专利名称：一种点阵-梯度泡沫铝复合材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种金属-泡沫复合材料及其制备方法，具体涉及一种点阵-梯度泡沫铝复合材料及其制备方法。
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颖多功能材料，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)。目前，通常的多孔金属夹层板多为泡沫铝或波纹等单一结构，仅具备单种功能，或单种功能较强而其它功能弱化，如闭孔硬质泡沫铝作芯材的主要优点是具有冲击能量吸收率高、隔振及隔音等特性，但同时具有结构刚度和强度均比点阵结构芯材低，横向抗剪切强度及承载能力较低等缺点，这严重限制了泡沫芯夹层结构在主结构上的应用。点阵金属夹层板横向抗剪切强度及承载能力较高，但耗能性能较差。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种将点阵金属和泡沫铝相结合，从而发挥各自的优势，通过复合的方式实现各自功能优势集成，实现多种功能融合于一身的点阵-梯度泡沫铝复合材料及其制备方法。为达到上述目的，本发明的制备方法如下1)首先，将冲孔菱形网、平整过的钢板网、铝板网或其它金属材质的网板采用模压、折叠技术形成金字塔结构芯体，然后将形成的金字塔结构芯体和面板清洗去除油污和锈迹，采用钎焊或激光焊将金字塔结构芯体与面板焊接制成金字塔结构点阵金属夹层板；或者首先将平整过的钢板、铝板或其它金属板材采用模压、折叠技术形成波纹结构芯体，然后将形成的波纹结构芯体和面板清洗去除油污和锈迹，采用钎焊或激光焊将波纹芯体与面板焊接制成波纹结构点阵金属夹层板；2)然后，根据金字塔结构芯体或波纹结构芯体中孔的空间尺寸，采用切割机将块状泡沫铝切割成与金字塔结构芯体或波纹结构芯体中孔的空间尺寸相适应的三角棱柱或者梯形棱柱；3)最后，在三角棱柱或者梯形棱柱与金字塔结构芯体或波纹结构芯体接触面上均勻涂覆一层胶粘剂，然后将三角棱柱或者梯形棱柱插入金字塔结构点阵金属夹层板或波纹结构点阵金属夹层板的孔中，插入方式采用间隔性填充，静置或于40 60°C烘箱中固化， 得到点阵-梯度泡沫铝复合材料。本发明所制备的点阵-梯度泡沫铝复合材料在垂直面板方向呈几何梯度分布。所述的泡沫铝为泡沫纯铝或泡沫铝合金。所述的胶粘剂为聚氨酯或环氧树脂类。
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所述的菱形网的材质为碳钢、不锈钢、纯铝、铝合金或钛合金。按本发明的制备方法制成的点阵-梯度泡沫铝复合材料，由金字塔结构芯体与面板构成的金字塔结构点阵金属夹层板以及间隔性填充在该金字塔结构点阵金属夹层板的金字塔结构芯体的孔内的泡沫铝；或由波纹芯体与面板制成的波纹结构点阵金属夹层板以及间隔性填充在该波纹结构点阵金属夹层板的波纹结构芯体的孔中的泡沫铝。本发明应用点阵金属优异的力学性能以及泡沫的隔声、吸能、减震的各自优势，将两种结构复合可以结合两者的优点，实现多功能的耦合，获得综合性能更加优异的结构功能一体化材料。梯度结构的设计在冲击防护中可以获得应用，在低速冲击下，对于同一结构，冲击方向(即梯度系数的正负)对其能量吸收特性的影响可以忽略。但是随着冲击速度的增加，通过改变梯度系数的大小和正负，可以控制材料的能量吸收，将薄弱层排布在冲击端可以有效降低初始应力峰值。另外具有更大程度减轻结构重量的作用，同时多余的孔隙结构也有利于进一步的功能复合。与蜂窝结构相比，本发明具有通孔结构，更便于与泡沫的复合，剩余孔隙更利于进一步进行其它多功能复合，具有更低的成本。
