CN111215630B - 一种高比刚度泡沫铝夹芯板及其制造方法 - Google Patents

一种高比刚度泡沫铝夹芯板及其制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111215630B
CN111215630B CN201811405739.5A CN201811405739A CN111215630B CN 111215630 B CN111215630 B CN 111215630B CN 201811405739 A CN201811405739 A CN 201811405739A CN 111215630 B CN111215630 B CN 111215630B
Authority
CN
China
Prior art keywords
aluminum
panel
foamed aluminum
high specific
foamed
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201811405739.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111215630A (zh
Inventor
刘彦强
樊建中
马自力
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Youyan metal composite technology Co.,Ltd.
Original Assignee
Youyan Metal Composite Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Youyan Metal Composite Technology Co ltd filed Critical Youyan Metal Composite Technology Co ltd
Priority to CN201811405739.5A priority Critical patent/CN111215630B/zh
Publication of CN111215630A publication Critical patent/CN111215630A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111215630B publication Critical patent/CN111215630B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/10—Sintering only
    • B22F3/11—Making porous workpieces or articles
    • B22F3/1121—Making porous workpieces or articles by using decomposable, meltable or sublimatable fillers
    • B22F3/1125—Making porous workpieces or articles by using decomposable, meltable or sublimatable fillers involving a foaming process
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F7/00—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
    • B22F7/002—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of porous nature
    • B22F7/004—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of porous nature comprising at least one non-porous part
    • B22F7/006—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of porous nature comprising at least one non-porous part the porous part being obtained by foaming

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Abstract

本发明涉及一种高比刚度泡沫铝夹芯板及其制造方法，属于多孔金属材料及金属基复合材料技术领域。该泡沫铝夹芯板由上、下两层面板和中间的泡沫铝芯层构成，泡沫铝的基材为铝合金，面板为颗粒增强铝基复合材料。首先将铝粉与发泡剂氢化钛粉均匀混合制成混合粉末，在混合粉末上下各加一层颗粒增强铝基复合材料作为面板，全部装入模具进行热压致密化，制成可发泡的预制件；在面板与混合粉末之间插入一层锌带，在热压中发生过渡液相扩散，实现面板与芯层的冶金连接；最后将预制件加热发泡获得泡沫铝夹芯板。本发明的泡沫铝夹芯板不仅具有较高比刚度，还具有高比强度、高导热、低热膨胀、抗疲劳、良好阻尼性能等综合优势，且性能可设计。

