CN113400742B - 一种铝合金夹芯板及其制备方法 - Google Patents

一种铝合金夹芯板及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113400742B
CN113400742B CN202110280189.4A CN202110280189A CN113400742B CN 113400742 B CN113400742 B CN 113400742B CN 202110280189 A CN202110280189 A CN 202110280189A CN 113400742 B CN113400742 B CN 113400742B
Authority
CN
China
Prior art keywords
aluminum alloy
core layer
panel
foamed
alloy core
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
CN202110280189.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113400742A (zh
Inventor
曹卓坤
蒋勇敏
高凤华
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.)
Granges AB
Original Assignee
Granges AB
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 Granges AB filed Critical Granges AB
Publication of CN113400742A publication Critical patent/CN113400742A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113400742B publication Critical patent/CN113400742B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/01—Layered products comprising a layer of metal all layers being exclusively metallic
    • B32B15/017—Layered products comprising a layer of metal all layers being exclusively metallic one layer being formed of aluminium or an aluminium alloy, another layer being formed of an alloy based on a non ferrous metal other than aluminium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B1/00—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations
    • B21B1/38—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling sheets of limited length, e.g. folded sheets, superimposed sheets, pack rolling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D25/00—Special casting characterised by the nature of the product
    • B22D25/005—Casting metal foams
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/18—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by features of a layer of foamed material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/08—Alloys with open or closed pores
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/08—Alloys with open or closed pores
    • C22C1/083—Foaming process in molten metal other than by powder metallurgy
    • C22C1/086—Gas foaming process
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • C22C21/02—Alloys based on aluminium with silicon as the next major constituent
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B1/00—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations
    • B21B1/38—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling sheets of limited length, e.g. folded sheets, superimposed sheets, pack rolling
    • B21B2001/386—Plates

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Abstract

本发明涉及一种铝合金夹芯板，包含泡沫铝合金芯层和铝合金面板，其中，所述泡沫铝合金芯层包含，基于泡沫铝合金芯层总重量，6‑11重量％的Si，0‑5重量％的Cu，0‑3重量％的Mn，0‑4重量％的Zn，0‑0.8重量％的Mg，其余为Al和不可避免的杂质；所述铝合金面板的熔点为645℃以上。本发明还涉及本发明的铝合金夹芯板的制备方法以及通过所述方法获得的铝合金夹芯板。