图1波纹-梯度泡沫夹层板的结构示意图；图2金字塔-梯度泡沫夹层板的结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。实施例1 :1)首先，将碳钢冲孔菱形网采用模压、折叠技术形成金字塔结构芯体1， 然后将形成的金字塔结构芯体1和面板2清洗去除油污和锈迹，采用钎焊将金字塔结构芯体1与面板2焊接制成金字塔结构点阵金属夹层板；2)然后，根据金字塔结构芯体1中孔4的空间尺寸，采用切割机将块状泡沫纯铝切割成与金字塔结构芯体1中孔4的空间尺寸相适应的三角棱柱或者梯形棱柱5 ；3)最后，在三角棱柱或者梯形棱柱5与金字塔结构芯体1接触面上均勻涂覆一层铸工胶，然后将三角棱柱或者梯形棱柱5插入金字塔结构点阵金属夹层板的孔4中，参见图 2，插入方式采用间隔性填充，静置或于40 60°C烘箱中固化，得到在垂直面板方向呈几何梯度分布的点阵-梯度泡沫铝复合材料。其中金字塔点阵的相对密度为1 10%，泡沫铝密度0. 1 0. 54g/cm3，孔隙率80 95%。实施例2 1)首先，将平整过的钢板网采用模压、折叠技术形成金字塔结构芯体1，然后将形成的金字塔结构芯体1和面板2清洗去除油污和锈迹，采用激光焊将金字塔结构芯体1与面板2焊接制成金字塔结构点阵金属夹层板；2)然后，根据金字塔结构芯体1中孔4的空间尺寸，采用切割机将块状泡沫铝合金切割成与金字塔结构芯体1中孔4的空间尺寸相适应的三角棱柱或者梯形棱柱5 ；3)最后，在三角棱柱或者梯形棱柱5与金字塔结构芯体1接触面上均勻涂覆一层乐泰胶，然后将三角棱柱或者梯形棱柱5插入金字塔结构点阵金属夹层板的孔4中，参见图2，插入方式采用间隔性填充，静置或于40 60°C烘箱中固化，得到在垂直面板方向呈几何梯度分布的点阵-梯度泡沫铝复合材料。其中金字塔点阵的相对密度为1 10%，泡沫铝密度0. 54 0. 81g/cm3，孔隙率70 80%。实施例3 1)首先将平整过的钢板采用模压、折叠技术形成波纹结构芯体3，然后将形成的波纹结构芯体3和面板2清洗去除油污和锈迹，采用钎焊或激光焊将波纹芯体3 与面板2焊接制成波纹结构点阵金属夹层板；2)然后，根据波纹结构芯体3中孔4的空间尺寸，采用切割机将块状泡沫纯铝切割成与波纹结构芯体3中孔4的空间尺寸相适应的三角棱柱或者梯形棱柱5 ；3)最后，在三角棱柱或者梯形棱柱5与波纹结构芯体3接触面上均勻涂覆一层铸工胶，然后将三角棱柱或者梯形棱柱5插入波纹结构点阵金属夹层板的孔4中，参见图1， 插入方式采用间隔性填充，静置或于40 60°C烘箱中固化，得到在垂直面板方向呈几何梯度分布的点阵-梯度泡沫铝复合材料。其中波纹芯体的相对密度为1 15%，泡沫铝密度 0. 1 0. 54g/cm3，孔隙率 80 95%。实施例4 1)首先将平整过的铝板采用模压、折叠技术形成波纹结构芯体3，然后将形成的波纹结构芯体3和面板2清洗去除油污和锈迹，采用钎焊或激光焊将波纹芯体3 与面板2焊接制成波纹结构点阵金属夹层板；2)然后，根据波纹结构芯体3中孔4的空间尺寸，采用切割机将块状泡沫铝合金切割成与波纹结构芯体3中孔4的空间尺寸相适应的三角棱柱或者梯形棱柱5 ；3)最后，在三角棱柱或者梯形棱柱5与波纹结构芯体3接触面上均勻涂覆一层乐泰胶，然后将三角棱柱或者梯形棱柱5插入波纹结构点阵金属夹层板的孔4中，参见图1， 插入方式采用间隔性填充，静置或于40 60°C烘箱中固化，得到在垂直面板方向呈几何梯度分布的点阵-梯度泡沫铝复合材料。其中波纹芯体的相对密度为1 15%，泡沫铝密度 0. 54 0. 81g/cm3，孔隙率 70 80%。实施例5 1)首先，将铝板网采用模压、折叠技术形成金字塔结构芯体1，然后将形成的金字塔结构芯体1和面板2清洗去除油污和锈迹，采用钎焊或激光焊将金字塔结构芯体1与面板2焊接制成金字塔结构点阵金属夹层板；2)然后，根据金字塔结构芯体1中孔4的空间尺寸，采用切割机将块状泡沫纯铝切割成与金字塔结构芯体1中孔4的空间尺寸相适应的三角棱柱或者梯形棱柱5 ；3)最后，在三角棱柱或者梯形棱柱5与金字塔结构芯体1接触面上均勻涂覆一层铸工胶，然后将三角棱柱或者梯形棱柱5插入金字塔结构点阵金属夹层板的孔4中，参见图 2，插入方式采用间隔性填充，静置或于40 60°C烘箱中固化，得到在垂直面板方向呈几何梯度分布的点阵-梯度泡沫铝复合材料。