Description

一种高比刚度泡沫铝夹芯板及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种高比刚度泡沫铝夹芯板及其制造方法，属于多孔金属材料及金属基复合材料技术领域。
背景技术
泡沫铝夹芯板是由泡沫铝芯层和致密金属面板复合制成的一类层状多孔金属材料。泡沫铝夹芯板不仅具有低比重、高比刚度、抗冲击、振动阻尼性能好的特性，还具有良好的电磁屏蔽、隔热防火功能，在汽车、轨道列车、建筑、电子和国防军工领域具有广阔的应用前景。当前研究开发的泡沫铝夹芯板通常由泡沫铝芯层和上下两层面板构成，面板材料包括铝、钢、钛等金属。以板材为例，这三种金属板材的弯曲刚度分别相当于泡沫铝板弯曲刚度的50％、33％、25％，因此金属面板的引入势必会降低泡沫铝的比刚度。
发明内容
本发明的目的是提供一种高比刚度泡沫铝夹芯板及其制造方法，在金属面板中添加高硬度高模量的增强体，制成比刚度更高的金属基复合材料面板，不仅可以解决金属面板的引入会降低泡沫铝的比刚度的问题，还能将泡沫铝的优点和金属基复合材料的其他功能特性相结合，提高泡沫铝夹芯板的综合性能，提高材料的可设计性，扩大材料的应用范围。
一种高比刚度泡沫铝夹芯板，该泡沫铝夹芯板由上、下两层面板和中间的泡沫铝芯层构成，泡沫铝的基材为铝合金，面板为颗粒增强铝基复合材料。
其中，颗粒增强铝基复合材料的密度为2.7～3.0g/cm3，弹性模量为90～240GPa，具有较高的比刚度，其比刚度明显高于铝、钛和钢等金属。优选的，颗粒增强铝基复合材料的增强体为碳化硅，基体为纯铝或铝合金。更优选的，所述的颗粒增强铝基复合材料是碳化硅/铝复合材料(SiCp/Al)，其中SiC颗粒的体积分数为10vol％～70vol％。
其中，泡沫铝的基材为Al-Si-Mg合金、Al-Si合金或6061Al合金。
本发明泡沫铝夹芯板的厚度为10mm～90mm，泡沫铝芯层的厚度为9mm～80mm，单侧面板的厚度为0.5mm～5mm。面板与芯层的界面为冶金结合。
一种高比刚度泡沫铝夹芯板的制造方法，包括如下步骤：
(1)将铝合金粉与发泡剂氢化钛粉均匀混合制成混合粉末，其中铝合金粉的质量分数为98wt％～99.5wt％，氢化钛粉末的质量分数为0.5wt％～2wt％；
(2)对颗粒增强铝基复合材料板和锌带的表面分别依次进行化学处理和机械处理；
(3)将表面处理之后的颗粒增强铝基复合材料板、锌带以及所述混合粉末，按照复合材料板-锌带-混合粉末-锌带-复合材料板的顺序依次装入预先加工和组装好的钢模具中，制成预制坯；
(4)将所述预制坯进行真空热压，制成可发泡的预制件；
(5)将所述可发泡的预制件放入已预先加热和保温的加热炉中发泡，使芯层充分膨胀，面板保持不变，发泡完成后冷却获得高比刚度泡沫铝夹芯板。
步骤(1)中，所述的铝合金粉为Al-Si-Mg合金粉、Al-Si合金粉或6061Al合金粉。
步骤(2)中，所述的颗粒增强铝基复合材料是碳化硅/铝复合材料(SiCp/Al)，其中SiC颗粒的体积分数为10vol％～70vol％。
步骤(2)中，所述的锌带的厚度为0.05mm～0.2mm。
步骤(2)中，所述的化学处理是采用NaOH水溶液清洗去除表面的氧化膜；所述的机械处理是指将表面进行机械打磨增大粗糙度。NaOH水溶液的浓度为3～15g/L。
步骤(4)中，所述的真空热压包括以下分步骤：
1)将装有预制坯的钢模具放入真空热压炉中，将热压炉抽真空直至炉内的真空示数小于1×10-2Pa；
2)将炉温升高至400℃～440℃，施加3～30MPa的压力，保温保压1～3小时；
3)将炉温继续升高至450℃～520℃，保持压力20～100MPa，保温保压1～3小时；
4)保温结束后降温冷却。
热压致密化之后的预制件芯层的相对密度不低于98％。
步骤(5)中，所述发泡温度为580℃～650℃，发泡时间为5～15分钟。
发明原理：本发明的高比刚度泡沫铝夹芯板是通过将高比刚度的金属基复合材料与高比刚度的泡沫铝相结合来实现的。在泡沫铝夹芯板的大多数应用场合中，弯曲刚度是主要的刚度评价指标，以比弯曲刚度为例(板材的比弯曲刚度可使用E1/3/ρ来衡量)，低碳钢、钛、铝的比弯曲刚度分别为0.75、1.04、1.53(单位GPa0.33/(g/cm3))，三者中铝的比刚度最高，通过在铝中添加弹性模量更高的SiC陶瓷颗粒可以进一步提高比刚度，颗粒添加量10vol％～70vol％对应的比弯曲刚度为1.69～2.1(单位GPa0.33/(g/cm3))，比铝提高10％～37％。可见，使用颗粒增强铝基复合材料替代现有的钢、钛和铝作为面板，可以明显提高泡沫铝夹芯板的比刚度。