Description

一种铝合金夹芯板及其制备方法
本申请要求2020年3月16日提交的题为“一种铝合金夹芯板及其制备方法”的202010181212.X号中国申请的优先权，其内容整体援引加入本文。
技术领域
本发明属于泡沫金属材料技术领域，具体涉及一种铝合金夹芯板及其制备方法。
背景技术
以泡沫铝合金为芯层、铝合金为面板的夹芯复合板，除具有重量轻、比刚度高等优良机械性能外，还具有阻尼抑振、吸能抗冲击和电磁屏蔽等多项功能特性，使得泡沫铝合金夹芯板在新能源汽车、高速列车、地铁列车等领域广泛应用，是使车身轻量化、降低能源消耗的有效手段。
泡沫铝合金芯层与表面铝面板的结合方式和结合强度对于夹芯板力学性能、能量吸收能力有重要影响，也关系到夹芯板是否能够进一步加工成型和采用焊接的方式与其他铝制部件焊接。
泡沫铝合金芯层和铝合金面板通常采用粘结剂进行粘结。这样的结合往往具有相对较低的界面强度，在夹芯板变形后易开裂，且难以二次加工。而且粘合部分的粘合剂易老化，限制夹芯板的使用寿命。对于冶金连接，目前国际上能够实现界面冶金结合，并进行规模化生产的方法为粉末冶金法。该工艺使用铝粉和发泡剂在常温下混合，而后通过冷压、热压和轧制等一系列复杂工艺制得预制体，而后发泡制备泡沫铝夹芯板。这种方法孔结构均匀性差、并且一定程度上受到原料成本高、工序复杂、生产效率低、从而售价昂贵、难以推广应用的制约。
发明内容
在一方面，本发明涉及一种铝合金夹芯板，包含泡沫铝合金芯层和铝合金面板，其中，所述泡沫铝合金芯层包含基于泡沫铝合金芯层总重量，6-11重量％的Si，0-5重量％的Cu，0-3重量％的Mn，0-4重量％的Zn，0-0.8重量％的Mg，其余为Al和不可避免的杂质；所述铝合金面板的熔点为645℃以上。
在一个实施方案中，本发明的夹芯板中，泡沫铝合金芯层包含基于泡沫铝合金芯层总重量，7.0-10.7重量％的Si，和/或0-4.5重量％的Cu，和/或0-2重量％的Mn，和/或0-3重量％的Zn，和/或0-0.6重量％的Mg。
在一个优选的实施方案中，本发明的夹芯板中，泡沫铝合金芯层还包含Ca，基于泡沫铝合金芯层总重量，所述Ca的含量为0.25-3重量％，优选为0.5-2.5重量％；和/或泡沫铝合金芯层还包含Sr，基于泡沫铝合金芯层总重量，所述Sr的含量为40-400ppm；和/或泡沫铝合金芯层还包含Ti，基于泡沫铝合金芯层总重量，所述Ti的含量为1.0-1.5重量％。
在一个优选的实施方案中，本发明的夹芯板中，泡沫铝合金芯层与铝合金面板的界面结合率为95％以上。在一个更优选的实施方案中，本发明的夹芯板中，泡沫铝合金芯层与铝合金面板的界面结合率为99％以上。在一个特别优选的实施方案中，本发明的夹芯板中，泡沫铝合金芯层与铝合金面板的界面结合率为100％。
在另一个实施方案中，本发明的夹芯板中，泡沫铝合金芯层的熔点为约615℃以下。
在还一个实施方案中，本发明的夹芯板中，铝合金面板的熔点为645-660℃。
在又一个实施方案中，泡沫铝合金芯层为多孔结构，泡沫铝合金芯层的平均等效孔径为2-8mm，优选为2.5-7.5mm。
在还一个实施方案中，泡沫铝合金芯层的平均等效孔径±20％范围的孔面积占孔总面积的50％以上，优选60％-85％。
在一个实施方案中，泡沫铝合金芯层的孔隙率为70-90％，和/或
所述泡沫铝合金芯层的密度为0.27-0.81g/cm3。
在另一个实施方案中，铝合金面板为3系铝合金或6系铝合金。
在又一个实施方案中，铝合金夹芯板的厚度为5-35mm。
在还一个实施方案中，在所述泡沫铝合金芯层的两侧各设置有铝合金面板，其中所述铝合金面板与所述铝合金芯层为冶金连接。
在一个实施方案中，通过发泡处理获得所述铝合金夹芯板，其中所述发泡的温度高于所述泡沫铝合金芯层的熔点，并且所述发泡的温度低于所述铝合金面板的熔点。
在另一个实施方案中，泡沫铝合金芯层的预制体通过液相法制备。
在另一方面，本发明涉及一种制备本发明的夹芯板的方法，其包括以下步骤：(1)制备泡沫铝合金芯层的铝合金熔体，(2)将所述铝合金熔体浇注至模具成型并保压凝固，以获得泡沫铝合金芯层的预制体，(3)将预制体与初始铝合金面板轧制复合以获得复合板，(4)将所述复合板发泡处理；其中，所述发泡的温度为620-640℃。
在一个实施方案中，步骤(1)中包含以下步骤：(1.1)向所述泡沫铝合金芯层的初始铝合金熔体中加入增粘剂，(1.2)向步骤(1.1)获得的熔体中加入发泡剂。
在另一个实施方案中，在步骤(1.1)中，所述增粘剂为Ca；和/或
在步骤(1.1)中，还包含加入变质剂，所述变质剂为Al-Sr合金，其中基于所述初始铝合金熔体的总重量，所述Sr的含量为40-400ppm；和/或
在步骤(1.2)中，基于初始铝合金熔体的总重量，所述发泡剂的含量为1.0-1.5重量％。
在又一个实施方案中，所述初始铝合金熔体包含基于初始铝合金熔体总重量，6-11重量％的Si，0-5重量％的Cu，0-3重量％的Mn，0-4重量％的Zn，0-0.8重量％的Mg，其余为Al和不可避免的杂质。
在还一个实施方案中，在步骤(1.2)中，所述发泡剂为氢化钛，所述氢化钛经过490-540℃的热处理。
在一个实施方案中，步骤(2)中，所述保压的压力为3-80MPa，优选5-50MPa。
在又一个实施方案中，步骤(2)中所述成型为挤压成型。
在另一个实施方案中，步骤(3)中所述轧制的总压下率为50％以上，优选50-95％。
在又一个实施方案中，步骤(4)中的所述发泡为限制位置发泡。
在还一个实施方案中，步骤(4)中所述发泡处理后铝合金芯层的膨胀率为200％-600％，优选300％-520％。
在又一方面，本发明涉及一种铝合金夹芯板，其通过本发明的方法制备。
附图说明
图1为本发明的夹芯板的示意图；
图2为本发明实施例1中预制体外观照片图；
图3为本发明实施例1中铝合金夹芯板的截面照片图；
图4为本发明实施例2中铝合金夹芯板的截面照片图；
图5为本发明实施例1中铝合金夹芯板的金相显微镜图片；
图6为对比例3中铝合金夹芯板的金相显微镜图片；
图中：1表示泡沫铝合金芯层；2表示铝合金面板；3表示气孔；4表示钎焊层；5.表示气孔壁。
具体实施方式
一般定义及术语
除非另外定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员通常理解的相同的含义。若存在矛盾，则以本申请提供的定义为准。
除非另外说明，本文中所有的百分比、份数、比值等均是按重量计。
当以范围、优选范围、或者优选的数值上限以及优选的数值下限的形式表述某个量、浓度或其它值或参数的时候，应当理解相当于具体揭示了通过将任意一对范围上限或优选数值与任意范围下限或优选数值结合起来的任何范围，而不考虑该范围是否具体揭示。除非另外指出，本文所列出的数值范围旨在包括范围的端点，和该范围之内的所有整数和分数。例如“1-8”涵盖1、2、3、4、5、6、7、8以及由其中任何两个值组成的任何亚范围，例如2-6、3-5。
表述“包含”或与其同义的类似表述“包括”、“含有”和“具有”等是开放性的，不排除额外的未列举的元素、步骤或成分。表述“由…组成”排除未指明的任何元素、步骤或成分。表述“基本上由…组成”指范围限制在指定的元素、步骤或成分，加上任选存在的不会实质上影响所要求保护的主题的基本和新的特征的元素、步骤或成分。应当理解，表述“包含”涵盖表述“基本上由…组成”和“由…组成”。
本文所使用的术语“不可避免的杂质”指在所述合金的制造过程中，没有有意地添加或含有的其它元素组分，该其它元素作为不可避免的杂质引入。其它元素中，单个元素含量≤0.05重量％，总元素含量≤0.15重量％。
本文所使用的术语“约”可允许值或范围的一定程度的变化，例如在规定的值或规定限制的范围且包括确切的值或范围的10％以内，5％以内或1％以内。
本文所使用的术语“任选”或“任选地”是指随后描述的事件或情况可能发生或可能不发生，该描述包括发生所述事件或情况和不发生所述事件或情况。
本文所使用的术语“一种(个)或多种(个)”表示1、2、3、4、5、6、7、8、9、10种(个)或更多。
本文所示用的术语“3系铝合金”、“6系铝合金”为本领域技术人员所熟知的本领域的通用的合金命名，如GB-T 3190-2016变形铝及铝合金化学成分。例如，3系合金为以铝锰为主要元素的一系列合金；6系合金为以铝硅镁为主要元素的一系列合金。本文中的3系合金包括但不限于3003铝合金、3005铝合金、3004铝合金。6系合金包括但不限于6060铝合金、6063铝合金、6951铝合金、6082铝合金或6061铝合金。
本文中所指的铝合金的“熔点”是指铝合金完全熔化为液态时的温度。
本文所使用的术语“等效孔径”指按照不规则形状孔的面积换算成与其面积相等的圆形孔时的孔径。本文中，孔径及孔面积通过扫描仪获取图像并通过测距软件计算获得。
本文所使用的术语“发泡”是指发泡剂在加热的条件下分解产生气体，气体膨胀而发泡的过程。
术语“限制位置发泡”是指在对发泡材料的位置进行限定的条件下进行的发泡处理过程。例如使用发泡的模具对铝合金复合板的上下面板进行位置限定，利用液态泡沫的膨胀作用充满型腔。
“保温发泡”是指保持在一定的温度下进行的发泡处理过程。例如将温度保持在高于铝合金液相线温10-30℃进行的发泡操作。
本文所使用的术语“保压凝固”是指保持在一定压强下进行的凝固过程。例如压力保持在50MPa下进行的凝固过程。
