成蜂窝芯材；

上述步骤的具体实施方式可参见现有金属蜂窝芯材的制备方法，本发明在此不做赘述；本发明的发明目的是为了解决现有金属蜂窝芯材的制备方法存在成品率低下的技术缺陷，具体的，在将金属面板与蜂窝芯材连接的过程中，蜂窝芯材内部的连接极其容易断开；基于此，本发明在箔材叠层的步骤与拉伸形成蜂窝芯材的步骤之间还包括以下步骤：

箔材扩散焊的步骤，对多层箔材于真空炉或气氛炉中加热加压，其中，加热使得相邻箔材间的钎料呈固液混合状态，即该加热温度低于箔材和钎料的熔化温度，而加压使得相邻箔材之间紧压在一起，直至相邻箔材间的钎料以原子扩散的方式使相邻箔材固定，即使得相邻箔材之间通过钎料以原子相互扩散的方式固定在一起。

需要说明的是，本领域技术人员已知的是：扩散焊是指将工件在高温下加压，但不产生可见变形和相对移动的固态焊方法。在待焊的表面间加一层有利于扩散的中间材料，该材料在加热保温中熔化，并形成少量的液相，这些液相金属可填充缝隙，也使液相中的某些元素向母材扩散，最后形成冶金连接；在需要大批量生产的蜂窝板行业中，扩散焊相对于钎焊增加了加高压等步骤，从而在制备金属蜂窝芯材的过程中需要对加工工艺及加工设备提出较高的要求，进而延长了生产周期，提高了生产成本，不利于连续式批量生产，因此，钎焊在蜂窝板行业中被普遍采纳；基于此，本领域技术人员在将金属面板与金属蜂窝芯材连接的过程中，发现金属蜂窝芯材内部的连接极其容易断开的这一技术问题时，在通过合乎逻辑的分析、推理的情况下，仅能够得出解决方式是，控制金属蜂窝芯材内部钎料的熔点，使其不低于金属面板与金属蜂窝芯材连接所使用钎料的熔点，具体为：(1)选择金属蜂窝芯材内部钎料的材料，使其同金属面板与金属蜂窝芯材连接所使用的钎料相一致，例如将二者均选择为硬钎料，或者将二者均选择为软钎料，即保证二者的熔点一致，以此在将金属面板与金属蜂窝芯材连接的过程中，能够尽量降低金属蜂窝芯材的内部连接发生断开的风险，同时由于两次钎料熔化所需的加热温度相同，因此还能够保证工艺条件不发生改变，从而保证了蜂窝板的生产效率，然而，金属蜂窝芯材内部的钎料在达到熔点时必然会出现熔化的现象，此时一方面金属蜂窝芯材内部的各个连接点均是非常不稳定的，以此在将金属面板与金属蜂窝芯材连接的过程中，随时存在金属蜂窝芯材内部连接断开的风险，另一方面，经过钎料的再次熔化，箔材与箔材之间形成二次焊接，从而导致金属蜂窝芯材的性能下降，因此，选择控制钎料材料一致的方式显然不能从根本上解决现有金属蜂窝芯材制备方法存在的上述技术缺陷，进而不能从根本上提高金属蜂窝板的成品率；(2)选择蜂窝芯材内部钎料的材料为硬钎焊，而选择金属面板与金属蜂窝芯材连接所需的钎料材料为软钎焊，以此使得前者的熔点高于后者的熔点，从而在将金属面板与蜂窝芯材连接的过程中，使得蜂窝芯材内部的钎料不会发生熔化，继而使得金属蜂窝芯材内部各个连接点不会断开，然而，该种方式放弃了对钎料选材的其他可能性，即放弃了两种钎料均为软钎料，两种钎料均为硬钎焊，以及前者的材料为硬钎料，同时后者的材料为软钎料等情况，从而不能满足市场对金属蜂窝板的多样化需求，即其仅能够满足市场对金属蜂窝板的单一需求，而当市场对其他钎料组合形式的金属蜂窝板提出需求时，仍然面临着本发明所要解决的上述技术问题，继而不能够满足对金属蜂窝板大批量生产的需要，因此，选择蜂窝芯材内部钎料的材料为硬钎焊，而选择金属面板与金属蜂窝芯材连接所需的钎料材料为软钎焊的这种方式，同样不能够从根本上解决现有金属蜂窝芯材制备方法存在的上述技术缺陷，进而不能从根本上提高金属蜂窝板的成品率。

