[发明专利]金属蜂窝结构及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及包含至少两个金属构件的复合金属结构，所述金属构件在钎焊操作中通过金属波纹夹芯(metallic corrugated sandwich core)至少部分彼此固定。此外，本发明涉及这种金属蜂窝结构的制造方法。

背景技术

在下文中将会明了的是，除非另作说明，铝合金牌号和状态代号(temper designations)是指由美国铝业协会(Aluminum Association)在2010年出版的“Aluminum Standards and Data and the Registration Records”中的“Aluminum Association designations”，这也是本领域技术人员所公知的。

除非另作说明，对于合金组成或优选合金组成的任何描述而言，所指的百分数均为重量百分数。

具有固有开放式芯(例如蜂窝芯)的夹层(sandwich)组件本身是已知的，并用于多个领域中。它们被用于例如：建造用于航空航天旅行、海运的交通工具；以及建造机动车及铁路。该组件最重要的优势之一在于比强度和比刚度与重量的比值非常高。

按照由两个金属构件形成的表层支持物(skin support)的类型进行分组，可将夹芯材料区分为两个主要的组，即均质芯(homogeneous cores)和结构芯(structured cores)。均质芯材涉及发泡材料。而结构芯材是由形成孔结构的波纹材料制成的，可再分为两个主要的组(即：孔开口大体朝向面内方向的波纹芯类型以及孔开口大体朝向面外方向的波纹芯类型)，并为表层提供了双向支持，还提供了高的面外压缩性质。

尽管人造蜂窝结构可采用许多其它配置，孔开口朝向面外方向的波纹芯类型通常被称为蜂窝结构，该名称来源于它与蜜蜂的蜂窝(一种六角形板结构)的视觉相似性。然而在本领域中，孔开口大体朝向面内方向的波纹芯类型也经常被称为蜂窝结构。

孔开口朝向面外方向的波纹芯类型可由多种材料制成，例如：由纸或热塑性塑料制成，满足低负载应用中的低强度及低刚度；或由铝或纤维增强塑料制成，满足高性能应用中的高强度及高刚度。

纤维增强塑料芯的实例在欧洲专利文件EP-2266784-A1(2010年12月29日公开)中已知用于飞行器(aircraft)或直升机，该文件还公开了具有三维弧形形状的预制体的生产，包括预制体的浸渍、将预制体与蜂窝芯靠拢、并将预制体和蜂窝芯共同硬化。

利用胶粘剂粘合的全金属蜂窝结构的实例已知于美国专利文件US-4,025,681(1977年5月24日公告)。在蜂窝结构的生产中使用胶粘剂存在若干缺点。这会造成蜂窝结构生产中使用若干额外的加工步骤，包括对金属表面进行多种化学预处理的步骤。非常重要的是，尤其是考虑到相对低温的玻璃化转变温度，胶粘剂的使用限制了可安全使用该蜂窝结构的温度上限。并且，具有一些潮气或其它液体的操作环境可导致所施用的胶粘剂被削弱或软化，并由此导致芯与金属构件之间的粘合强度被削弱或软化。此外，由于胶粘剂粘合作用随时间减弱，胶粘剂强度的耐久性是有限的。

孔开口朝向面内方向的波纹芯类型的实例已知于美国专利文件US-2003/0223922-A1(2003年12月4日公开)，该文件公开了用于制造催化剂转化器的金属蜂窝芯主体的方法和结构。

这种排列的另一个实例已知于美国专利文件US-2004/0217149-A1(2004年11月4日公开)。通过需要施用粉状钎焊材料的钎焊工艺将已知的蜂窝结构连接到表层支持材料，所述钎焊材料小于形成该蜂窝结构一部分的波纹膜波高的15％。

由于蜂窝夹层材料出色的单位重量性能，它们能够节约重量和成本，但这种节约必须与生产蜂窝芯中相对较高的成本以及整个生产的复杂性达到平衡。在不损害复合金属结构完整性的情况下，对低成本、简化生产方法以及高生产力存在一定需求。

附图说明

图1显示了包含两个金属构件的完整复合结构的实施方式，所述金属构件在钎焊操作中通过由钎焊板制成的金属波纹夹芯彼此固定；为简化该附图，图1省略了显示钎焊板上的包覆层(clad layers)的细节。

图2显示了与两个金属构件连接之前的钎焊板的波纹芯；这显示了该金属波纹钎焊板包含铝芯层，该铝芯层两侧都包覆有铝钎焊包覆层。

图3显示了完整复合结构的另一个实施方式，该复合结构包含位于两个金属构件内侧上的包覆层，所述金属构件通过波纹板的芯固定在一起。

发明内容