CN113145962B - 异种金属材料蜂窝夹层结构及其制备方法 - Google Patents

异种金属材料蜂窝夹层结构及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种异种金属材料蜂窝夹层结构及其制备方法，所述方法包括以下步骤：通过电火花线切割加工获得第一连接面板、第二连接面板及蜂窝芯；在蜂窝芯的两个相对的待焊接面分别形成第一钎料层和第二钎料层；在第一钎料层的背离蜂窝芯的一侧放置第一连接面板，在第二钎料层的背离蜂窝芯的一侧放置第二连接面板，并进行钎焊，以使第一钎料层的背离蜂窝芯的一侧固定连接第一连接面板、第二钎料层的背离蜂窝芯的一侧固定连接第二连接面板，获得异种金属材料蜂窝夹层结构。上述方法制备的蜂窝夹层结构对提升异种金属材料蜂窝夹层结构的接头质量，实现结构的轻量化，提高产品的合格率有着重大的意义。

Description

异种金属材料蜂窝夹层结构及其制备方法
技术领域
本发明涉及薄壁蜂窝夹层结构的连接成型技术领域，具体涉及一种异种金属材料蜂窝夹层结构及其制备方法。
背景技术
蜂窝夹层结构具有较高的比强度、比刚度和良好的冲击性能，以及具有吸音、吸能、散热和电磁屏蔽等特殊性能，已广泛应用于汽车、航空航天等行业。目前，蜂窝夹层结构由蜂窝芯材和面板构成，其中蜂窝芯材和面板的材料相同，例如Nomex蜂窝、铝蜂窝、钛蜂窝和超合金蜂窝等，并且在传统的蜂窝夹层结构制造中，钎料采用箔带形式放置于面板与蜂窝芯体之间，然后进行钎焊。钎焊过程中钎料箔带熔化后漫流对非连接处的面板和蜂窝芯体产生过度溶蚀，改变母材组织与性能，此外多余的钎料也会带来额外的增重，不利于轻量化结构的实现，特别当面板厚度仅为0.05mm-0.15mm，钎料对面板的溶蚀程度和钎料增重需要严格控制。
发明内容
为此，本发明提供一种异种金属材料蜂窝夹层结构及其制备方法，以解决上述问题。
本发明提出了一种异种金属材料蜂窝夹层结构的制备方法，包括以下步骤：
通过电火花线切割加工获得第一连接面板、第二连接面板及蜂窝芯；
在所述蜂窝芯的两个相对的待焊接面分别形成第一钎料层和第二钎料层；
在所述第一钎料层的背离所述蜂窝芯的一侧放置所述第一连接面板，在所述第二钎料层的背离所述蜂窝芯的一侧放置所述第二连接面板，并进行钎焊，以使所述第一钎料层的背离所述蜂窝芯的一侧固定连接所述第一连接面板、所述第二钎料层的背离所述蜂窝芯的一侧固定连接所述第二连接面板，获得异种金属材料蜂窝夹层结构。
在一些实施例中，所述通过电火花线切割加工获得第一连接面板、第二连接面板及蜂窝芯的步骤之后，所述方法还包括：
将所述第一连接面板、所述第二连接面板及所述蜂窝芯的待焊接面采用砂纸打磨及抛光后，再放置于丙酮溶液中超声清洗。
在一些实施例中，所述在所述蜂窝芯的两个相对的待焊接面分别形成第一钎料层和第二钎料层的步骤具体包括：
采用石蜡将所述蜂窝芯填满，并固化；
在所述蜂窝芯的两个相对的待焊接面分别形成第一钎料层和第
二钎料层；
将所述蜂窝芯放置于丙酮溶液中超声清洗，以将所述石蜡完全溶解于所述丙酮溶液中。
在一些实施例中，所述形成第一钎料层和第二钎料层的方式为磁控溅射、电镀或者化学气象沉积。
在一些实施例中，所述第一钎料层和所述第二钎料层均为Cu-Ni复合钎料层，其中Cu质量分数为50wt.%-80wt.%，Cu与Ni的质量比为1:1。
在一些实施例中，所述第一钎料层和所述第二钎料层的厚度为25μm-80μm。
在一些实施例中，所述在所述第一钎料层的背离所述蜂窝芯的一侧放置所述第一连接面板，在所述第二钎料层的背离所述蜂窝芯的一侧放置所述第二连接面板的步骤之后，所述方法还包括：
分别对所述第一连接面板及所述第二连接面板施加方向相反的压
力，所述压力为0.01-0.03MPa。
在一些实施例中，所述钎焊的步骤具体包括：
将施加压力后的所述第一连接面板、所述第一钎料层、所述蜂窝