本发明的高比刚度泡沫铝夹芯板的制造方法是基于粉末冶金预制件发泡方法，是采用真空热压法将芯层的混合粉末固结致密化与芯层和面板的界面连接相结合实施的方式实现的。芯层和面板的界面是主导泡沫铝夹芯板性能的关键要素之一，当泡沫铝夹芯板受到外加载荷时，通过界面传递和分配载荷，实现性能复合，从而最大程度地发挥比刚度优势。与铝合金相比，颗粒增强铝基复合材料的塑性差，当颗粒含量超过50％时材料表现为脆性特征，作为泡沫铝夹芯板的面板使用时，不适于常规的轧制复合方法。本发明采用真空热压法实现面板与芯层的连接，并同时实现芯层混合粉末的致密化。为了避免发泡剂氢化钛过早分解，热压温度不宜过高，但在较低温度热压又难以实现颗粒增强铝基复合材料面板与芯层的冶金结合，一般只能实现机械结合，这种情况下二次加热发泡时在发泡膨胀力的作用下界面容易脱粘。为此，本发明在界面加入低共晶点的锌层，利用过渡液相扩散连接原理，当热压温度升高至铝-锌共晶点至锌熔点的温度范围时(380℃～420℃，热压第一阶段)，芯层混合粉末的致密度提高，同时，锌层与面板中的铝反应形成铝锌共晶液相层，液相层部分渗入芯层混合粉末的颗粒间隙。随着保温时间延长，液相层和面板发生元素互扩散，液相层的锌含量不断降低、铝含量上升，液相层的液相线随之升高，直至完全凝固，从而在面板与芯层之间形成一层铝-锌合金过渡层，实现颗粒增强铝基复合材料面板与芯层混合粉末的初步连接。随着热压温度进一步升高(进入热压第二阶段)，芯层混合粉末进一步致密化，转变为可发泡的预制件。与此同时，铝-锌合金过渡层与可发泡的预制件发生互扩散，直至成分均匀化，最终实现面板与芯层的冶金结合。最后，加热发泡获得高比刚度的泡沫铝夹芯板。对面板及锌带进行表面处理的目的是去除氧化膜，形成粗糙表面，增加二者的有效接触面积，提高结合强度。
本发明的有益效果：
(1)本发明的泡沫铝夹芯板与现有的夹芯板相比具有更高的比刚度，而且面板与泡沫铝芯层之间为冶金结合，有利于充分发挥面板和芯层的刚度等性能的复合效应，最大程度地发挥泡沫铝夹芯板的性能优势；夹芯板的界面清洁，无胶、无缺陷，使用寿命更长；
(2)本发明的泡沫铝夹芯板继承了颗粒增强铝基复合材料面板的特点，除高比刚度之外还具有高比强度、高导热、低热膨胀、耐磨、抗疲劳、阻尼性能好等综合优势，而且可以通过调整颗粒含量在较宽的范围内设计性能，具有广阔的应用前景；
(3)本发明通过一次真空热压同时完成了芯层混合粉末的致密化和芯层与面板的冶金连接，省去了界面清洁处理和连接工序，缩短了工序流程，降低了制造成本；
(4)本发明的可发泡的预制件可以进行二次加工，改变尺寸和形状，制成不同规格的二维或三维形状夹芯预制件，发泡获得相应规格和形状的高比刚度泡沫铝夹芯复合构件，二次加工不会改变芯层与面板的冶金连接。
本发明的泡沫铝夹芯板由上下两层高比刚度的颗粒增强铝基复合材料面板和中间的泡沫铝芯层构成。首先将铝粉与发泡剂氢化钛粉均匀混合制成混合粉末，在混合粉末上下各加一层颗粒增强铝基复合材料作为面板，全部装入模具进行热压致密化，制成可发泡的预制件；其中，在面板与混合粉末之间插入一层锌带，在热压中发生过渡液相扩散，实现面板与芯层的冶金连接；最后将预制件加热发泡获得泡沫铝夹芯板。本发明的泡沫铝夹芯板不仅具有较高比刚度，还具有高比强度、高导热、低热膨胀、抗疲劳、良好阻尼性能等综合优势，且性能可设计。夹芯板的界面清洁、无胶，使用寿命更长。本发明通过一次热压同时完成了芯层混合粉末的致密化和芯层与面板的连接，具有短流程和低成本的特点。高比刚度泡沫铝夹心板有望在交通、电子、国防军工等领域广泛应用。
附图说明
图1为高比刚度泡沫铝夹芯板的结构示意图；
图2为预制坯装填模具的结构示意图；
图3(a)至图3(d)为夹芯预制坯真空热压制备可发泡的夹芯预制件的原理示意图。
主要附图标记说明：
1面板2泡沫铝芯层
3钢模具4钢压头
5石墨垫6预制坯
7锌带8混合粉末
9液相层10铝-锌合金过渡层
11含有锌的面板12可发泡的预制件
13含有锌的可发泡的预制件14成分均匀化的中间层
具体实施方式
本发明提供了一种高比刚度泡沫铝夹芯板及其制造方法，下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
如图1所示，为高比刚度泡沫铝夹芯板的示意图，该高比刚度泡沫铝夹芯板，由上下两层面板1和中间的泡沫铝芯层2构成。面板1为颗粒增强铝基复合材料，该颗粒增强铝基复合材料面板的密度为2.7～3.0g/cm3，弹性模量为90～240GPa。颗粒增强铝基复合材料的增强体为碳化硅，基体为纯铝或铝合金；颗粒增强铝基复合材料优选是碳化硅/铝复合材料(SiCp/Al)，其中SiC颗粒的体积分数为10vol％～70vol％。泡沫铝芯层2的基材为铝合金，如Al-Si-Mg合金、Al-Si合金和6061Al合金等。泡沫铝夹心板的厚度为10mm～90mm，泡沫铝芯层2的厚度为9mm～80mm，单侧面板1的厚度为0.5mm～5mm。面板1与泡沫铝芯层2的界面为冶金结合。
本发明的高比刚度泡沫铝夹心板的制造方法，包括如下步骤：
(1)铝合金粉与发泡剂氢化钛粉在混料机上混合制成混合粉末，其中，铝合金粉占混合粉末的质量分数为98％～99.5％，氢化钛粉占混合粉末的质量百分数为0.5％～2％。