本文所使用的术语“冶金连接”是指两件金属的界面间原子相互扩散而形成的结合。
本文所使用的术语“界面结合率”是指铝合金夹芯板中，芯层合金与两侧面板直接接触的面积的比率。
铝合金夹芯板
本发明涉及一种铝合金夹芯板，其包含泡沫铝合金芯层和铝合金面板。本发明的铝合金夹芯板也可称为铝面板泡沫铝夹芯板。
其中，所述泡沫铝合金芯层包含
基于泡沫铝合金芯层总重量，
6-11重量％的Si，
0-5重量％的Cu，
0-3重量％的Mn，
0-4重量％的Zn，
0-0.8重量％的Mg，
其余为Al和不可避免的杂质。
铝合金面板熔点为645℃以上。
泡沫铝合金芯层中，基于泡沫铝合金芯层总重量，Si的含量为约6-11重量％，优选为约7-10.7重量％。过高的Si含量不利于轧制，从而获得的芯层在轧制过程中容易开裂。过低的Si含量将不利于芯层具有相对较低的熔点，从而使得在芯层的发泡处理过程中在发泡温度下芯层难以良好地熔融并发泡。
泡沫铝合金芯层中，可以任选的加入Cu、Mn、Zn、Mg等元素。Cu、Mn、Zn、Mg等元素的存在应有利于芯层的具有优良的强度，同时使得芯层的熔点低于发泡温度。在一个实施方案中，基于泡沫铝合金芯层总重量，Cu的含量为约0-5重量％，优选为约0-4.5重量％。在另一个实施方案中，基于泡沫铝合金芯层总重量，Mn的含量为约0-3重量％，优选为约0-2重量％。在又一个实施方案中，基于泡沫铝合金芯层总重量，Zn的含量为约0-4重量％，优选为约0-3重量％。在还一个实施方案中，基于泡沫铝合金芯层总重量，Mg的含量为约0-0.8重量％，优选为约0-0.6重量％。
在一个实施方案中，本发明的泡沫铝合金芯层还包含Ca。Ca的加入有利于获得均匀的孔径分布的泡沫铝合金芯层。过高的Ca含量将使得芯层在轧制过程中容易开裂。在一个实施方案中，基于泡沫铝合金芯层总重量，所述Ca的含量为约0.25-3重量％，优选为约0.5-2.5重量％。
在另一个实施方案中，本发明的泡沫铝合金芯层还包含Sr。Sr的加入有助于使得芯层中Si颗粒具有较小的尺寸，从而减少轧制过程中的开裂，以便于轧制。在一个实施方案中，基于泡沫铝合金芯层总重量，所述Sr的含量为约40-400ppm，优选为约50-300ppm。
在又一个实施方案中，本发明的泡沫铝合金芯层还包含Ti。Ti通常以钛的氢化物的形式作为发泡剂加入，从而使得铝合金芯层在发泡剂的作用下得以发泡成为泡沫铝合金芯层。在一个实施方案中，基于泡沫铝合金芯层总重量，Ti的含量为1.0-1.5重量％，例如为约1.2重量％。
铝合金芯层与铝合金面板相结合的面积比率以界面结合率表示。在一个实施方案中，在本发明的铝合金夹芯板中，泡沫铝合金芯层与铝合金面板的界面结合率为95％以上。在一个优选的实施方案中，泡沫铝合金芯层与铝合金面板的界面结合率为99％以上。在一个更优选的实施方案中，泡沫铝合金芯层与铝合金面板的界面结合率为100％。例如95％、96％、97％、98％、99％、100％。较高的界面结合率表明，铝合金芯层与铝合金面板可以有效地接触并进行牢固的结合，从而使铝合金夹芯板具有优异的力学性能，利于夹芯板的进一步加工与应用。
在一个实施方案中，泡沫铝合金芯层的熔点低于发泡温度。发泡温度指使铝合金芯层在发泡剂的作用下得以发泡成为泡沫铝合金芯层的温度。在一个具体的实施方案中，泡沫铝合金芯层的熔点为约615℃以下，例如为约570-615℃。
泡沫铝合金芯层为多孔结构。在一个实施方案中，泡沫铝合金芯层的平均等效孔径为约2-8mm，优选为约2.5-7.5mm。
本发明的泡沫铝合金芯层具有均匀的孔径分布。在一个实施方案中，泡沫铝合金芯层中孔径为平均等效孔径的孔面积占孔总面积的50％以上，优选60％-85％。具体地，孔径为平均等效孔径指孔径为平均等效孔径的±20％范围内的孔的孔径。在一个具体的实施方案中，平均等效孔径±20％范围的孔面积占孔总面积的50％以上，优选55％以上，更优选60％以上，例如60％-85％，如为65、70、75、80％。这样的孔径及均匀的孔分布有利于使得获得的夹芯板具有良好力学强度。
本发明的夹芯板的芯层具有适合的孔隙率和密度。在又一个实施方案中，本发明的泡沫铝合金芯层的孔隙率为约70-90％，优选为约75-87％。在另一个实施方案中，本发明的泡沫铝合金芯层的密度为约0.27-0.81g/cm3，优选为约0.4-0.70g/cm3。
在一个实施方案中，铝合金面板的熔点高于发泡温度。从而使得在铝合金芯层的发泡过程中铝合金面板不会熔融，从而有利于获得具有均匀孔径、良好力学性能和界面强度的夹芯板。在一个实施方案中，本发明的夹芯板的铝合金面板的熔点为645℃以上，优选650-660℃，例如645-660℃。在一个优选的实施方案中，铝合金面板为3系铝合金或6系铝合金，例如3003铝合金、3005铝合金、3004铝合金、6060铝合金、6063铝合金、6951铝合金、6082铝合金或6061铝合金。优选的铝合金面板类型有利于获得具有良好力学性能的夹芯板。
在一个实施方案中，铝合金面板中，基于铝合金面板的总重量，包含0.2-0.7重量％的Si，0.02-0.4重量％的Cu，0-1.5重量％的Mg，0.05-0.3重量％的Zn，0.5-2重量％的Mn，0.2-1.5重量％的Fe，0-0.2重量％的Cr，0-0.2重量％的Ti，余量为铝和不可避免的杂质。
在一个优选的实施方案中，铝合金面板中，基于铝合金面板的总重量，包含0.3-0.6重量％的Si，0.05-0.3重量％的Cu，0-1.3重量％的Mg，0.1-0.25重量％的Zn，1.0-1.5重量％的Mn，0.5-0.9重量％的Fe，0-0.1重量％的Cr，0-0.1重量％的Ti，余量为铝和不可避免的杂质。
在另一个实施方案中，铝合金面板中，基于铝合金面板的总重量，包含0.1-2重量％的Si，0-0.5重量％的Cu，0.3-2重量％的Mg，0-0.3重量％的Zn，0-2重量％的Mn，0.05-1.5重量％的Fe，0-0.5重量％的Cr，0-0.25重量％的Ti，余量为铝和不可避免的杂质。
在另一个优选的实施方案中，铝合金面板中，基于铝合金面板的总重量，包含0.2-1.3重量％的Si，0-0.4重量％的Cu，0.35-1.2重量％的Mg，0-0.25重量％的Zn，0-1.0重量％的Mn，0.1-0.7重量％的Fe，0-0.35重量％的Cr，0-0.15重量％的Ti，余量为铝和不可避免的杂质。
在一个实施方案中，本发明的铝合金夹芯板的厚度为约5-35mm，优选为约8-30mm。
在一个实施方案中，本发明的铝合金夹芯板如图1所述。泡沫铝合金芯层1为多孔结构，包含多个孔3。在泡沫铝合金芯层1的两侧各设置有铝合金面板2，其中铝合金面板2与铝合金芯层1为冶金连接。这样的连接方式使得夹芯板具有优良的界面结合强度。
在另一个实施方案中，通过发泡处理获得铝合金夹芯板。其中发泡温度高于所述泡沫铝合金芯层的熔点，并且所述发泡温度低于所述铝合金面板的熔点。从而使得在发泡处理中，铝合金芯层得以熔融并发泡成为泡沫铝合金芯层，而铝合金面板可以保持不被熔融，从而保持发泡处理前原有的形态。
在又一个的实施方案中，泡沫铝合金芯层的预制体通过液相法制备。液相法制备铝合金芯层的预制体是指，铝合金芯层在熔化后与发泡剂混合，而后熔体浇注制成预制体。从而在预制体中可以包含发泡剂，以使得在发泡过程中得以驱使铝合金芯层发泡成为泡沫铝合金芯层。其不同于铝合金与发泡剂在常温下混合的粉末冶金法。
铝合金夹芯板的制备方法
在另一方面，本发明涉及一种制备本发明的夹芯板的方法，其包括以下步骤：
(1)制备泡沫铝合金芯层的铝合金熔体，
(2)将所述铝合金熔体浇注至模具成型并保压凝固，以获得泡沫铝合金芯层的预制体，
(3)将预制体与初始铝合金面板轧制复合以获得复合板，
(4)将所述复合板发泡处理。
步骤(1)制备泡沫铝合金芯层的铝合金熔体
在一实施方案中，步骤(1)中制备泡沫铝合金芯层的铝合金熔体可以包括以下步骤：
(1.1)向所述泡沫铝合金芯层的初始铝合金熔体中加入增粘剂，
(1.2)向步骤(1.1)获得的熔体中加入发泡剂。
步骤(1.1)
步骤(1.1)中的初始铝合金熔体包含，基于初始铝合金熔体总重量，6-11重量％的Si，0-5重量％的Cu，0-3重量％的Mn，0-4重量％的Zn，0-0.8重量％的Mg，其余为Al和不可避免的杂质。各元素的作用和优选含量如上文所述。
在一个实施方案中，增粘剂为金属Ca。金属Ca的加入有利于使得熔体具有适合的粘度，从而使得在发泡处理中有利于均匀的孔径的形成。Ca的含量不宜过高，便于芯层的轧制。在一个具体的实施方案中，基于初始铝合金熔体的总重量，所述Ca的含量为约0.25-3重量％，优选为约0.5-2.5重量％。
在另一个实施方案中，在加入增粘剂之前，还可以向初始铝合金熔体中加入变质剂。变质剂的加入有利于使得芯层中颗粒具有较小的尺寸，从而减少轧制过程中的开裂，以便于轧制。在一个优选的实施方案中，变质剂为Al-Sr合金，其中基于所述初始铝合金熔体的总重量，所述Sr的含量为约40-400ppm，优选为约50-300ppm。在另一个实施方案中，变质剂为Al-Sr合金，其中基于Al-Sr合金的总重量，Sr的含量为约5-15重量％，例如为约10重量％。在又一个实施方案中，变质处理后铝合金熔体的温度为约660-750℃。
步骤(1.2)
在一个实施方案中，步骤(1.2)中发泡剂为氢化钛。
