[发明专利]一种具有梯度界面的泡沫铝夹心板的制造方法

说明书

技术领域

本发明属于多孔金属材料及层状复合材料技术领域，特别涉及一种具有梯度界面的泡沫铝夹心板及其制造方法。

背景技术

泡沫铝夹心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。泡沫铝夹心板具有低比重、高比刚度、抗冲击、振动阻尼性能好以及电磁屏蔽等优异的综合性能，因此在汽车、轨道列车、建筑、电子和国防军工领域具有广阔的应用前景，可满足各领域对材料提出的轻量化和多功能化的迫切需求。泡沫铝夹心板常用的制备方法有：泡沫铝与面板胶粘复合工艺、泡沫铝与面板钎焊复合工艺、粉末冶金泡沫铝预制件与金属板(或金属管)轧制复合并发泡成型的工艺。前两种技术属于后复合工艺，可选用任意方式生产的泡沫铝材进行复合。后一种工艺属于原位复合工艺，是基于粉末冶金发泡工艺，将铝粉与发泡剂粉末的混合粉末装入金属管或金属包套中轧制成可发泡预制件板，然后加热发泡得到泡沫铝夹心板(CN101905326B，CN1189315C)；也可将混合粉末预紧实制成预制件板，与金属面板热压复合，加热发泡制成泡沫铝夹心板(CN102390135B)。

上述几种技术显著的共同特点是：(1)须使用金属板或金属管，一般使用市售成品板材或管材，选材受到市场限制；(2)面板与泡沫铝芯层的界面结合依赖于复合工艺，获得高强度结合具有较大的工艺难度；(3)多数情况下面板与泡沫铝的成份不一致，在应用过程中存在持续的机械载荷或热载荷时泡沫-面板界面容易产生应力集中，严重时导致夹心板破坏，缩短夹芯板的使用寿命；(4)复合前一般需要对界面进行清洁处理，工序较为复杂，也增加了制造成本。制造面板-泡沫层间界面成分连续过渡的可发泡的夹心板预制件是进一步提高泡沫-面板结合质量、提高夹心板使用寿命、缩短制造工序流程和降低成本的有效技术途径。

在传统颗粒增强或纤维增强金属基复合材料中，为了最大程度发挥高强度高模量颗粒或纤维的强化作用，载荷应当在增强相与基体之间实现良好的传递，界面应具备较高的结合强度，避免脱开破坏。泡沫铝夹心板是由泡沫铝和致密金属板制成的层状复合材料，与金属基复合材料相似，层间界面也是主导复合材料性能的关键要素之一。当夹心板受到外加机械载荷时，载荷通过界面在面板与泡沫铝之间传递，从而最大程度地发挥泡沫铝的比刚度和比强度优势。采用现有技术制造的泡沫铝夹心板都存在明显的界面，界面两侧结构与成分不连续，当施加机械载荷时界面应力不均匀或应力集中，容易造成界面脱粘或者界面附近泡沫铝的剪切和撕裂破坏。本发明的泡沫铝夹心板具有梯度界面结构，在面板过渡至泡沫铝的界面区域内泡孔的数量逐渐增加，尺寸逐渐增大，成分和结构都呈现连续过渡。这种过度界面可以有效传递载荷，而避免界面应力集中造成界面脱粘或界面附近泡沫铝发生过早失效，因此夹心板具有更高的服役寿命。

发明内容

本发明针对现有泡沫铝夹心板的不足，提供了一种具有梯度界面的泡沫铝夹心板及其制备方法，该泡沫铝夹心板由上下两层金属面板和中间的泡沫铝芯层构成，泡沫铝的基材为纯铝或铝合金，面板为铝、铝合金、钢、钛、钛合金中的一种，面板与泡沫芯层之间不存在清晰界面，为一定厚度的梯度界面区域，该界面区域内成分和结构连续过渡。

所述泡沫铝夹心板的厚度为10.6mm～92mm，泡沫铝芯层的厚度为9mm～80mm，单侧面板的厚度为0.8mm～6mm。

一种具有梯度界面的泡沫铝夹心板的制造方法，包括如下步骤：

(1)铝粉或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，混料时长为8～24小时，其中，铝粉或铝合金粉的质量分数为98％～99.5％，氢化钛粉的质量百分数为0.5％～2％；

(2)根据泡沫铝夹心板的成分设计和结构设计，按照下述公式分别计算面板、泡沫铝芯层分别占据夹心板的质量分数：

m_面％＝D_面×ρ_面/(D_面×ρ_面+D_芯×ρ_芯)

m_芯％＝D_芯×ρ_芯/(D_面×ρ_面+D_芯×ρ_芯)

其中：m％、D和ρ分别为质量分数、厚度和密度，“面”和“芯”分别代表面板和泡沫芯层；按照计算的质量分数分别称取相应重量的面板合金粉末和泡沫铝芯层的混合粉末；