一种冶金法制备泡沫铝贴面复合材料的方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及一种冶金法制备泡沫铝夹芯复合材料的方法，泡沫铝贴面复合材料包括泡沫铝贴面板或泡沫铝夹芯板。属于泡沫铝复合材料的制备方法技术领域。
【背景技术】
[0002]泡沫铝材料为多孔结构，具有密度小、轻质、高比强度和高比表面积的特点，同时还具有减振、阻尼、吸音、隔音、隔热、电磁屏蔽等特性。但由于表面不平滑、强度较低，使泡沫铝材料的应用范围受到限制。
[0003]泡沫铝贴面复合材料是由金属面板与泡沫铝材料(简称泡沫铝芯材)复合而成，包括由金属面板与泡沫铝芯材两者复合而成的泡沫铝贴面板，以及由两块金属面板中间夹入一块泡沫铝芯材构成的泡沫铝夹芯板。泡沫铝复合材料不仅具有泡沫铝材料诸多优异的性能，同时还解决了单一泡沬铝材料的强度较低，表面不平滑等缺点。所以泡沫铝复合材料是一种性能优异，兼具结构和功能化的新型材料。
[0004]目前泡沫铝复合材料的制备方法主要有胶接法、钎焊法、扩散焊连接法以及粉末复合乳制法等。胶接法工艺简单、尺寸精确，是目前普遍采用的一种方法。但胶接法主要依靠胶层实现泡沫铝芯材与金属面板的连接，在高温、腐蚀或者循环应力等条件下胶层会融化、变质或者老化而导致复合夹芯结构破坏。钎焊法以及扩散焊法一定程度上弥补了胶接法的不足，但钎焊法成本较高、操作复杂，且因泡沫铝芯材和作为贴面的金属铝板表面存在的氧化膜的影响，钎焊用的钎料在界面上难以消除两者表面的氧化膜而相互浸润，造成结合强度不足;扩散焊法需要较高的压力来实现界面原子扩散，但泡沫铝芯材在较高强度下容易变形。粉末复合乳制法不同于上述几种泡沫铝芯材和金属面板的连接方法，是一种通过预制体高温发泡直接得到的夹芯结构的方法，但该方法成本高，技术不够成熟，且难以获得大尺寸复合板材，不能生产形状复杂的泡沫铝复合材料。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是公开一种冶金法制备泡沫铝贴面复合材料的方法，该方法得到的泡沫铝复合材料具有强度高，耐高温、抗循环应力和耐候性，工艺简单，适于工业化生产等优点。
[0006]为了达到上述目的，本发明发现泡沫铝芯材和金属面板表面氧化铝膜致密，熔点高，是影响界面冶金结合质量的主要因素，因此，消除结合面的氧化铝层，是泡沫铝芯材和金属面板之间冶金复合的关键问题。为此，本发明采用超声辅助技术，改善连接结合面组织构造，形成良好的反应结合面，实现泡沫铝芯材和金属面板之间的高强度冶金连接。
[0007]具体工艺是:
[0008]首先，通过机械或化学方法除去泡沫铝芯材和金属面板待粘接表面的氧化层，并增加表面粗糙度;接着，将泡沫铝芯材和金属面板置于内有锌铝合金的锌铝合金熔池中浸镀，使待粘接表面形成均匀的锌铝合金浸镀层;然后，将浸镀后的泡沫铝芯材和金属面板贴合在一起加热，加热温度为锌铝合金熔点以上20-50°C，并施加0.0lMPa或以上的压力，保温保压的时间为5-15分钟;在泡沫铝芯材和金属面板保温保压过程中施加高频振动或超声振动1-5分钟，高频振动频率为50-300HZ，振幅为1-3毫米;超声振动频率为10-30kHz，振幅为10-50微米。最后冷却至室温，得到泡沫铝贴面复合材料。
[0009]上述泡沫铝贴面复合材料的芯材是市售的各类泡沫铝板材或蜂窝铝板材；
[0010]上述金属面板是市售的任意标准系列铝板，或铝合金板，或薄钢板；
[0011]上述锌铝合金熔池中的锌铝合金由4-35%质量百分比的铝，0.1-5%质量百分比的铜，0-1 %质量百分比的银，余量为锌组成。
[0012]与现有技术相比，本发明的有益效果在于:
[0013]I，由于本发明以锌铝合金作为连接合金，并且在锌铝合金中添加能提高粘接强度的微量Cu和Ag，因此，在形成高强度的面板复合连接同时，泡沫铝贴面复合材料连接面还具有高于泡沫铝芯材的机械强度，以及耐高温、抗循环应力和耐候性的优点。
[0014]2，由于本发明在泡沫铝芯材和金属面板复合热压过程中施加高频振动或超声振动作为辅助，有利于增强界面结合连接的效果，因此，与现有方法得到的泡沫铝贴面复合材料相比，本发明的泡沫铝贴面复合材料的机械强度更加高。
[0015]3，由于本发明以锌铝合金作为连接合金，因此泡沫铝贴面复合材料进一步合金化，有利于提高连接过程的扩散连接效果，提高了连接强度。
[0016]4，本发明操作简单，工艺精简，适于工业化生产，解决大尺寸泡沫铝贴面复合材料面板连接问题，而且成本低廉，生产效率高。
【具体实施方式】
[0017]先将一块市售的泡沫铝或蜂窝铝板材作为芯材，将市售的一块或两块铝板或铝合金板作为金属面板(一块芯材与一块金属面板制成泡沫招贴面板，一块芯材夹在两块金属面板中间制成泡沫铝夹芯板)，再用机械或化学方法除去上述材料表面氧化层，机械方法是用打磨、喷丸，其中打磨方式包括用砂纸打磨，或/和钢丝刷打磨，或/和钢丝球打磨。
[0018]将机械或化学方法除去表面氧化层的泡沫铝芯材和铝板或铝合金面板置于锌铝合金熔池中浸镀，在待粘接表面形成均匀的浸镀层;锌铝合金熔池中的锌铝合金由4-35%质量百分比的铝，0.1-5%质量百分比的铜，0-1%质量百分比的银，余量为锌组成。
[0019]将浸镀的泡沫铝芯材和金属面板贴合后加热，加热方式可采用电热板加热，或高温炉加热，或燃气火焰加热，或感应加热，加热温度为锌铝合金熔点以上20_50°C，然后施加不低于0.0lMPa压力并保温保压5-15分钟；在热压过程中，施加高频振动或超声振动1-5分钟，高频振动频率为50-300HZ，振幅为1-3毫米;超声振动频率为10-30kHz，振幅为10-50微米，高频振动或超声振动有利于增强界面结合连接效果。最后冷却至室温，得到泡沫铝贴面复合材料(泡沫铝贴面板或夹芯板)。
[0020]经过检测试验结果表明，本发明方法得到的泡沫铝贴面复合材料机械强度超过泡沫铝芯材强度。而且本发明可以规模化进行，解决大尺寸泡沫铝复合材料面板冶金连接问题，是低成本、高效率的冶金贴面方法。
【主权项】
1.一种冶金法制备泡沫铝贴面复合材料的方法，其特征是: 首先，通过机械或/和化学方法除去泡沫铝芯材和金属面板待粘接表面的氧化层，并增加表面粗糙度;接着，将泡沫铝芯材和金属面板置于内有锌铝合金的锌铝合金熔池中浸镀，使待粘接表面形成均匀的锌铝合金浸镀层;然后，将浸镀后的泡沫铝芯材和金属面板贴合在一起加热，加热温度为锌铝合金熔点以上20-50°C，并施加0.0lMPa或以上的压力，保温保压的时间为5-15分钟;在泡沫铝芯材和金属面板保温保压过程中施加高频振动或超声振动1-5分钟，高频振动频率为50-300HZ，振幅为1-3毫米;超声振动频率为10-30kHz，振幅为10-50微米;最后冷却至室温，得到泡沫铝贴面复合材料； 上述泡沫铝贴面复合材料的芯材是市售的各类泡沫铝板材或蜂窝铝板材； 上述金属面板是市售的任意标准系列铝板，或铝合金板，或薄钢板； 上述锌铝合金熔池中的锌铝合金由4-35%质量百分比的铝，0.1-5%质量百分比的铜，0-1 %质量百分比的银，余量为锌组成。2.根据权利要求1所述的一种冶金法制备泡沫铝贴面复合材料的方法，其特征是:所述的机械方法去除氧化层包括打磨和喷丸，其中打磨方式包括用砂纸、钢丝刷、钢丝球打磨中的至少一种。3.根据权利要求1所述的一种冶金法制备泡沫铝贴面复合材料的方法，其特征是:所述的加热方式采用电热板加热，或高温炉加热，或燃气火焰加热，或感应加热。
【专利摘要】本发明涉及一种冶金法制备泡沫铝贴面复合材料的方法，属于泡沫铝复合材料制备方法技术领域。先除去泡沫铝芯材和金属面板待粘接表面的氧化层，将它们置于内有锌铝合金的锌铝合金熔池中浸镀，然后贴合在一起加热，加热温度为锌铝合金熔点以上20-50℃，并施加0.01MPa以上的压力，保温保压5-15分钟；保温保压过程中施加高频振动或超声振动1-5分钟；最后冷却至室温，得到泡沫铝贴面复合材料。本发明工艺简单，复合连接可靠，而且耐高温，抗疲劳应力，以及良好的耐候性，适用于制备大规格泡沫铝贴面复合板材，具有大规模工业化生产前景。
【IPC分类】B23K20/10, B23K20/24, B23K103/16, B23K101/02, B23K101/18, B23K20/22
【公开号】CN105499783
【申请号】CN201610029862
【发明人】胡正飞, 单既万, 莫凡, 何大海
【申请人】同济大学
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2016年1月18日