对发泡剂的预处理可以提升发泡剂热分解温度，使得氢化钛在与步骤(1.1)获得的熔体混合时具有较慢的发泡作用或减慢发泡剂的分解，从而获得的预制体具有较少的气孔，并使得发泡可以集中在步骤(4)将所述复合板发泡处理中进行，从而使得获得的芯层的孔径具有均匀的分布。
在一个优选的实施方案中，氢化钛经过490-540℃的预处理，例如为约490、500、520、540℃。
在一个实施方案中，氢化钛的处理时间为30-120min，优选40-100min。
在一个实施方案中，发泡剂的粒度为200-300目。这样的粒度有利于使得芯层在发泡过程中获得均匀的孔径。
在一个实施方案中，基于初始铝合金熔体的总重量，所述氢化钛的含量为1.0-1.5重量％，例如为1.2重量％。发泡剂含量过低，不利于获得具有良好膨胀率的泡沫铝合金芯层。发泡剂含量过高，容易使得其难以在熔体中分散，或者由于过多发泡剂导致的其分解产生的气泡多，使得预制体内产生有气泡。
在一个实施方案中，在步骤(1.2)中发泡剂的加入过程中，熔体的温度保持为620-660℃。这样的温度有利于减少氢化钛在搅拌混合过程中的分解。使轧制后预制体在恒定温度下进行发泡(限制位置发泡)时能够获得较高的膨胀率，且可以使得熔体在随后倒入模具时仍具有一定的流动性。
在一个实施方案中，在步骤(1)中，特别是步骤(1.2)中加入发泡剂之后可以对熔体进行高速搅拌，以减少熔体中气泡的产生。在一个实施方案中，搅拌速度为约800-3000rpm，例如为约1500-3000rpm。搅拌的时间为约1-15min，例如为约3-6min。
步骤(2)将所述铝合金熔体浇注至模具成型并保压凝固，以获得泡沫铝合金芯层 的预制体
步骤(2)中的成型优选为挤压成型。这样的方式有利于获得大型平整的预制体，减少后续铣床等表面加工工序，并有助于使其在后续的轧制过程中不易开裂。
步骤(2)中的保压凝固为制备铝合金夹芯板预制体的重要因素之一。在预制体凝固的过程中，保持压力不变，即采用保压凝固的操作，对于获得具有较少的气孔的预制体是有利的。在预制体凝固的过程中保持压力不变可以减少预制体中因发泡剂在铝液凝固过程中分解造成的小气泡等缺陷，使预制体芯层的致密度高、孔径均匀、膨胀率高，且可以满足轧制复合的变形要求。相比之下，自然冷却凝固则无法达到上述效果，不能减少凝固过程中预制体中小气泡的产生，不利于获得致密度高、孔径均匀和膨胀率高的预制体芯层，更不利于预制体的后续轧制复合。
在一个实施方案中，保压凝固的压力为约3-80MPa，优选5-50MPa，例如为约5、10、20、30、40、50MPa。
在一个实施方案中，步骤(2)中成型和保压的方式可以为挤压铸造、液态铸轧、液态模锻或其组合。
在一个实施方案中，步骤(2)中的模具可以进行预热，例如预热至450-550℃。在另一个实施方案中，步骤(2)中的模具还可以包含冷却装置，例如使用冷却水进行冷却。
步骤(3)将预制体与初始铝合金面板轧制复合以获得复合板
步骤(3)中的轧制通常在400-460℃的温度下进行。在一个实施方案中，在轧制之前，还可以进行预热。例如，预热的温度为400-450℃。预热的时间为至少30min。
步骤(3)的轧制复合可以使用将上下两块初始铝合金面板和预制体进行轧制复合，也可以使用一块初始铝合金面板对预制体进行上下包覆并轧制复合。这样的轧制方式有助于减少预制体和面板在轧制过程中的开裂。例如，将初始铝合金面板弯折至垂直截面为U型，将预制体置于弯折后的面板内部，形成夹芯坯料，并进行轧制，以进一步减少面板和预制体的开裂倾向。
通常地，在轧制复合前，还可以对复合面进行打磨去除氧化层，以利于轧制复合。
在一个实施方案中，使用多道次轧制复合。在一个优选的实施方案中，第一道次的压下率30-60％。第二道次后压下率为约15-30％。在一个实施方案中，总压下率为约50％以上，优选50-95％，例如60％、70％、80％。适合的压下率有助于使得获得具有良好界面强度且不会开裂的复合板。本发明的方法使得可以实现较高的下压率，从而可以在相同体积的预制体的情况下制备面积更大的芯层。
步骤(4)对所述复合板进行发泡处理
发泡处理对于获得表面平整、厚度一致且具有良好膨胀率和界面结合率的铝合金夹芯板是重要的。
在一个实施方案中，步骤(4)的发泡处理为限制位置发泡。使用发泡的模具对复合板的上下面板进行位置限定，利用液态泡沫的膨胀作用充满型腔。这样的处理有利于获得下面板相互平行、表面平整、各部分厚度一致性高的铝合金夹芯板。而诸如保温发泡的其他类型发泡处理则不能达到上述效果，无法获得表面平整、厚度一致的铝合金夹芯板。此外，限制位置发泡处理还能够使泡沫芯层与铝合金面板产生冶金结合，获得较高的界面结合率，形成强界面结合，有利于使铝合金夹芯板获得优异的力学性能。
在一个实施方案中，步骤(4)的发泡处理中，发泡的温度为约620-640℃，例如为约620、630、640℃。发泡的温度应使得复合板中的芯层可以熔融从而进行发泡，而面板保持不被熔融的状态。过高的发泡温度将使得发泡剂剧烈分解，铝液粘度降低，造成孔结构不均等问题。本发明使用的发泡温度远低于铝合金面板的熔点(645℃以上)，因此在发泡过程中，铝合金面板不会熔融变形，从而有利于获得表面平整的且界面结合强度高的泡沫铝合金夹芯板。
发泡的时间应使得发泡过程可以完成。例如可以为约5-20min，如约11-18min。
在发泡过程中，低熔点芯层在低于预处理的发泡剂分解温度即已完全熔化。气泡形核和长大完全在液相发生，可获得均匀度高的芯层。
在一个优选的实施方案中，在发泡前可以对发泡的模具进行预热。预热的温度例如为约620-640℃，例如约620、630、640℃。
在一个实施方案中，步骤(4)后还包括将包含夹芯板的模具空冷或风冷至常温的步骤。
在一个实施方案中，步骤(4)中所述发泡处理后铝合金芯层的膨胀率为200％-600％，优选300％-520％，例如350％、400％、450％、500％。膨胀率为发泡处理后芯层的高度与发泡处理前芯层的高度的比值。
本发明的方法有助于实现所期望的膨胀率。不会出现由于例如轧制不良的问题而导致无法获得最终期望的膨胀率的产品。
实施方案
1.一种铝合金夹芯板，包含泡沫铝合金芯层和铝合金面板，
其中，所述泡沫铝合金芯层包含
基于泡沫铝合金芯层总重量，
6-11重量％的Si，
0-5重量％的Cu，
0-3重量％的Mn，
0-4重量％的Zn，
0-0.8重量％的Mg，
其余为Al和不可避免的杂质；所述铝合金面板的熔点为645℃以上。
2.第1项的夹芯板，其中，泡沫铝合金芯层包含
基于泡沫铝合金芯层总重量，
7.0-10.7重量％的Si，和/或
0-4.5重量％的Cu，和/或
0-2重量％的Mn，和/或
0-3重量％的Zn，和/或
0-0.6重量％的Mg。
3.第1或2项的夹芯板，其中，泡沫铝合金芯层还包含Ca，基于泡沫铝合金芯层总重量，所述Ca的含量为0.25-3重量％，优选为0.5-2.5重量％；和/或泡沫铝合金芯层还包含Sr，基于泡沫铝合金芯层总重量，所述Sr的含量为40-400ppm。
4.第1-3项之一的夹芯板，其中，泡沫铝合金芯层的熔点为约615℃以下，和/或
铝合金面板的熔点为645-660℃。
5.第1-4项之一的夹芯板，其中，所述泡沫铝合金芯层为多孔结构，所述泡沫铝合金芯层的平均等效孔径为2-8mm，优选为2.5-7.5mm。
6.第1-5项之一的夹芯板，其中，所述泡沫铝合金芯层中所述平均等效孔径±20％范围的孔面积占孔总面积的50％以上，优选60％-85％。
7.第1-6项之一的夹芯板，其中，泡沫铝合金芯层的孔隙率为70-90％，和/或
所述泡沫铝合金芯层的密度为0.27-0.81g/cm3。
8.第1-7项之一的夹芯板，其中所述铝合金面板为3系铝合金或6系铝合金。
9.第1-8项之一的夹芯板，其中所述铝合金夹芯板的厚度为5-35mm。
10.第1-9项之一的夹芯板，其中在所述泡沫铝合金芯层的两侧各设置有铝合金面板，其中所述铝合金面板与所述铝合金芯层为冶金连接。
11.第1-10项之一的夹芯板，其中通过发泡处理获得所述铝合金夹芯板，其中所述发泡的温度高于所述泡沫铝合金芯层的熔点，并且所述发泡的温度低于所述铝合金面板的熔点。
12.第1-11项之一的夹芯板，其中所述泡沫铝合金芯层的预制体通过液相法制备。
13.一种制备第1-12项之一的夹芯板的方法，其包括以下步骤：
(1)制备泡沫铝合金芯层的铝合金熔体，
(2)将所述铝合金熔体浇注至模具成型并保压凝固，以获得泡沫铝合金芯层的预制体，
(3)将预制体与初始铝合金面板轧制复合以获得复合板，
(4)将所述复合板发泡处理；
其中，所述发泡的温度为620-640℃。
14.第13项所述的方法，其中，
所述步骤(1)中包含以下步骤：
(1.1)向所述泡沫铝合金芯层的初始铝合金熔体中加入增粘剂，
(1.2)向步骤(1.1)获得的熔体中加入发泡剂。
15.第14项所述的方法，其中，
在步骤(1.1)中，所述增粘剂为Ca；和/或
在步骤(1.1)中，还包含加入变质剂，所述变质剂为Al-Sr合金，其中基于所述初始铝合金熔体的总重量，所述Sr的含量为40-400ppm。
16.第13-15项之一所述的方法，其中，
所述初始铝合金熔体包含
基于初始铝合金熔体总重量，
6-11重量％的Si，
0-5重量％的Cu，
0-3重量％的Mn，
0-4重量％的Zn，
0-0.8重量％的Mg，
其余为Al和不可避免的杂质。
17.第13-16项之一所述的方法，其中，