(2)对预先准备好的颗粒增强铝基复合材料板的表面依次分别进行化学处理和机械处理；对预先准备好的锌带依次分别进行化学处理和机械处理；颗粒增强铝基复合材料是碳化硅/铝复合材料(SiCp/Al)，在碳化硅/铝复合材料中SiC颗粒所占的体积百分数为10vol％～70vol％；锌带的厚度为0.05mm～0.2mm；所述的化学处理是采用NaOH水溶液(浓度为3～15g/L)清洗去除表面的氧化膜；所述的机械处理是采用机械打磨增大表面粗糙度。
(3)将上述表面处理之后的颗粒增强铝基复合材料板、上述表面处理之后的锌带以及上述混合粉末，按照颗粒增强铝基复合材料板—锌带—混合粉末—锌带—颗粒增强铝基复合材料板的顺序依次装入预先加工和组装好的钢模具中，制成预制坯；预制坯的装模如图2所示，该模具由钢模具3、上下钢压头4、上下石墨垫5组成；装填时，预制坯6由(颗粒增强铝基复合材料)面板1、锌带7、混合粉末8、锌带7、面板1按照顺序依次装入钢模具3制成。
(4)将装填预制坯之后的钢模具置于热压炉中真空热压致密化，然后去除钢模具获得可发泡的预制件，其中，预制件芯层的相对密度不低于98％；
真空热压包括如下子步骤：1)将装有预制坯的钢模具放入热压炉中，然后将热压炉抽真空直至炉内的真空示数小于1×10-2Pa；2)紧接着将炉温升高至400℃～440℃，施加3～30MPa压力，保温保压1～3小时；3)紧接着将炉温继续升高至450℃～520℃，保持压力20～80MPa，保温保压1～3小时；4)保温结束后降温冷却。
图3(a)至图3(d)为预制坯真空热压制备可发泡的夹芯板的原理示意图(局部放大图)。图3(a)为发泡前夹芯板的结构；在热压第一阶段，混合粉末8的致密度提高，锌带7与面板1中的铝发生共晶反应形成铝-锌合金液相层9，液相层9渗入混合粉末8的颗粒间隙，如图3(b)所示。随着保温时间延长，液相层9与面板1发生互扩散，液相层9的锌含量随之降低、铝含量上升，液相层9的液相线逐渐升高直至完全凝固，形成铝-锌合金过渡层10和含有锌的面板11，如图3(c)所示。在热压第二阶段，热压温度升高，混合粉末8完全致密化，转变为可发泡的预制件12；粉末表面氧化膜破裂，经过长时间保温之后锌扩散进入可发泡的预制件12的晶粒内部，形成含有锌的可发泡的预制件13，铝-锌合金过渡层10的成分趋于均匀化，转变为成分均匀化的中间层14，如图3(d)所示。
(5)将步骤(4)得到的可发泡的预制件放入已预先加热和保温的加热炉中发泡，发泡温度为580℃～650℃，发泡时间为5～15分钟，使芯层充分膨胀，面板保持不变，发泡完成后冷却获得高比刚度泡沫铝夹芯板。
实施例1
制备总厚度为10mm、面板厚度0.5mm、泡沫铝芯层厚度9mm的泡沫铝夹芯板的工艺过程如下：
(1)称取粒度为150目的Al-10Si-0.5Mg合金粉末79.5g(密度为2.65g/cm3)，粒度为325目的氢化钛粉末0.4g，使得铝合金粉末和氢化钛粉末的质量分数分别为99.5％和0.5wt％，全部装入混料罐中，在混料机上混合8小时，制成混合粉末；
(2)选用25％volSiCp/Al复合材料作为面板材料，将其切割制成两块100mm(长)×100mm(宽)×0.5mm(厚)的方板，采用NaOH水溶液清洗去除氧化膜，采用铜刷机械打磨表面。选用厚度为0.05mm的锌带，采用同样方法进行表面处理；
(3)准备内腔尺寸为100mm(长)×100mm(宽)×50mm(高)的钢模具，在钢模具中依次装入一块面板和一块锌带；然后装入混合粉末，装粉高度为3mm，装粉相对密度为60％±2％；最后再依次装入另一块锌带和另一块面板；
(4)将装有预制坯的钢模具放入真空热压炉中，首先将热压炉抽真空至1×10-2Pa以下，然后将炉温升高至400℃，施加3MPa的压力，保温保压1小时；随后将炉温升高至450℃，保持压力20MPa，保温保压1小时。热压后去除钢模具得到总厚度为2.8mm、面板和芯层分别为0.5mm和1.8mm的可发泡的预制件，预制件芯层的相对密度为100％；
(5)将可发泡的预制件放入预先加热至580℃的箱式电阻炉中，加热5分钟后从炉中取出，得到总厚度为10mm、面板厚度0.5mm、泡沫铝芯层厚度9mm的泡沫铝夹芯板，泡沫铝的孔隙率为80％。
实施例2
制备总厚度为25mm、面板厚度1.25mm、泡沫铝芯层厚度22.5mm的泡沫铝夹芯板的工艺过程如下：
(1)称取粒度为150目的Al-10Si-0.5Mg合金粉末199g(密度为2.65g/cm3)，粒度为325目的氢化钛粉末1g，使得铝合金粉末和氢化钛粉末的质量分数分别为99.5％和0.5wt％，全部装入混料罐中，在混料机上混合8小时，制成混合粉末；
(2)选用10％volSiCp/Al复合材料作为面板材料，将其切割制成两块100mm(长)×100mm(宽)×1.25mm(厚)的方板，采用NaOH水溶液清洗去除氧化膜，采用铜刷机械打磨表面。选用厚度为0.05mm的锌带，采用同样方法进行表面处理；
(3)准备内腔尺寸为100mm(长)×100mm(宽)×50mm(高)的钢模具，在钢模具中依次装入一块面板和一块锌带；然后装入混合粉末，装粉高度为7.5mm，装粉相对密度为60％±2％；最后再依次装入另一块锌带和另一块面板；