芯、所述第二钎料层及所述第二连接面板放置在真空炉中进行加热，当真空度低于3.0×10-3Pa后，以10℃/min的升温速度升至990-1080℃，保温10-60min，然后以5℃/min的降温速度降至500℃，随所述真空炉冷却至室温后，完成钎焊。
在一些实施例中，所述第一连接面板和所述第二连接面板的材料为钛铝合金，所述蜂窝芯的材料为镍基高温合金、TC4合金、TA60钛合金中的一者。
本发明还提出了一种异种金属材料蜂窝夹层结构，采用上述的方法制备。
上述方法制备的蜂窝夹层结构解决了传统蜂窝夹层结构钎焊中钎料箔带熔化后漫流对非连接处的面板和蜂窝芯体产生过度溶蚀以及改变母材组织与性能的问题，避免多余的钎料带来的额外增重，有利于轻量化结构的实现，并且对提升异种金属材料蜂窝夹层结构的接头质量，实现结构的轻量化，提高产品的合格率有着重大的意义。
附图说明
图1为本发明提出异种金属材料蜂窝夹层结构的分解结构示意图。
图2为本发明提出的一种异种金属材料蜂窝夹层结构的制备方法流程图。
图3为图2中的在所述蜂窝芯的两个相对的待焊接面分别形成第一钎料层和第二钎料层的具体步骤流程图。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、顺时针”、“逆时针”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申请和简化描述，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申请的限制。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所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请的描述中，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，也可以是电连接或可以相互通讯；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本申请提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
请参见图1，本发明实施例提出了一种异种金属材料蜂窝夹层结构100，包括第一连接面板10、第二连接面板20、蜂窝芯30、第一钎料层40和第二钎料层50。
其中，蜂窝芯30连接于第一连接面板10和第二连接面板20之间，第一钎料层40连接于第一连接面板10和蜂窝芯30之间，第二钎料层50连接于第二连接面板20和蜂窝芯30之间。
在一些实施例中，第一钎料层40和所述第二钎料层50的厚度为25μm-80μm。第一钎料层40和所述第二钎料层50均为Cu-Ni复合钎料层，其中Cu质量分数为50wt.%-80wt.%，Cu与Ni的质量比为1:1。
在一些实施例中，蜂窝芯30为镍基高温合金、TC4合金、TA60钛合金中的一者，其中镍基高温合金可以为GH3536、GH5188或GH99。需要说明的是，GH3536、GH5188、GH99分别为镍基合金的型号。
在一些实施例中，第一连接面板10和所述第二连接面板20的材料为钛铝合金。
请参见图2，本发明实施例还提出了一种异种金属材料蜂窝夹层结构的制备方法，包括以下步骤：
步骤S10：通过电火花线切割加工获得第一连接面板10、第二连接面板20及蜂窝芯30。
其中，第一连接面板10和所述第二连接面板20的材料为钛铝合金。蜂窝芯30为镍基高温合金、TC4合金、TA60钛合金中的一者。
第一钎料层40和所述第二钎料层50的厚度为25μm-80μm。第一钎料层40和所述第二钎料层50均为Cu-Ni复合钎料层，其中Cu质量分数为50wt.%-80wt.%，Cu与Ni的质量比为1:1。
步骤S20：将所述第一连接面板10、所述第二连接面板20及所述蜂窝芯30的待焊接面采用砂纸打磨及抛光后，再放置于丙酮溶液中超声清洗。
步骤S30：在所述蜂窝芯30的两个相对的待焊接面分别形成第一钎料层40和第二钎料层50。