在步骤(1.2)中，所述发泡剂为氢化钛，所述氢化钛经过490-540℃的热处理。
18.第13-17项之一的方法，其中，步骤(2)中，所述成型为挤压成型，和/或
所述保压的压力为3-80MPa，优选5-50MPa。
19.第13-18项之一的方法，其中，步骤(3)中所述轧制的总压下率为50％以上，优选50-95％。
20.第13-19项之一的方法，其中，步骤(4)中的所述发泡为限制位置发泡。
21.第13-20项之一的方法，其中，步骤(4)中所述发泡处理后铝合金芯层的膨胀率为200％-600％，优选300％-520％。
有益效果
本发明制备的夹芯板孔尺寸均匀，表面平整、界面结合牢固。具有良好的力学性能。本发明的夹芯板的芯层具有较高的膨胀率和均匀的泡孔结构，从而使得获得的夹芯板具有较高的比强度。使得产品可以满足轻量化的需求。
本发明的夹芯板的制备方法中，通过发泡剂预处理和设计合适成分的低熔点铝合金，在低于面板熔点的恒定温度下进行发泡(限制位置发泡)，低熔点的芯层熔化发泡，而面板熔点高，保持固态，在芯层膨胀作用下逐渐充满模具，直接制备出表面平整的泡沫铝合金夹芯板。
相对于粉末冶金法、钎焊法等制备方法，本发明的方法原料成本低，孔结构均匀度高，界面结合强度好，易于大规模生产，生产效率高。先采用热轧复合形成预制体芯层与面板间形成紧密机械结合，后通过恒定温度下的发泡(限制位置发泡)，使泡沫芯层与面板产生冶金结合，形成强结合界面。本发明的方法中预制体的制备方法可以使得预制体生产周期较低，例如低于8min。轧制复合使得预制体在热轧时产生塑性变形，尺寸进一步增大，能够高效进行大块夹芯板生产。
本发明的方法解决了因发泡剂在加入铝合金熔体后随即开始快速分解导致的预制体中有大量气泡、从而难以进行轧制或再次发泡的缺陷。避免了由于增粘剂的加入造成的铝液粘度大、流动性差，难以铸造成型，冷却后获得的预制体内部也存在大量气泡等缺陷。解决了预制体中固相颗粒和气泡等在轧制时容易产生裂纹，不能跟两侧铝合金面板紧密结合，无法制备大尺寸、孔结构均匀、界面结合力好的泡沫铝合金夹芯板的问题。
实施例
参照下文的实施例进一步详细地描述本发明，但是其并不意图限制本发明的范围。
制备泡沫铝合金芯层的初始铝合金熔体的组成如表1所示。制备铝合金面板的材料如表2所示。
表1
重量％ Si Cu Mn Zn Al
实施例1 9.2 2.2 1 1.5 余量
实施例2 7 4.5 0 1 余量
实施例3 10.7 0 2 2 余量
实施例4 8.4 1.3 0.4 3 余量
实施例5 8.8 3.6 1.3 0 余量
实施例6 7.6 4.1 1.6 0.8 余量
实施例7 10.1 0.6 0.9 1.2 余量
实施例8 9.3 1.7 1.1 1.8 余量
对比例1 7 4.5 0 1 余量
对比例2 7 4.5 0 1 余量
对比例3 7 4.5 0 1 余量
表2
重量％ 铝合金面板
实施例1 6060铝合金
实施例2 6061铝合金
实施例3 6082铝合金
实施例4 3004铝合金
实施例5 6063铝合金
实施例6 3003铝合金
实施例7 3005铝合金
实施例8 6951铝合金
对比例1 6061铝合金
对比例2 6061铝合金
对比例3 6951铝合金复合板<sup>a</sup>
a复合层为10％AA4045
实施例1
1.将粒度为200-300目的氢化钛粉置于坩埚内，放入坩埚炉中升温至510℃，再保温70min，取出空冷至常温，制成发泡剂。
2.将表1所示的用于制备芯层的初始铝合金各组分置于加热炉内的坩埚中，升温使铝合金熔化形成铝合金熔体。在800-1200rpm的搅拌条件下向初始铝合金熔体中加入锶变质剂进行变质处理(锶变质剂为铝锶合金，其中锶含量为铝锶合金总重量的10重量％，锶变质剂的用量为铝合金熔体总重量的50ppm)。将变质处理后的铝合金熔体控制温度在700℃，然后在800-1200rpm搅拌条件下加入增粘剂金属钙，加入量为铝合金熔体总重量的1.5重量％。
3.搅拌均匀后将铝合金熔体的温度控制在650℃、1500-3000rpm的搅拌条件下加入铝合金熔体总重量1.3重量％的发泡剂并持续1500-3000rpm的速度搅拌4min，获得用于制备预制体的铝合金熔体。
4.将模具预热至450℃。将温度为650℃的用于制备预制体的铝合金熔体浇注至模具内。采用挤压铸造的方式使预制体成型，并在50MPa的压力下保压凝固，同时通过冷却水对模具进行冷却。待铝液凝固后，获得板型的预制体。预制体外观如图2所示。
5.将初始铝合金面板的一个侧面打磨去除氧化层形成打磨面。将预制体的表面打磨去除氧化层。将打磨后的初始铝合金面板弯折至垂直截面为U型的面板，且打磨面位于面板内部。将打磨后的预制体置于弯折后的面板内部，使打磨后的预制体表面与面板打磨面贴合，形成夹芯坯料。
6.将夹芯坯料加热至400℃预热，预热时间30min，然后进行多道次轧制复合。第一道次的压下率30％，从第二道次开始压下率15-30％，总压下率50％，制成由外部的热轧铝合金面板及其内部的热轧铝合金芯层组成的复合板。
7.将发泡模具在加热炉内加热至635℃进行预热。然后将复合板放入发泡模具内，控制发泡模具温度为635℃进行限制位置发泡，时间18min。发泡过程中，铝合金芯层熔化并发泡，而铝合金面板维持其原有形状。发泡后的复合板充满发泡模具的内腔，将发泡模具取出风冷或水冷至常温，在发泡模具内获得凝固后的夹芯板。
夹芯板由铝合金面板和泡沫铝合金芯层构成，例如图1所示。铝合金面板和泡沫铝合金芯层冶金结合，铝合金面板分别覆盖在泡沫铝合金芯层的顶面和底面。
实施例1的夹芯板的泡沫铝合金芯层中Si、Cu、Mn、Zn的含量如表1所示，还包含以上加工步骤2-3中引入的50ppm的Sr、1.5重量％的Ca和1.3重量％的Ti，余量为Al。泡沫铝合金芯层的孔隙率84％，密度0.44g/cm3。夹芯板的厚度16mm。平均等效孔径为5.8mm，其中孔径为4.6mm至7.0mm的孔面积占泡沫铝合金芯层孔面积的78％。芯层的膨胀率为500％，截面照片如图3所示。
实施例2
方法同实施例1，不同点在于：
(1)氢化钛粉升温至490℃保温90min；
(2)将变质处理后的铝合金熔体控制温度为660℃。加入增粘剂搅拌均匀后将铝合金熔体的温度控制在660℃。锶变质剂的用量为铝合金熔体总重量的100ppm。增粘剂的加入量为铝合金熔体总重量的0.5重量％。
(3)加入铝合金熔体总重量1.0重量％的发泡剂并持续搅拌6min，获得用于制备预制体的铝合金熔体。
(4)将模具预热至550℃。将温度660℃的用于制备预制体的铝合金熔体浇注至模具内。通过液态铸轧方式，并保压至凝固成型；保压时的压力10MPa。
(5)夹芯坯料加热至410℃预热，轧制复合的第一道次的压下率35％，总压下率50％。
(6)发泡模具在630℃预热；控制发泡模具温度为630℃进行限制位置发泡，时间15min。发泡过程中，铝合金芯层熔化并发泡，而铝合金面板维持其原有形状。
实施例2的夹芯板的泡沫铝合金芯层的孔隙率75％，密度0.68g/cm3；夹芯板的厚度10mm。芯层平均等效孔径为2.6mm，其中孔径为2.1mm至3.1mm的孔面积占泡沫铝合金芯层孔总面积的65％。芯层的膨胀率为315％，截面照片如图4所示。
实施例3
方法同实施例1，不同点在于：
(1)氢化钛粉升温至540℃保温40min；
(2)将变质处理后的铝合金熔体控制温度在750℃；加入增粘剂搅拌均匀后将铝合金熔体的温度控制在620℃。锶变质剂的用量为铝合金熔体总重量的150ppm。增粘剂的加入量为铝合金熔体总重量的2.5重量％。
(3)加入铝合金熔体总重量1.4重量％的发泡剂并持续搅拌3min，获得用于制备预制体的铝合金熔体。
(4)将模具预热至480℃。将温度620℃的用于制备预制体的铝合金熔体浇注至模具内。通过液态模锻方式，并保压至凝固成型；保压时的压力40MPa。
(5)夹芯坯料加热至420℃预热，轧制复合的第一道次的压下率30％，总压下率50％。
(6)发泡模具在620℃预热；控制发泡模具温度为620℃进行限制位置发泡，时间18min。发泡过程中，铝合金芯层熔化并发泡，而铝合金面板维持其原有形状。
实施例3的夹芯板的泡沫铝合金芯层的孔隙率85％，密度0.4g/cm3；铝合金夹芯板的厚度30mm。芯层平均等效孔径为6.9mm，其中5.5mm至8.3mm孔径的孔面积占泡沫铝合金芯层孔总面积的85％。芯层的膨胀率为520％。
实施例4
方法同实施例1，不同点在于：
(1)氢化钛粉升温至510℃保温60min；
(2)将变质处理后的铝合金熔体控制温度在680℃；加入增粘剂搅拌均匀后将铝合金熔体的温度控制在645℃。锶变质剂的用量为铝合金熔体总重量的200ppm。增粘剂为铝合金熔体总重量的2.0重量％。
(3)加入发泡剂并持续搅拌210s，获得用于制备预制体的铝合金熔体。
(4)将模具预热至490℃；将温度645℃的用于制备预制体的铝合金熔体浇注至模具内；保压时的压力20MPa。
(5)夹芯坯料加热至430℃预热，轧制复合的第一道次的压下率40％，总压下率75％。
(6)发泡模具在640℃预热；控制发泡模具温度为640℃进行限制位置发泡，时间17min。发泡过程中，铝合金芯层熔化并发泡，而铝合金面板维持其原有形状。