(4)将装有预制坯的钢模具放入真空热压炉中，首先将热压炉抽真空至1×10-2Pa以下，然后将炉温升高至400℃，施加8MPa的压力，保温保压1小时；随后将炉温升高至450℃，保持压力40MPa，保温保压1小时。热压后去除钢模具得到总厚度为7mm、面板和芯层分别为1.25mm和4.5mm的可发泡的预制件，预制件芯层的相对密度为100％；
(5)将可发泡的预制件放入预先加热至590℃的箱式电阻炉中，加热7分钟后从炉中取出，得到总厚度为25mm、面板厚度1.25mm、泡沫铝芯层厚度22.5mm的泡沫铝夹芯板，泡沫铝的孔隙率为80％。
实施例3
制备总厚度为40mm、面板厚度2mm、泡沫铝芯层厚度36mm的泡沫铝夹芯板的工艺过程如下：
(1)称取粒度为150目的Al-11Si合金粉末318g(密度为2.65g/cm3)，粒度为325目的氢化钛粉末3.2g，使得铝合金粉末和氢化钛粉末的质量分数分别为99％和1wt％，全部装入混料罐中，在混料机上混合8小时，制成混合粉末；
(2)选用15％volSiCp/Al复合材料作为面板材料，将其切割制成两块100mm(长)×100mm(宽)×2mm(厚)的方板，采用NaOH水溶液清洗去除氧化膜，采用铜刷机械打磨表面。选用厚度为0.1mm的锌带，采用同样方法进行表面处理；
(3)准备内腔尺寸为100mm(长)×100mm(宽)×50mm(高)的钢模具，在钢模具中依次装入一块面板和一块锌带；然后装入混合粉末，装粉高度为12mm，装粉相对密度为60％±2％；最后再依次装入另一块锌带和另一块面板；
(4)将装有预制坯的钢模具放入真空热压炉中，首先将热压炉抽真空至1×10-2Pa以下，然后将炉温升高至420℃，施加15MPa的压力，保温保压2小时；随后将炉温升高至480℃，保持压力60MPa，保温保压2小时。热压后去除钢模具得到总厚度为11.2mm、面板和芯层分别为2mm和7.2mm的可发泡的预制件，预制件芯层的相对密度为100％；
(5)将可发泡的预制件放入预先加热至600℃的箱式电阻炉中，加热10分钟后从炉中取出，得到总厚度为40mm、面板厚度2mm、泡沫铝芯层厚度36mm的泡沫铝夹芯板，泡沫铝的孔隙率为80％。
实施例4
制备总厚度为50mm、面板厚度3mm、泡沫铝芯层厚度44mm的泡沫铝夹芯板的工艺过程如下：
(1)称取粒度为150目的6061Al合金粉末351g(密度为2.7g/cm3)，粒度为325目的氢化钛粉末7.2g，使得铝合金粉末和氢化钛粉末的质量分数分别为98％和2wt％，全部装入混料罐中，在混料机上混合8小时，制成混合粉末；
(2)选用50％volSiCp/Al复合材料作为面板材料，将其切割制成两块100mm(长)×100mm(宽)×3mm(厚)的方板，采用NaOH水溶液清洗去除氧化膜，采用铜刷机械打磨表面。选用厚度为0.1mm的锌带，采用同样方法进行表面处理；
(3)准备内腔尺寸为100mm(长)×100mm(宽)×50mm(高)的钢模具，在钢模具中依次装入一块面板和一块锌带；然后装入混合粉末，装粉高度为13mm，装粉相对密度为60％±2％；最后再依次装入另一块锌带和另一块面板；
(4)将装有预制坯的钢模具放入真空热压炉中，首先将热压炉抽真空至1×10-2Pa以下，然后将炉温升高至420℃，施加20MPa的压力，保温保压2小时；随后将炉温升高至520℃，保持压力60MPa，保温保压2小时。热压后去除钢模具得到总厚度为13.9mm、面板和芯层分别为3mm和7.9mm的可发泡的预制件，预制件芯层的相对密度为100％；
(5)将可发泡的预制件放入预先加热至650℃的箱式电阻炉中，加热12分钟后从炉中取出，得到总厚度为50mm、面板厚度3mm、泡沫铝芯层厚度44mm的泡沫铝夹芯板，泡沫铝的孔隙率为80％。
实施例5
制备总厚度为70mm、面板厚度4mm、泡沫铝芯层厚度62mm的泡沫铝夹芯板的工艺过程如下：
(1)称取粒度为150目的6061Al合金粉末498.2g(密度为2.7g/cm3)，粒度为325目的氢化钛粉末10.2g，使得铝合金粉末和氢化钛粉末的质量分数分别为98％和2wt％，全部装入混料罐中，在混料机上混合8小时，制成混合粉末；
(2)选用70％volSiCp/Al复合材料作为面板材料，将其切割制成两块100mm(长)×100mm(宽)×4mm(厚)的方板，采用NaOH水溶液清洗去除氧化膜，采用铜刷机械打磨表面。选用厚度为0.2mm的锌带，采用同样方法进行表面处理；
(3)准备内腔尺寸为100mm(长)×100mm(宽)×50mm(高)的钢模具，在钢模具中依次装入一块面板和一块锌带；然后装入混合粉末，装粉高度为18.5mm，装粉相对密度为60％±2％；最后再依次装入另一块锌带和另一块面板；
(4)将装有预制坯的钢模具放入真空热压炉中，首先将热压炉抽真空至1×10-2Pa以下，然后将炉温升高至440℃，施加25MPa的压力，保温保压3小时；随后将炉温升高至520℃，保持压力80MPa，保温保压3小时。热压后去除钢模具得到总厚度为19.1mm、面板和芯层分别为4mm和11.1mm的可发泡的预制件，预制件芯层的相对密度为99％；