具体地，请参见图3，步骤S30的具体步骤包括：
步骤S31：采用石蜡将所述蜂窝芯30填满，并固化。
步骤S32：在所述蜂窝芯30的两个相对的待焊接面分别形成第一
钎料层和第二钎料层50。
具体地，形成第一钎料层40和第二钎料层50的方式为磁控溅射、电镀或者化学气象沉积。其中，第一钎料层40和所述第二钎料层50的厚度为25μm-80μm。第一钎料层40和所述第二钎料层50均为Cu-Ni复合钎料层，其中Cu质量分数为50wt.%-80wt.%，Cu与Ni的质量比为1:1。
步骤S33：将所述蜂窝芯30放置于丙酮溶液中超声清洗，以将所述石蜡完全溶解于所述丙酮溶液中。
步骤S40：在所述第一钎料层40的背离所述蜂窝芯30的一侧放置所述第一连接面板10，在所述第二钎料层50的背离所述蜂窝芯30的一侧放置所述第二连接面板20，分别对所述第一连接面板10及所述第二连接面板20施加方向相反的压力，所述压力为0.01-0.03MPa，并进行钎焊，以使所述第一钎料层40的背离所述蜂窝芯30的一侧固定连接所述第一连接面板10、所述第二钎料层50的背离所述蜂窝芯30的一侧固定连接所述第二连接面板20，获得异种金属材料蜂窝夹层结构。
其中所述钎焊的步骤具体包括：
将施加压力后的所述第一连接面板10、所述第一钎料层40、所述
蜂窝芯、所述第二钎料层50及所述第二连接面板20放置在真空炉中进行加热，当真空度低于3.0×10-3Pa后，以10℃/min的升温速度升至990-1080℃，保温10-60min，然后以5℃/min的降温速度降至500℃，随所述真空炉冷却至室温后，完成钎焊。
上述方法制备的蜂窝夹层结构解决了传统蜂窝夹层结构钎焊中钎料箔带熔化后漫流对非连接处的面板和蜂窝芯30体产生过度溶蚀以及改变母材组织与性能的问题，避免多余的钎料带来的额外增重，有利于轻量化结构的实现，并且对提升异种金属材料蜂窝夹层结构的接头质量，实现结构的轻量化，提高产品的合格率有着重大的意义。
本发明技术方案不局限于以下所举例的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。
实施例1
一种异种金属材料蜂窝夹层结构的制备方法，通过电火花线切割加工获得第一连接面板10、第二连接面板20及蜂窝芯30，其中第一连接面板10和所述第二连接面板20的尺寸为42mm×32mm×1mm；蜂窝芯30的材料是GH3536镍基高温合金,尺寸是40mm×30mm×12mm,芯格尺寸为1.6mm，材料厚度为0.05mm；第一钎料层40和第二钎料层50的厚度为50μm，其中Cu质量分数为50wt.%。
然后将所述第一连接面板10、所述第二连接面板20及所述蜂窝芯30的待焊接面采用砂纸打磨及抛光后，再放置于丙酮溶液中超声清洗10min。
采用石蜡将所述蜂窝芯30填满，并固化，在所述蜂窝芯30的两
个相对的待焊接面分别通过磁控溅射的方式溅射形成第一钎料层40和第二钎料层50，接着将所述蜂窝芯30放置于丙酮溶液中超声清洗30min，以将所述石蜡完全溶解于所述丙酮溶液中。
按第一连接面板10、第一钎料层40、蜂窝芯30、第二钎料层50及第二连接面板20顺序装配成夹层结构，分别对所述第一连接面板10及所述第二连接面板20施加方向相反的压力，所述压力为0.01-0.03MPa，接着将其放置在真空扩散炉中进行加热，当真空度低于3.0×10-3Pa后，以10℃/min的升温速度升至1080℃，保温30min，然后以5℃/min的降温速度降至500℃，随炉冷却至室温后，完成钎焊。
试验结果表明，试验实现了第一连接面板10和所述第二连接面板20同蜂窝芯30的有效连接，界面组织为典型镍基固溶体，该蜂窝夹层结构的最大抗拉强度为300MPa。
实施例2