然而，本发明金属蜂窝芯材的制备方法，通过扩散焊将多层铝箔连接在一起，使得相邻箔材间的钎料以原子扩散的方式使相邻箔材固定，以此虽然增加了加高压等步骤，但是在后续将制成的金属蜂窝芯材与金属面板钎焊的过程中，即使金属蜂窝芯材内部连接点处的钎料达到熔点后熔化，相邻箔材之间因前期以原子扩散的固定连接关系没有发生改变而丝毫不受钎料熔化的影响，从而无论选择何种钎料的材质组合方式，均能够有效降低箔材之间连接点断开的风险，继而减小了金属蜂窝芯材出现散架的情况发生，相对于本领域技术人员根据现有知识，通过合乎逻辑的分析、推理得出的技术手段，能够从根本上解决现有金属蜂窝芯材制备方法存在的技术缺陷，进而显著提高了金属蜂窝板生产过程中的成品率，更进而由于成品率的大幅度提高，因此相对于采用钎焊制备金属蜂窝芯材的方式，金属蜂窝板的生产效率反而是提高了，同时经过批量生产后金属蜂窝板的制造成本整体上是降低了。

另外，在金属蜂窝芯材内部钎料的材质一定的前提下，在所述箔材扩散焊的步骤中，由于无需将箔材间的钎料加热至熔点，因此加热所需达到的温度得到减小，从而本发明金属蜂窝芯材的制备方法还降低了对加热工艺、及加热设备的要求；再者，经过扩散焊，钎料与箔材间的润湿性好，进而使得箔材与箔材之间的焊接更加牢靠。

由上述可知，本发明金属蜂窝芯材的制备方法克服了本领域技术人员无法将扩散焊应用至箔材间的连接，以适用于金属蜂窝板大批量生产的技术偏见，并且在蜂窝芯材领域达到了提高金属蜂窝板的生产效率，以及降低金属蜂窝板的制造成本这一意想不到的技术效果。

针对上述箔材扩散焊的步骤的实现方式，如果在所述准备箔材的步骤中，当选用的箔材为铝箔材时，则在所述箔材扩散焊的步骤中，加压的压力范围为0.5-5MPa；此时，如果在所述钎料涂覆箔材的步骤中，选用的钎料为Al-Si硬钎料，则在所述箔材扩散焊的步骤中，加热的温度范围为580-620℃；另外，如果在所述钎料涂覆箔材的步骤中，选用的钎料为Zn-Al软钎料，则在所述箔材扩散焊的步骤中，加热的温度范围为400-450℃。

下面，通过示例性的实施方式对本发明金属蜂窝芯材的制备方法进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。

实施例一

准备箔材的步骤，选择箔材为铝箔，用铝制品专用清洗剂在超声波清洗机内对箔材进行表面清洗，以去除箔材的油污和氧化膜；

钎料涂覆箔材的步骤，按照预设的间距在铝箔表面涂覆Al-Si焊膏；

箔材叠层的步骤，将涂覆Al-Si焊膏的多层铝箔进行叠层，上下错位；

箔材扩散焊的步骤，在氮气或氩气保护下进行扩散焊钎焊，温度为 580-620℃，压力为0.5-5MPa，时间为30-60min；

冷却及裁切箔材的步骤，冷却至450℃左右出炉，继续冷却至室温并按尺寸要求裁切；

拉伸形成蜂窝芯材的步骤，拉伸成金属蜂窝芯材备用。

实施例二

准备箔材的步骤，选择箔材为铝箔，用铝制品专用清洗剂在超声波清洗机内对箔材进行表面清洗，以去除箔材的油污和氧化膜；

钎料涂覆箔材的步骤，按照预设的间距在铝箔表面涂覆Zn-Al焊膏；

箔材叠层的步骤，将涂覆Zn-Al焊膏的多层铝箔进行叠层，上下错位；

箔材扩散焊的步骤，在氮气或氩气保护下进行扩散焊钎焊，温度为400-450℃，压力为0.5-5MPa，时间为30-60min；

冷却及裁切箔材的步骤，冷却至350℃以下出炉，继续冷却至室温并按尺寸要求裁切；

拉伸形成蜂窝芯材的步骤，拉伸成金属蜂窝芯材备用。

继续参见图1，本发明还涉及一种金属蜂窝板的制备方法，包括金属蜂窝芯材的制备方法，该金属蜂窝芯材的制备方法的具体步骤参照上述实施例，由于本金属蜂窝板的制备方法采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述；需要说明的是，所述金属蜂窝板的制备方法还包括以下步骤：