实施例4的夹芯板的泡沫铝合金芯层的孔隙率81％，密度0.52g/cm3。铝合金夹芯板的厚度25mm。芯层平均孔径为4.4mm，其中3.5mm至5.3mm孔径的孔面积占泡沫铝合金芯层孔总面积的75％。芯层的膨胀率为450％。
实施例5
方法同实施例1，不同点在于：
(1)氢化钛粉升温至530℃保温50min；
(2)将变质处理后的铝合金熔体控制温度在710℃；加入增粘剂搅拌均匀后将铝合金熔体的温度控制在630℃。锶变质剂的用量为铝合金熔体总重量的250ppm。增粘剂为铝合金熔体总重量的1.6重量％。
(3)加入发泡剂并持续搅拌3min，获得用于制备预制体的铝合金熔体。
(4)将模具预热至510℃；将温度630℃的用于制备预制体的铝合金熔体浇注至模具内。通过挤压铸造方式，并保压至凝固成型；保压时的压力30MPa。
(5)夹芯坯料加热至440℃预热，轧制复合的第一道次的压下率35％，总压下率60％。
(6)发泡模具在625℃预热；控制发泡模具温度为625℃进行限制位置发泡，时间14min。发泡过程中，铝合金芯层熔化并发泡，而铝合金面板维持其原有形状。
实施例5的夹芯板的泡沫铝合金芯层的孔隙率83％，密度0.45g/cm3；铝合金夹芯板的厚度22mm。芯层平均等效孔径为6.0mm，其中4.8至7.2mm孔径的孔面积占泡沫铝合金芯层孔总面积的80％。芯层的膨胀率为500％。
实施例6
方法同实施例1，不同点在于：
(1)氢化钛粉升温至490℃保温100min；
(2)将变质处理后的铝合金熔体控制温度在730℃。加入增粘剂搅拌均匀后将铝合金熔体的温度控制在660℃。锶变质剂的用量为铝合金熔体总重量的300ppm。
(3)加入发泡剂并持续搅拌6min，获得用于制备预制体的铝合金熔体。增粘剂为铝合金熔体总重量的1.5重量％。
(4)将模具预热至530℃；将温度660℃的用于制备预制体的铝合金熔体浇注至模具内。通过液态模锻方式保压至凝固成型；保压时的压力15MPa。
(5)夹芯坯料加热至450℃预热，轧制复合的第一道次的压下率40％，总压下率67％。
(6)发泡模具在640℃预热；控制发泡模具温度为640℃进行限制位置发泡，时间11min。发泡过程中，铝合金芯层熔化并发泡，而铝合金面板维持其原有形状。
实施例6的夹芯板的泡沫铝合金芯层的孔隙率77％，密度0.63g/cm3。铝合金夹芯板的厚度8mm。芯层平均等效孔径为3.0mm，其中2.4至3.6mm孔径的孔面积占泡沫铝合金芯层孔总面积的60％。芯层的膨胀率为350％。
实施例7
方法同实施例1，不同点在于：
(1)氢化钛粉升温至500℃保温80min；
(2)将变质处理后的铝合金熔体控制温度在750℃；加入增粘剂搅拌均匀后将铝合金熔体的温度控制在650℃。锶变质剂的用量为铝合金熔体总重量的300ppm。增粘剂为铝合金熔体总重量的1.0重量％。
(3)加入发泡剂并持续搅拌330s，获得用于制备预制体的铝合金熔体。
(4)将模具预热至550℃。将温度650℃的用于制备预制体的铝合金熔体浇注至模具内；保压时的压力5MPa。
(5)夹芯坯料加热至445℃预热，轧制复合的第一道次的压下率45％，总压下率80％。
(6)发泡模具在640℃预热；控制发泡模具温度为640℃进行限制位置发泡，时间13min。发泡过程中，铝合金芯层熔化并发泡，而铝合金面板维持其原有形状。
实施例7的夹芯板的泡沫铝合金芯层的孔隙率78％，密度0.60g/cm3；铝合金夹芯板的厚度17mm。芯层平均等效孔径为3.6mm，其中2.9mm至4.3mm孔径的孔面积占泡沫铝合金芯层孔总面积的70％。芯层的膨胀率为375％。
实施例8
方法同实施例1，不同点在于：
(1)氢化钛粉升温至520℃保温60min；
(2)将变质处理后的铝合金熔体控制温度在750℃；加入增粘剂搅拌均匀后将铝合金熔体的温度控制在640℃。锶变质剂的用量为铝合金熔体总重量的300ppm。增粘剂为金属钙，其中金属钙为铝合金熔体总重量的1.2重量％。
(3)加入发泡剂并持续搅拌5min，获得用于制备预制体的铝合金熔体。
(4)将模具预热至550℃；将温度640℃的用于制备预制体的铝合金熔体浇注至模具内；保压时的压力25MPa。
(5)夹芯坯料加热至435℃预热，轧制复合的第一道次的压下率45％，总压下率67％；
(6)发泡模具在630℃预热；控制发泡模具温度为630℃进行限制位置发泡，时间12min。发泡过程中，铝合金芯层熔化并发泡，而铝合金面板维持其原有形状。
实施例8的夹芯板的泡沫铝合金芯层的孔隙率78％，密度0.60g/cm3；铝合金夹芯板的厚度18mm。芯层平均等效孔径为3.8mm，其中3.1mm至4.6mm孔径的孔面积占泡沫铝合金芯层孔总面积的75％。芯层的膨胀率为375％。
对比例1
方法同实施例1，不同点在于：
(1)氢化钛粉升温至490℃保温90min；
(2)将变质处理后的铝合金熔体控制温度为660℃。加入增粘剂搅拌均匀后将铝合金熔体的温度控制在660℃。锶变质剂的用量为铝合金熔体总重量的100ppm。增粘剂的加入量为铝合金熔体总重量的1.0重量％。
(3)加入铝合金熔体总重量1.2重量％的发泡剂并持续搅拌6min，获得用于制备预制体的铝合金熔体。
(4)将模具预热至550℃。将温度660℃的用于制备预制体的铝合金熔体浇注至模具内。不采用加压凝固手段。步骤(4)后发现获得的预制体表面极为不平整，不能直接用于轧制复合。
(5)使用铣床将预制体表面整平后制备复合板。预制体轧制过程中发现预制体凸起部分内部存在大量小气泡缺陷。夹芯坯料加热至410℃预热，轧制复合的第一道次的压下率30％，发现复合板的预制体中心部出现40mm长的裂纹，不能进一步轧制。
对比例2
方法同实施例1，不同点在于：
(1)氢化钛粉升温至490℃保温90min；
(2)将变质处理后的铝合金熔体控制温度为660℃。加入增粘剂搅拌均匀后将铝合金熔体的温度控制在660℃。锶变质剂的用量为铝合金熔体总重量的100ppm。增粘剂的加入量为铝合金熔体总重量的0.5重量％。
(3)加入铝合金熔体总重量1.2重量％的发泡剂并持续搅拌6min，获得用于制备预制体的铝合金熔体。
(4)将模具预热至550℃。将温度660℃的用于制备预制体的铝合金熔体浇注至模具内。通过液态铸轧方式，并保压至凝固成型；保压时的压力10MPa。
(5)夹芯坯料加热至410℃预热，轧制复合的第一道次的压下率35％，总压下率50％。
(6)不采用限位发泡，将预制体放置在预热后的钢制底板表面。
钢制底板在680℃预热；控制发泡炉温度为680℃进行保温发泡，时间10min。发泡过程中，铝合金芯层熔化并发泡，铝合金面板也发生熔化变形，制得夹芯板上表面凸起，两侧坍塌。且面板与芯材熔合，不能维持上下面板平行且厚度相同。
对比例3
对比例3采用焊接的方法制备铝合金夹芯板。具体地，根据表1中的组分，采用常规的发泡方法制备泡沫铝合金芯材，并对获得的泡沫铝合金芯材进行切割。随后提供铝合金复合面板，并在面板待焊合面涂敷助钎剂(NocolockTM)，在氮气保护的条件下，于595-610℃的温度下对泡沫铝合金芯材和铝合金复合面板进行钎焊，以使两者结合并形成铝合金夹芯板。钎焊结束后冷却样品，即可获得对比例3的铝合金夹芯板。
实验例
铝合金夹芯板的金相显微镜图片
仪器：nikon LV150N金相显微镜
检测条件：使用nikon LV150N金相显微镜，在100倍的放大条件下，观测铝合金夹芯板中芯材合金和铝合金面板的接触界面。
取实施例1和对比例3的铝合金夹芯板，分别使用金相显微镜观测其芯材合金与铝合金面板的接触界面，从而获得图5(实施例1的铝合金夹芯板)和图6(对比例3的铝合金夹芯板)所示的金相显微镜图片。其中图5示出了在本发明的泡沫铝合金夹芯板中，铝合金面板2与泡沫芯层1完全结合，界面结合率为99％以上；而在对比例3的铝合金夹芯板中，铝合金面板与钎焊层连接，泡沫芯层与钎焊层的结合率较低，不足20％。
综上所述，实施例1-8的夹芯板的芯层具有期望的孔隙率、密度和厚度。芯层孔均匀，平均等效孔径±20％范围的孔面积占孔总面积的60％以上。芯层的膨胀率均为300％以上。泡沫铝合金芯层与铝合金面板的界面结合率为95％以上。
对比例1的样品没有使用保压凝固，预制体内有大量小气泡，且难以进一步轧制。
对比例2不采用限制位置发泡，且使用680℃的发泡温度进行保温发泡，获得的样品中面板与芯材熔合且夹芯板上表面凸起，两侧坍塌，无法获得具有良好膨胀率和可使用性的成品。
对比例3不采用限制位置发泡，通过钎焊的方式使铝合金芯层与铝合金面板连接，芯材与面板的界面结合率不足20％，无法获得良好的力学性能，不利于铝合金夹芯板的进一步加工及应用。
由此可见，在本发明的制备铝合金夹芯板的方法中，使用保压凝固以及限制位置发泡对于获得表面平整、厚度一致且具有良好的孔结构及膨胀率的铝合金夹芯板是重要的。保压凝固有助于减少预制体中的小气泡，有助于后续的轧制，并获得具有良好孔隙率、密度和厚度的铝合金夹芯板。限制位置发泡则有助于获得具有良好膨胀率的铝合金夹芯板。
虽然本发明已阐述并描述了典型的实施方案，但本发明并不限于所述细节。由于各种可能的修改和替换没有背离本发明的精神，本领域技术人员可使用常规试验能够想到的本发明的变型和等同物，因此所有这些变型和等同物都落入由权利要求书所定义的本发明的精神和范围内在实施方案中详细地描述本发明。但是本领域技术人员能够明显地修饰或改变实施方案而不偏离本发明的精神。所有的修饰和改变都落入本申请所附的权利要求的范围内。