一种异种金属材料蜂窝夹层结构的制备方法，通过电火花线切割加工获得第一连接面板10、第二连接面板20及蜂窝芯30，其中第一连接面板10和所述第二连接面板20的尺寸为42mm×32mm×0.5mm；蜂窝芯30的材料是TC4合金,尺寸是40mm×30mm×12mm,芯格尺寸为1.6mm，材料厚度为0.05mm；第一钎料层40和第二钎料层50的厚度为80μm，其中Cu质量分数为80wt.%。
然后将所述第一连接面板10、所述第二连接面板20及所述蜂窝芯30的待焊接面采用砂纸打磨及抛光后，再放置于丙酮溶液中超声清洗10min。
采用石蜡将所述蜂窝芯30填满，并固化，在所述蜂窝芯30的两
个相对的待焊接面分别通过磁控溅射的方式溅射形成第一钎料层40和第二钎料层50，接着将所述蜂窝芯30放置于丙酮溶液中超声清洗30min，以将所述石蜡完全溶解于所述丙酮溶液中。
按第一连接面板10、第一钎料层40、蜂窝芯30、第二钎料层50及第二连接面板20顺序装配成夹层结构，分别对所述第一连接面板10及所述第二连接面板20施加方向相反的压力，所述压力为0.01-0.03MPa，接着将其放置在真空扩散炉中进行加热，当真空度低于3.0×10-3Pa后，以10℃/min的升温速度升至1050℃，保温20min，然后以5℃/min的降温速度降至500℃，随炉冷却至室温后，完成钎焊。
试验结果表明，试验实现了第一连接面板10和所述第二连接面板20同蜂窝芯30的有效连接，界面组织为典型铜基固溶体，该蜂窝夹层结构的最大抗拉强度为236MPa。
实施例3
一种异种金属材料蜂窝夹层结构的制备方法，通过电火花线切割加工获得第一连接面板10、第二连接面板20及蜂窝芯30，其中第一连接面板10和所述第二连接面板20的尺寸为42mm×32mm×1.5mm；蜂窝芯30的材料是TA60钛合金,尺寸是40mm×30mm×12mm,芯格尺寸为1.6mm，材料厚度为0.05mm；第一钎料层40和第二钎料层50的厚度为80μm，其中Cu质量分数为60wt.%。
然后将所述第一连接面板10、所述第二连接面板20及所述蜂窝芯30的待焊接面采用砂纸打磨及抛光后，再放置于丙酮溶液中超声清洗10min。
采用石蜡将所述蜂窝芯30填满，并固化，在所述蜂窝芯30的两
个相对的待焊接面分别通过磁控溅射的方式溅射形成第一钎料层40和第二钎料层50，接着将所述蜂窝芯30放置于丙酮溶液中超声清洗30min，以将所述石蜡完全溶解于所述丙酮溶液中。
按第一连接面板10、第一钎料层40、蜂窝芯30、第二钎料层50及第二连接面板20顺序装配成夹层结构，分别对所述第一连接面板10及所述第二连接面板20施加方向相反的压力，所述压力为0.01-0.03MPa，接着将其放置在真空扩散炉中进行加热，当真空度低于3.0×10-3Pa后，以10℃/min的升温速度升至1070℃，保温60min，然后以5℃/min的降温速度降至500℃，随炉冷却至室温后，完成钎焊。
试验结果表明，试验实现了第一连接面板10和所述第二连接面板20同蜂窝芯30的有效连接，界面组织为典型钛铜化合物和镍基固溶体，该蜂窝夹层结构的最大抗拉强度为280MPa。
实施例4
一种异种金属材料蜂窝夹层结构的制备方法，通过电火花线切割加工获得第一连接面板10、第二连接面板20及蜂窝芯30，其中第一连接面板10和所述第二连接面板20的尺寸为42mm×32mm×1.5mm；蜂窝芯30的材料是TA60钛合金,尺寸是40mm×30mm×12mm,芯格尺寸为1.6mm，材料厚度为0.05mm；第一钎料层40和第二钎料层50的厚度为50μm，其中Cu质量分数为50wt.%。
然后将所述第一连接面板10、所述第二连接面板20及所述蜂窝芯30的待焊接面采用砂纸打磨及抛光后，再放置于丙酮溶液中超声清洗10min。
采用石蜡将所述蜂窝芯30填满，并固化，在所述蜂窝芯30的两
个相对的待焊接面分别通过磁控溅射的方式溅射形成第一钎料层40和第二钎料层50，接着将所述蜂窝芯30放置于丙酮溶液中超声清洗30min，以将所述石蜡完全溶解于所述丙酮溶液中。