准备金属面板的步骤，例如，对金属面板表面进行清洗，去除金属面板的油污和氧化膜，所用清洗剂可以为金属制品专用清洗剂，清洗设备可以是超声波清洗机；

钎料涂覆的步骤，例如，通过钎料机将膏状或带状钎料涂覆于金属面板与上述制备好的金属蜂窝芯材的接触面上；

固定金属面板及蜂窝芯材的步骤，例如，将上述制备好的金属蜂窝芯材与金属面板组合成三明治形式，用耐热钢夹具固定；

金属面板与蜂窝芯材钎焊的步骤。

作为优选的，在所述箔材扩散焊的步骤中，选用过的钎料为硬钎料，在金属面板与蜂窝芯材钎焊的步骤中，选用的钎料为软钎料，以此在金属面板与蜂窝芯材钎焊的步骤中，由于金属蜂窝芯材内部的钎料熔点高于金属面板与金属蜂窝芯材之间的钎料，因此金属蜂窝芯材内部的钎料不会发生熔化，从而进一步降低了箔材之间连接点断开的现象，进而进一步提高了金属蜂窝板生产过程中的成品率。

针对金属面板与金属蜂窝芯材之间的具体连接步骤，可以采用以下实施例：

准备金属面板的步骤，选择铝合金板，用铝制品专用清洗剂在超声波清洗机内对铝合金板进行表面清洗，以去除铝合金板的油污和氧化膜；

钎料涂覆的步骤，运行涂钎料机，将Zn-Al软钎焊焊膏涂覆于铝合金板与上述制备好的金属蜂窝芯材的接触面上；

固定金属面板及蜂窝芯材的步骤，将上述制备好的金属蜂窝芯材与铝合金板组合成三明治形式，用耐热钢夹具固定；

金属面板与蜂窝芯材钎焊的步骤，在氮气保护下进行钎焊，温度为400-450℃；

冷却的步骤，冷却至350℃出炉，继续冷却至室温得金属蜂窝板成品。

Claims (9)

1.一种金属蜂窝芯材的制备方法，包括以下步骤：

准备箔材的步骤；

钎料涂覆箔材的步骤；

箔材叠层的步骤；

拉伸形成蜂窝芯材的步骤；

其特征在于，在箔材叠层的步骤与拉伸形成蜂窝芯材的步骤之间还包括以下步骤：

箔材扩散焊的步骤，对多层箔材于真空炉或气氛炉中加热加压，其中，加热使得相邻箔材间的钎料呈固液混合状态，加压使得相邻箔材之间紧压在一起，直至相邻箔材间的钎料以原子扩散的方式使相邻箔材固定。

2.根据权利要求1所述的金属蜂窝芯材的制备方法，其特征在于，在所述箔材扩散焊的步骤中，加压的压力范围为0.5-5MPa，加热的温度范围为400-620℃。

3.根据权利要求1或2所述的金属蜂窝芯材的制备方法，其特征在于，在所述准备箔材的步骤中，选用的箔材为铝箔材、铜箔或不锈钢箔。

4.根据权利要求3所述的金属蜂窝芯材的制备方法，其特征在于，在所述钎料涂覆箔材的步骤中，选用的钎料为硬钎料，在所述箔材扩散焊的步骤中，加热的温度范围为580-620℃。

5.根据权利要求3所述的金属蜂窝芯材的制备方法，其特征在于，在所述钎料涂覆箔材的步骤中，选用的钎料为软钎料，在所述箔材扩散焊的步骤中，加热的温度范围为400-450℃。

6.根据权利要求1所述的金属蜂窝芯材的制备方法，其特征在于，在所述箔材扩散焊的步骤中，对多层箔材于氮气或氩气保护下加压加热。

7.根据权利要求1所述的金属蜂窝芯材的制备方法，其特征在于，在所述箔材扩散焊的步骤及所述拉伸形成蜂窝芯材的步骤之间还包括以下步骤：

冷却及裁切箔材的步骤，将箔材出炉后继续冷却至室温并按尺寸要求裁切。

8.一种金属蜂窝板的制备方法，其特征在于，包括如权利要求1-8中任一项所述的金属蜂窝芯材的制备方法，其还包括以下步骤：

准备金属面板的步骤；

钎料涂覆的步骤；

固定金属面板及蜂窝芯材的步骤；

金属面板与蜂窝芯材钎焊的步骤。

9.根据权利要求8所述的金属蜂窝板的制备方法，其特征在于，在所述箔材扩散焊的步骤中，选用的钎料为硬钎料，在金属面板与蜂窝芯材钎焊的步骤中，选用的钎料为软钎料。