(5)将可发泡的预制件放入预先加热至650℃的箱式电阻炉中，加热12分钟后从炉中取出，得到总厚度为70mm、面板厚度4mm、泡沫铝芯层厚度62mm的泡沫铝夹芯板，泡沫铝的孔隙率为80％。
实施例6
制备总厚度为90mm、面板厚度5mm、泡沫铝芯层厚度80mm的泡沫铝夹芯板的工艺过程如下：
(1)称取粒度为150目的Al-11Si合金粉末702.3g(密度为2.65g/cm3)，粒度为325目的氢化钛粉末10.7g，使得铝合金粉末和氢化钛粉末的质量分数分别为98.5％和1.5wt％，全部装入混料罐中，在混料机上混合8小时，制成混合粉末；
(2)选用40％volSiCp/Al复合材料作为面板材料，将其切割制成两块100mm(长)×100mm(宽)×5mm(厚)的方板，采用NaOH水溶液清洗去除氧化膜，采用铜刷机械打磨表面。选用厚度为0.2mm的锌带，采用同样方法进行表面处理；
(3)准备内腔尺寸为100mm(长)×100mm(宽)×50mm(高)的钢模具，在钢模具中依次装入一块面板和一块锌带；然后装入混合粉末，装粉高度为26.5mm，装粉相对密度为60％±2％；最后再依次装入另一块锌带和另一块面板；
(4)将装有预制坯的钢模具放入真空热压炉中，首先将热压炉抽真空至1×10-2Pa以下，然后将炉温升高至440℃，施加30MPa的压力，保温保压3小时；随后将炉温升高至480℃，保持压力80MPa，保温保压3小时。热压后去除钢模具得到总厚度为26mm、面板和芯层分别为5mm和16mm的可发泡的预制件，预制件芯层的相对密度为99％；
(5)将可发泡的预制件放入预先加热至620℃的箱式电阻炉中，加热15分钟后从炉中取出，得到总厚度为90mm、面板厚度5mm、泡沫铝芯层厚度80mm的泡沫铝夹芯板，泡沫铝的孔隙率为80％。
高比刚度泡沫铝夹芯板采用颗粒增强铝基复合材料作为面板，从而整体提高了泡沫铝夹芯板的比刚度。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的相关技术人员应当理解：可以对本发明进行修改或者同等替换，但不脱离本发明精神和范围的任何修改和局部替换均应涵盖在本发明的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种高比刚度泡沫铝夹芯板，其特征在于：该泡沫铝夹芯板由上、下两层面板和中间的泡沫铝芯层构成，泡沫铝的基材为铝合金，面板为颗粒增强铝基复合材料；
该高比刚度泡沫铝夹芯板的制造方法，包括如下步骤：
(1)将铝合金粉与发泡剂氢化钛粉均匀混合制成混合粉末，其中铝合金粉的质量分数为98wt％～99.5wt％，氢化钛粉末的质量分数为0.5wt％～2wt％；
(2)对颗粒增强铝基复合材料板和锌带的表面分别依次进行化学处理和机械处理；
(3)将表面处理之后的颗粒增强铝基复合材料板、锌带以及混合粉末，按照复合材料板-锌带-混合粉末-锌带-复合材料板的顺序依次装入预先加工和组装好的钢模具中，制成预制坯；
(4)将预制坯进行真空热压，制成可发泡的预制件；
(5)将可发泡的预制件放入已预先加热和保温的加热炉中发泡，使芯层充分膨胀，面板保持不变，发泡完成后冷却获得高比刚度泡沫铝夹芯板。
2.根据权利要求1所述的高比刚度泡沫铝夹芯板，其特征在于：所述的颗粒增强铝基复合材料的增强体为碳化硅，基体为纯铝或铝合金。
3.根据权利要求2所述的高比刚度泡沫铝夹芯板，其特征在于：所述的颗粒增强铝基复合材料是碳化硅/铝复合材料，碳化硅颗粒的体积分数为10vol％～70vol％；泡沫铝的基材为Al-Si-Mg合金、Al-Si合金或6061Al合金。
4.根据权利要求1所述的高比刚度泡沫铝夹芯板，其特征在于：该泡沫铝夹芯板的厚度为10mm～90mm，泡沫铝芯层的厚度为9mm～80mm，单侧面板的厚度为0.5mm～5mm，面板与芯层的界面为冶金结合。
5.一种高比刚度泡沫铝夹芯板的制造方法，包括如下步骤：
(1)将铝合金粉与发泡剂氢化钛粉均匀混合制成混合粉末，其中铝合金粉的质量分数为98wt％～99.5wt％，氢化钛粉末的质量分数为0.5wt％～2wt％；
(2)对颗粒增强铝基复合材料板和锌带的表面分别依次进行化学处理和机械处理；
(3)将表面处理之后的颗粒增强铝基复合材料板、锌带以及混合粉末，按照复合材料板-锌带-混合粉末-锌带-复合材料板的顺序依次装入预先加工和组装好的钢模具中，制成预制坯；
(4)将预制坯进行真空热压，制成可发泡的预制件；
(5)将可发泡的预制件放入已预先加热和保温的加热炉中发泡，使芯层充分膨胀，面板保持不变，发泡完成后冷却获得高比刚度泡沫铝夹芯板。
6.根据权利要求5所述的高比刚度泡沫铝夹芯板的制造方法，其特征在于：所述的铝合金粉为Al-Si-Mg合金粉、Al-Si合金粉或6061Al合金粉；所述的颗粒增强铝基复合材料是碳化硅/铝复合材料，其中SiC颗粒的体积分数为10vol％～70vol％。
7.根据权利要求5所述的高比刚度泡沫铝夹芯板的制造方法，其特征在于：所述的锌带的厚度为0.05mm～0.2mm。
8.根据权利要求5所述的高比刚度泡沫铝夹芯板的制造方法，其特征在于：所述的化学处理是采用NaOH水溶液清洗去除表面的氧化膜；所述的机械处理是指将表面进行机械打磨增大粗糙度。
9.根据权利要求5所述的高比刚度泡沫铝夹芯板的制造方法，其特征在于：所述的真空热压包括以下分步骤：
1)将装有预制坯的钢模具放入真空热压炉中，将热压炉抽真空直至炉内的真空示数小于1×10-2Pa；
2)将炉温升高至400℃～440℃，施加3～30MPa的压力，保温保压1～3小时；
3)将炉温继续升高至450℃～520℃，保持压力20～100MPa，保温保压1～3小时；
4)保温结束后降温冷却。
10.根据权利要求5所述的高比刚度泡沫铝夹芯板的制造方法，其特征在于：所述发泡的温度为580℃～650℃，发泡时间为5～15分钟。
CN201811405739.5A 2018-11-23 2018-11-23 一种高比刚度泡沫铝夹芯板及其制造方法 Active CN111215630B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811405739.5A CN111215630B (zh) 2018-11-23 2018-11-23 一种高比刚度泡沫铝夹芯板及其制造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811405739.5A CN111215630B (zh) 2018-11-23 2018-11-23 一种高比刚度泡沫铝夹芯板及其制造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111215630A CN111215630A (zh) 2020-06-02
CN111215630B true CN111215630B (zh) 2022-03-11

Family

ID=70813437

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811405739.5A Active CN111215630B (zh) 2018-11-23 2018-11-23 一种高比刚度泡沫铝夹芯板及其制造方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111215630B (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112522694B (zh) * 2020-11-17 2021-12-07 东北大学 一种基于快速传热的泡沫铝夹芯板表面黑化发泡方法
CN113042735B (zh) * 2021-01-29 2022-06-21 东睦新材料集团股份有限公司 一种空心碳化硅铝基复合材料的制备方法
CN113102775B (zh) * 2021-04-15 2022-11-11 广东华研智能科技有限公司 一种电弧增材制造制备泡沫铝构件的方法
CN113343519B (zh) * 2021-05-24 2022-09-02 西南交通大学 一种复合材料夹芯板抗压极限载荷计算方法
CN114799749B (zh) 2022-04-22 2023-04-25 南昌航空大学 旋转摩擦挤压复合电磁脉冲制备泡沫铝夹芯材料的方法
CN116237522A (zh) * 2023-03-13 2023-06-09 山东大学 一种多层结构的铝基复合材料及其制备方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE202007014633U1 (de) * 2007-10-19 2008-02-14 Hardi, Yassin Plattenspieler-Laufwerk mit einer Zarge aus einem Aluminiumschaum-Sandwich
CN101650148B (zh) * 2009-09-14 2013-03-06 哈尔滨飞机工业集团有限责任公司 一种陶瓷/复合材料夹层防护结构
CN203032017U (zh) * 2012-11-30 2013-07-03 南京航空航天大学 一种轻质抗冲击的泡沫金属夹芯板
CN103847163A (zh) * 2014-03-04 2014-06-11 中山大学 泡沫填充蜂窝铝芯三明治结构及其制备方法
CN105499783B (zh) * 2016-01-18 2017-12-15 同济大学 一种冶金法制备泡沫铝贴面复合材料的方法
CN106994553A (zh) * 2016-01-26 2017-08-01 同济大学 一种泡沫铝冶金连接方法
CN105774134A (zh) * 2016-03-08 2016-07-20 苏州珍展科技材料有限公司 一种泡沫铝复合夹芯板及其制备方法
ES2664614B2 (es) * 2016-10-20 2018-10-19 Alucoil, S.A. Procedimiento para la obtención de un panel sandwich con espuma de aluminio en el nucleo, instalación y producto obtenido
