[发明专利]一种泡沫铝-波纹板复合夹层板及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于超轻多孔金属材料技术领域，具体涉及一种泡沫铝-波纹板复合夹层板及其制备方法。

背景技术

超轻多孔金属材料是近些年来随着材料制备以及机械加工技术的迅速发展而出现的一类新型多功能材料，具有结构功能一体化的特征。其芯体具有高孔隙率，其微结构按规则程度可分为无序和有序两大类，前者包括闭孔泡沫铝材料，而后者包括二维点阵材料(如波纹结构)与三维桁架结构(如金字塔结构、四面体结构)。

泡沫金属具备孔隙率高的特点，有优良的吸能、吸声、隔热、减震性能，但因为制备中不可避免产生的孔结构缺陷，其强度和刚度都比较低。点阵金属夹层板的比强度和比刚度高，作为结构材料优势明显，但其芯体或者节点往往容易在较低的应变时就达到应力峰值，继而软化失效。将二者复合，可以实现两种材料优势性能的整合，弥补各自力学性能的不足，从而获得力学性能大幅提升的新型复合结构。

现有的泡沫铝-波纹板复合夹层板的制备方法，采用胶粘的方法实现了点阵材料和泡沫铝的复合。但是，受胶粘强度的限制，所制得的复合材料在承载过程中往往会发生脱粘、脱焊等现象，影响其整体力学性能。而且现有制备方法工艺比较繁琐，且对泡沫铝切割精度要求较高，总体制造成本较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种泡沫铝-波纹板复合夹层板及其制备方法，将泡沫铝在波纹夹层板中原位发泡形成冶金结合界面，从而改善整体力学性能，获得多功能的泡沫铝-波纹板复合夹层板。

为达到上述目的，本发明的制备方法如下：

1)首先，将平整过的金属板材采用模压或折叠技术制成波纹芯体；采用钎焊或激光焊将波纹芯体与面板焊接制成波纹板；

2)其次，将基体粉料和发泡剂放入混料机混合均匀，得到混合好的粉料；其中，基体粉料和发泡剂的质量比为98～99.8：0.2～2；

3)接着，通过粉末连续挤压工艺，控制挤压比大于10，将混合好的粉料挤压成初步的坯料；然后将该坯料放入模具压制得到可发泡预制体；其中，基体粉料的质量为可发泡预制体总质量的98％～99.8％；

4)再次，将可发泡预制体填入波纹板中后放入气氛炉中发泡；以30～120℃/min的加热速度将温度自室温升高到基体粉料的熔点以上30～60℃，并保温5～30min，待预制体膨胀形成完全充满于波纹板孔隙的泡沫铝后，采用冲击射流的方式冷却泡沫铝，得到泡沫铝-波纹板复合夹层板。

将波纹芯体与面板焊接前清洗掉波纹芯体和面板上的油污和锈迹；所述的金属板材的材质为碳钢、不锈钢、镍合金或钛合金。

所述的基体粉料为纯铝粉、铝硅合金、铝合金粉或铝粉与硅粉的混合物，其中铝粉与硅粉的混合物中硅粉的质量分数为6％～12.5％。

所述基体粉料粒度为40～150微米。

所述铝硅合金具体为AlSi6、AlSi7或AlSi12.5；铝合金粉具体为AlSi₇Mg或AA6061。

基体粉料为工业纯铝粉时，加热到690～730℃之间，基体粉料为AlSi6时，加热到610～650℃之间，基体粉料为AlSi7时，加热到610～650℃之间，基体粉料为AlSi12时，加热到610～660℃之间，基体粉料为AlSi₇Mg时，加热到610～650℃，基体粉料为AA6061时加热到650～710℃之间。

所述发泡剂为氢化钛，粒度为50～200微米；所述的粉末连续挤压工艺所得可发泡预制体密实度不低于99％，模压压强为150～350MPa。

将所述可发泡预制体填入波纹板中前，将波纹板与可发泡预制体进行酸碱洗以去除其表面氧化膜并干燥；所述的可发泡预制体的形状为丝状、圆柱状或者截面为多边形的柱状体。

所述的气氛炉中的保护气体为氮气或者氩气。

一种制备的泡沫铝-波纹板复合夹层板，该复合夹层板由波纹芯体与面板制成的波纹夹层板以及间隔性填充在波纹芯体的孔隙中的泡沫铝组成。