按第一连接面板10、第一钎料层40、蜂窝芯30、第二钎料层50及第二连接面板20顺序装配成夹层结构，分别对所述第一连接面板10及所述第二连接面板20施加方向相反的压力，所述压力为0.01-0.03MPa，接着将其放置在真空扩散炉中进行加热，当真空度低于3.0×10-3Pa后，以10℃/min的升温速度升至1040℃，保温30min，然后以5℃/min的降温速度降至500℃，随炉冷却至室温后，完成钎焊。
试验结果表明，试验实现了第一连接面板10和所述第二连接面板20同蜂窝芯30的有效连接，界面组织为典型钛铜化合物和钛基固溶体，该蜂窝夹层结构的最大抗拉强度为226MPa。
对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本申请内。
最后应说明的是，以上实施例仅用于说明本申请的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本申请进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本申请技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种异种金属材料蜂窝夹层结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
通过电火花线切割加工获得第一连接面板、第二连接面板及蜂窝芯；
采用石蜡将所述蜂窝芯填满，并固化；
通过磁控溅射、电镀或者化学气象沉积的方式在所述蜂窝芯的两个相对的待焊接面分别形成第一钎料层和第二钎料层，所述第一钎料层和所述第二钎料层的厚度为25μm-80μm；
将所述蜂窝芯放置于丙酮溶液中超声清洗，以将所述石蜡完全溶解于所述丙酮溶液中；
在所述第一钎料层的背离所述蜂窝芯的一侧放置所述第一连接面板，在所述第二钎料层的背离所述蜂窝芯的一侧放置所述第二连接面板，并进行钎焊，以使所述第一钎料层的背离所述蜂窝芯的一侧固定连接所述第一连接面板、所述第二钎料层的背离所述蜂窝芯的一侧固定连接所述第二连接面板，获得异种金属材料蜂窝夹层结构。
2.如权利要求1所述的一种异种金属材料蜂窝夹层结构的制备方法，其特征在于，所述通过电火花线切割加工获得第一连接面板、第二连接面板及蜂窝芯的步骤之后，所述方法还包括：
将所述第一连接面板、所述第二连接面板及所述蜂窝芯的待焊接面采用砂纸打磨及抛光后，再放置于丙酮溶液中超声清洗。
3.如权利要求1所述的一种异种金属材料蜂窝夹层结构的制备方法，其特征在于，所述第一钎料层和所述第二钎料层均为Cu-Ni复合钎料层，其中Cu质量分数为50wt.％-80wt.％，Cu与Ni的质量比为1:1。
4.如权利要求1所述的一种异种金属材料蜂窝夹层结构的制备方法，其特征在于，所述在所述第一钎料层的背离所述蜂窝芯的一侧放置所述第一连接面板，在所述第二钎料层的背离所述蜂窝芯的一侧放置所述第二连接面板的步骤之后，所述方法还包括：
分别对所述第一连接面板及所述第二连接面板施加方向相反的压力，所述压力为0.01-0.03MPa。
5.如权利要求3所述的一种异种金属材料蜂窝夹层结构的制备方法，其特征在于，所述钎焊的步骤具体包括：
将施加压力后的所述第一连接面板、所述第一钎料层、所述蜂窝芯、所述第二钎料层及所述第二连接面板放置在真空炉中进行加热，当真空度低于3.0×10-3Pa后，以10℃/min的升温速度升至990-1080℃，保温10-60min，然后以5℃/min的降温速度降至500℃，随所述真空炉冷却至室温后，完成钎焊。
6.如权利要求1所述的异种金属材料蜂窝夹层结构的制备方法，其特征在于，所述第一连接面板和所述第二连接面板的材料为钛铝合金，所述蜂窝芯的材料为镍基高温合金、TC4合金、TA60钛合金中的一者。
7.一种异种金属材料蜂窝夹层结构，其特征在于，采用权利要求1-6任意一项所述的方法制备。
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