Claims (29)

1.一种制备铝合金夹芯板的方法，其包括以下步骤：
(1) 制备泡沫铝合金芯层的铝合金熔体，
(2) 将所述铝合金熔体浇注至模具成型并保压凝固，以获得泡沫铝合金芯层的预制体，
(3) 将预制体与初始铝合金面板轧制复合以获得复合板，
(4) 将所述复合板发泡处理；
其中，所述发泡的温度为620-640 oC；
所述初始铝合金熔体包含
基于初始铝合金熔体总重量，
6-11重量%的Si，
0-5重量%的Cu，
0-3重量%的Mn，
0-4重量%的Zn，
0-0.8重量%的Mg，
其余为Al和不可避免的杂质；
其中，步骤(4)中的所述发泡为限制位置发泡；其中，使用发泡的模具对复合板的上下面板进行位置限定，利用液态泡沫的膨胀作用充满型腔；
泡沫铝合金芯层与铝合金面板的界面结合率为95%以上。
2.权利要求1所述的方法，其中，
所述步骤(1)中包含以下步骤：
(1.1) 向所述泡沫铝合金芯层的初始铝合金熔体中加入增粘剂，
(1.2) 向步骤(1.1)获得的熔体中加入发泡剂。
3.权利要求2所述的方法，其中，
在步骤(1.1)中，所述增粘剂为Ca；和/或
在步骤(1.1)中，还包含加入变质剂，所述变质剂为Al-Sr合金，其中基于所述初始铝合金熔体的总重量，所述Sr的含量为40-400 ppm；和/或
在步骤(1.2)中，基于初始铝合金熔体的总重量，所述发泡剂的含量为1.0-1.5重量%。
4.权利要求2-3之一所述的方法，其中，
在步骤(1.2)中，所述发泡剂为氢化钛，所述氢化钛经过490-540 oC的热处理。
5.权利要求1-3之一的方法，其中，步骤(2)中，
所述成型为挤压成型，和/或
所述保压的压力为3-80 Mpa。
6.权利要求5的方法，其中，步骤(2)中，
所述保压的压力为5-50 MPa。
7.权利要求1-3之一的方法，其中，
步骤(3)中所述轧制的总压下率为50%以上。
8.权利要求7的方法，其中，
步骤(3)中所述轧制的总压下率为50-95%。
9.权利要求1-3之一的方法，其中，步骤(4)中所述发泡处理后铝合金芯层的膨胀率为200%-600%。
10.权利要求9的方法，其中，步骤(4)中所述发泡处理后铝合金芯层的膨胀率为300%-520%。
11.一种铝合金夹芯板，其通过权利要求1-10之一的方法制备。
12.权利要求11的夹芯板，其中，
所述铝合金夹芯板包含泡沫铝合金芯层和铝合金面板，
包含泡沫铝合金芯层和铝合金面板，
其中，所述泡沫铝合金芯层包含
基于泡沫铝合金芯层总重量，
6-11重量%的Si，
0-5重量%的Cu，
0-3重量%的Mn，
0-4重量%的Zn，
0-0.8重量%的Mg，
其余为Al和不可避免的杂质；
所述铝合金面板的熔点为645oC以上。
13.权利要求12的夹芯板，其中，泡沫铝合金芯层包含
基于泡沫铝合金芯层总重量，
7.0-10.7重量%的Si，和/或
0-4.5重量%的Cu，和/或
0-2重量%的Mn，和/或
0-3重量%的Zn，和/或
0-0.6重量%的Mg。
14.权利要求11-13之一的夹芯板，其中，泡沫铝合金芯层还包含Ca，基于泡沫铝合金芯层总重量，所述Ca的含量为0.25-3重量%，和/或
泡沫铝合金芯层还包含Sr，基于泡沫铝合金芯层总重量，所述Sr的含量为40-400 ppm；和/或
泡沫铝合金芯层还包含Ti，基于泡沫铝合金芯层总重量，所述Ti的含量为1.0-1.5重量%。
15.权利要求14的夹芯板，其中，
基于泡沫铝合金芯层总重量，所述Ca的含量为0.5-2.5重量%。
16.权利要求11-13之一的夹芯板，其中，
泡沫铝合金芯层与铝合金面板的界面结合率为95%以上。
17.权利要求16的夹芯板，其中，
泡沫铝合金芯层与铝合金面板的界面结合率为99%以上。
18.权利要求17的夹芯板，其中，
泡沫铝合金芯层与铝合金面板的界面结合率为100%。
19.权利要求11-13之一的夹芯板，其中，
泡沫铝合金芯层的熔点为615 oC以下，和/或
铝合金面板的熔点为645-660oC。
20.权利要求11-13之一的夹芯板，其中，
所述泡沫铝合金芯层为多孔结构，所述泡沫铝合金芯层的平均等效孔径为2-8 mm。
21.权利要求20的夹芯板，其中，
所述泡沫铝合金芯层的平均等效孔径为2.5-7.5 mm。
22.权利要求11-13之一的夹芯板，其中，
所述泡沫铝合金芯层中所述平均等效孔径±20%范围的孔面积占孔总面积的50%以上。
23.权利要求22的夹芯板，其中，
所述泡沫铝合金芯层中所述平均等效孔径±20%范围的孔面积占孔总面积的60%-85%。
24.权利要求11-13之一的夹芯板，其中，
泡沫铝合金芯层的孔隙率为70-90%，和/或
所述泡沫铝合金芯层的密度为0.27-0.81 g/cm3。
25.权利要求11-13之一的夹芯板，其中，
所述铝合金面板为3系铝合金或6系铝合金。
26.权利要求11-13之一的夹芯板，其中，
所述铝合金夹芯板的厚度为5-35mm。
27.权利要求11-13之一的夹芯板，其中，
在所述泡沫铝合金芯层的两侧各设置有铝合金面板，其中所述铝合金面板与所述铝合金芯层为冶金连接。
28.权利要求11-13之一的夹芯板，其中，
通过发泡处理获得所述铝合金夹芯板，其中所述发泡的温度高于所述泡沫铝合金芯层的熔点，并且所述发泡的温度低于所述铝合金面板的熔点。
29.权利要求11-13之一的夹芯板，其中，
所述泡沫铝合金芯层的预制体通过液相法制备。
CN202110280189.4A 2020-03-16 2021-03-16 一种铝合金夹芯板及其制备方法 Active CN113400742B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010181212 2020-03-16
CN202010181212X 2020-03-16