CN106583739B (zh) * 2016-12-02 2019-03-22 北京有色金属研究总院 一种具有梯度界面的泡沫铝夹心板的制造方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN111215630A (zh) 2020-06-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111215630B (zh) 一种高比刚度泡沫铝夹芯板及其制造方法
KR101248967B1 (ko) 알루미늄 복합재의 제조방법
CN105624451B (zh) 一种高强高韧闭孔泡沫铝及其制备方法
CN106583739A (zh) 一种具有梯度界面的泡沫铝夹心板及其制造方法
CN103878346B (zh) 一种陶瓷颗粒多尺度增强金属基体复合材料的制备方法
WO2015169024A1 (zh) 一种金属/连续结构相陶瓷复合材料摩擦盘及其制作方法
CN106967900B (zh) 一种钛基金属玻璃颗粒增强铝基复合材料及其制备方法
CN106191496B (zh) 粉末冶金制备zta颗粒增强金属基耐磨复合材料的方法
CN110039849B (zh) 一种铝基多孔复合材料夹芯结构及其制备方法
CA2674037A1 (en) Aluminum-based composite materials and methods of preparation thereof
CN104099488B (zh) 一种无压烧结-加压致密化制备钛铝碳颗粒增强锌铝基复合材料的方法
CN103031452A (zh) 一种碳化硅颗粒增强镁基复合材料及制备方法
JP5322754B2 (ja) 金属基複合材
CN101984112B (zh) 一种高热导率铜增强铝复合材料及其制备方法
CN113373359A (zh) 一种层状梯度结构颗粒增强镁基复合材料及其制备方法
CN108677051B (zh) 利用回收的SiCp/Al复合材料制备团簇型铝基复合材料的方法
CN108642315B (zh) 利用回收的SiCp/Al复合材料制备团簇型铝基复合材料的方法
CN114131028B (zh) 一种铝基多孔复合夹芯结构及其制备方法和应用
Baghad et al. A Brief Review on Additive Manufacturing Processes for Lightweight Metal Matrix Composites: Recent advances in selection, reinforcement, preparation and processing and their influence on material properties
Leon-Patiño et al. Microstructure and shear strength of sintered Cu–Al2O3 composite joined to Cu using Ag–Cu and Cu–Zn filler alloys
CN114406258B (zh) 铝热还原反应粉末包覆的zta陶瓷颗粒及其制法和应用
CN105648247B (zh) 一种钛合金颗粒增强铝基复合材料及其制备方法
JP7281164B2 (ja) ポーラスマグネシウム製造方法
CN117966083B (zh) 镜面对称双梯度叠层复合材料表面渗硼方法
JP7394500B1 (ja) 金属及び／又はセラミックス・グラファイト含有アルミニウム複合体材料及び金属及び／又はセラミックス・グラファイト含有アルミニウム複合体材料の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
TA01 Transfer of patent application right
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20210720

Address after: 101407 No.11, Xingke East Street, Yanqi Economic and Technological Development Zone, Huairou District, Beijing

Applicant after: Youyan metal composite technology Co.,Ltd.

Address before: 101407 No. 11 Xingke East Street, Yanqi Economic Development Zone, Huairou District, Beijing

Applicant before: YOUYAN ENGINEERING TECHNOLOGY RESEARCH INSTITUTE Co.,Ltd.

GR01 Patent grant
GR01 Patent grant