其中金字塔点阵的相对密度为1 10%，泡沫铝密度0. 1 0. 54g/cm3，孔隙率80 95%。实施例6 1)首先将平整过的钢板采用模压、折叠技术形成波纹结构芯体3，然后将形成的波纹结构芯体3和面板2清洗去除油污和锈迹，采用钎焊或激光焊将波纹芯体3 与面板2焊接制成波纹结构点阵金属夹层板；2)然后，根据波纹结构芯体3中孔4的空间尺寸，采用切割机将块状泡沫铝合金切割成与波纹结构芯体3中孔4的空间尺寸相适应的三角棱柱或者梯形棱柱5 ；3)最后，在三角棱柱或者梯形棱柱5与波纹结构芯体3接触面上均勻涂覆一层乐泰胶，然后将三角棱柱或者梯形棱柱5插入波纹结构点阵金属夹层板的孔4中，参见图1， 插入方式采用间隔性填充，静置或于40 60°C烘箱中固化，得到在垂直面板方向呈几何梯度分布的点阵-梯度泡沫铝复合材料。其中波纹芯体的相对密度为1 15%，泡沫铝密度 0. 1 0. 54g/cm3，孔隙率 80 95%。
权利要求
1.一种点阵-梯度泡沫铝复合材料的制备方法，其特征在于1)首先，将冲孔菱形网、平整过的钢板网、铝板网或其它金属材质的网板采用模压、折叠技术形成金字塔结构芯体(1)，然后将形成的金字塔结构芯体(1)和面板(2)清洗去除油污和锈迹，采用钎焊或激光焊将金字塔结构芯体(1)与面板(2)焊接制成金字塔结构点阵金属夹层板；或者首先将平整过的钢板、铝板或其它金属板材采用模压、折叠技术形成波纹结构芯体(3)，然后将形成的波纹结构芯体(3)和面板(2)清洗去除油污和锈迹，采用钎焊或激光焊将波纹芯体(3)与面板(2)焊接制成波纹结构点阵金属夹层板；2)然后，根据金字塔结构芯体(1)或波纹结构芯体(3)中孔(4)的空间尺寸，采用切割机将块状泡沫铝切割成与金字塔结构芯体(1)或波纹结构芯体(3)中孔(4)的空间尺寸相适应的三角棱柱或者梯形棱柱(5)；3)最后，在三角棱柱或者梯形棱柱(5)与金字塔结构芯体(1)或波纹结构芯体(3)接触面上均勻涂覆一层胶粘剂，然后将三角棱柱或者梯形棱柱( 插入金字塔结构点阵金属夹层板或波纹结构点阵金属夹层板的孔中，插入方式采用间隔性填充，静置或于40 60°C烘箱中固化，得到点阵-梯度泡沫铝复合材料。
2.根据权利要求1所述点阵-梯度泡沫铝复合材料的制备方法，其特征在于所制备的点阵-梯度泡沫铝复合材料在垂直面板方向呈几何梯度分布。
3.根据权利要求1所述点阵-梯度泡沫铝复合材料的制备方法，其特征在于所述的泡沫铝为泡沫纯铝或泡沫铝合金。
4.根据权利要求1所述点阵-梯度泡沫铝复合材料的制备方法，其特征在于所述的胶粘剂为聚氨酯或环氧树脂类。
5.根据权利要求1所述点阵-梯度泡沫铝复合材料的制备方法，其特征在于所述的菱形网的材质为碳钢、不锈钢、纯铝、铝合金或钛合金。
6.一种如权利权利要求1所述的点阵-梯度泡沫铝复合材料的制备方法制成的点阵-梯度泡沫铝复合材料，其特征在于该复合材料由金字塔结构芯体(1)与面板(2)构成的金字塔结构点阵金属夹层板以及间隔性填充在该金字塔结构点阵金属夹层板的金字塔结构芯体(1)的孔内的泡沫铝；或由波纹芯体(3)与面板(2)制成的波纹结构点阵金属夹层板以及间隔性填充在该波纹结构点阵金属夹层板的波纹结构芯体(3)的孔中的泡沫铝。
全文摘要
一种点阵-梯度泡沫铝复合材料的制备方法，将点阵金属材料(包括波纹结构和金字塔结构)与切割的泡沫铝胶接复合获得多功能梯度复合多孔材料。本发明实现点阵金属材料和泡沫铝的复合，获得具有几何梯度的点阵-泡沫铝复合结构材料夹层板。这种点阵金属-梯度泡沫铝复合材料夹层板，在安全防护、交通运输、机械制造、军事等领域具有广泛的应用前景，它能十分有效的减轻结构重量，改善冲击变形、磁屏蔽等性能，尤其在机械制造行业中，更可以发挥其高强度、高刚度和优良的阻尼性能，另外具有较低的制造成本。
文档编号B32B3/10GK102416713SQ2011102333
公开日2012年4月18日 申请日期2011年8月16日 优先权日2011年8月16日
发明者卢天健, 张钱城, 金峰, 闫雷雷 申请人:西安交通大学