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113400742A CN113400742A (zh) 2021-09-17
CN113400742B true CN113400742B (zh) 2023-03-17

Family

ID=77677689

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110280189.4A Active CN113400742B (zh) 2020-03-16 2021-03-16 一种铝合金夹芯板及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113400742B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115366502B (zh) * 2022-09-01 2024-04-12 燕山大学 一种具有自熔合层状微结构的热传输复合铝板及制备方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105835292A (zh) * 2016-04-27 2016-08-10 山东大学 一种发泡倍率高、表面无泡痕的微孔发泡注塑工艺

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4426627C2 (de) * 1993-07-29 1997-09-25 Fraunhofer Ges Forschung Verfahren zur Herstellung eines metallischen Verbundwerkstoffes
CN101905326B (zh) * 2010-07-22 2012-09-26 东北大学 一种泡沫铝夹心板制备方法
EP3100803B1 (de) * 2015-06-03 2020-07-15 Havel metal foam GmbH Verfahren und vorrichtung zur herstellung von metallschaumverbundkörpern
CN105642671A (zh) * 2016-01-11 2016-06-08 昆明理工大学 一种铝合金泡沫芯三明治板的制备方法
CN108326044B (zh) * 2018-01-10 2020-04-07 东北大学 一种液相混合轧制包覆制备泡沫铝夹芯板的方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105835292A (zh) * 2016-04-27 2016-08-10 山东大学 一种发泡倍率高、表面无泡痕的微孔发泡注塑工艺

Also Published As

Publication number Publication date
CN113400742A (zh) 2021-09-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109175350B (zh) 一种用于增材制造的Al-Mg-Mn-Sc-Zr铝合金粉末及其制备方法
WO2019223022A1 (zh) 一种工业用大尺寸泡沫铝夹芯板的制备方法
CN106944623B (zh) 泡沫铝夹芯复合结构的制备方法
EP2289641B1 (en) Method of co-extrusion of metal products and die set for carrying out the method
CN103194630A (zh) 高体积分数SiCp/Al复合材料的制备方法
CN110711862B (zh) 一种6系铝合金的3d打印专用合金的制备方法
CN113400742B (zh) 一种铝合金夹芯板及其制备方法
CN104313414A (zh) 铝镁合金及其板材的制备方法
CN108326044B (zh) 一种液相混合轧制包覆制备泡沫铝夹芯板的方法
CN109202062B (zh) 一种用于增材制造的Al-Mg-Li-Sc-Zr铝合金粉末及其制备方法
CN100563874C (zh) 用于制备均匀孔结构泡沫铝合金异型件的方法
CN111926225A (zh) 一种耐腐蚀性航空用铝合金板材及其制备方法
CN109763041A (zh) 一种1xxx/5xxx铝合金复合材料及其制备方法
CN103255323B (zh) 一种Al-Mg-Zn-Cu合金及其制备方法
CN101280400A (zh) 用作电子产品外壳件的高强度铝合金的制法
CN107937764A (zh) 一种液态模锻高强韧铝合金及其液态模锻方法
CN111842898B (zh) 一种制备泡沫铝的粉末冶金扩散法及由此制得的泡沫铝和三明治泡沫铝板
CN107552766A (zh) 一种高强度汽车底盘安保铝合金铸件低压铸造工艺
CN111511488B (zh) 在液浴中使金属发泡的方法
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
CN115044842B (zh) 一种制备高比刚度铝碳化硅结构件的生产系统
CN113913650B (zh) 铝合金及其制备方法、压铸件
CN112941358B (zh) 一种石墨烯增强Mg-Al-Zn合金的制备方法
JP3981505B2 (ja) 深絞り加工用アルミニウム合金軟質板の製造方法
CN104772448B (zh) 一种泡沫金属材料分层浇铸‑整体成型设备及方法

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
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant