一种电磁超声钎焊制备泡沫铝夹芯板的方法与流程

本发明涉及的是多孔材料焊接领域，具体涉及的是一种电磁超声钎焊制备泡沫铝夹芯板的方法。

背景技术：

泡沫铝夹芯三明治结构复合板是以泡沫铝为芯层，铝板或其它金属作为面板层的结构，是一种新型的高效结构材料。泡沫铝夹芯复合板可直接作为军用或民用大型航空与航天飞行器结构与功能件（如防振座椅、抗冲击舱底、陀螺支架等）、汽车与高速列车厢体以及大型军用舰船等，具有明确的需求牵引和应用前景。

泡沫铝夹芯板的制备方法有很多，其中包括两大类，一类是先由金属熔体发泡法、粉末冶金法等方法获得泡沫金属，再与金属板材通过不同的连接方法进行连接。这种方法主要是胶粘粘结法，但是由于高温下粘结剂会失活老化，对泡沫铝夹芯板的力学性能产生很大的影响，从而导致材料在高温下的应用受到很大限制。另一类是先通过一定的方法进行泡沫铝夹芯板预制品的制备，然后将预制坯加热到芯部熔点以上进行发泡，最后冷却制成泡沫铝夹芯板。例如轧制复合-粉末冶金法，但是这种方法需要专门的模具生产成本高，同时会受致密度的影响而导致材料存在缺陷。基于以上泡沫铝夹芯复合板的制备技术，钎焊成为了泡沫铝夹芯板新的连接方向。

钎焊后，残留钎剂及钎焊残渣经常会留在泡沫铝夹芯复合板中，而不能完全去除，影响泡沫铝夹芯复合板的使用性能。超声加入钎焊过程是近十几年发展起来的，并在焊接领域中应用越来越广泛。已有研究证明，将超声能引入钎焊过程，可取代钎剂实现绿色环保型焊接技术，同时可以实现普通钎焊难以完成的焊接过程。超声发生器中压电材料的压电效应，只能在较低温度内产生，当超过居里温度时，压电效应就会消失，无法产生超声。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种电磁超声钎焊制备泡沫铝夹芯板的方法，这种电磁超声钎焊制备泡沫铝夹芯板的方法用于解决目前泡沫铝夹芯板制备方法制备的泡沫铝夹芯复合板性能不好，成本高的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种电磁超声钎焊制备泡沫铝夹芯板的方法包括如下步骤：

步骤一、利用线切割将泡沫铝与铝板加工至尺寸大小完全一致，进行表面打磨、清洗、烘干；

步骤二、制备钎料；

步骤三、在步骤一中得到的各铝板的一个表面以及泡沫铝的一个表面分别放置所述钎料，置于马弗炉内，加热使钎料熔化后，再分别涂敷均匀，随炉冷却至室温，开炉取出，完成钎料涂覆；

步骤四、将一块铝板涂覆有钎料的一面与泡沫铝涂覆钎料的一面相复合，用石墨卡具装卡后，置于马弗炉内，以5~10℃/min的升温速率升到200~600℃后保温1~10min，在垂直方向加静磁场中，静磁场由超导磁石产生，其磁感应强度为1~12t，在这块铝板两端通入频率为2~4khz的交流电流，同时对泡沫铝铝板复合结构施加一定压力0.1~1mpa，在压力以及电磁和交流电流的共同作用下钎料在这块铝板和泡沫铝的表面润湿充分；

步骤五、将步骤四焊好的泡沫铝铝板复合结构翻转，然后采用步骤三的方法在泡沫铝的另一面上涂覆钎料，再进行步骤四，将另一块涂覆有钎料的铝板复合在泡沫铝的另一面上，最后完成焊接，得到泡沫铝夹芯板。

上述方案步骤一中表面打磨、清洗、烘干的方法；首先使用水砂纸和金相砂纸按由粗到细的顺序逐级对泡沫铝与每块铝板的表面进行打磨加工去除氧化膜，利用丙酮清洗10~30min，然后将泡沫铝和各铝板放入氢氧化钠水溶液并置于超声清洗机中，清洗1～5min，再使用30%硝酸水溶液清洗1～2min，氢氧化钠水溶液质量体积比为30～50g/l。

上述方案步骤二中钎料的组成按重量百分比计为：0.01%~20%的al、0.1%~15%的zn、20%~70%的sn、1%~50%的ag、1%~30%的cu、0.1%~10%的b和0.1%~10%的si。

上述方案步骤一中泡沫铝、铝板的长均为60～100mm，宽均为10～50mm。

本发明具有以下有益效果：

1.本发明利用电磁超声空化效应制备泡沫铝夹芯板结构材料，得到的泡沫铝夹芯板力学性能良好。

2.本发明在焊接前利用砂纸打磨铝母材表面，去除表面氧化膜，强化钎料的毛细作用，使钎料在焊缝的填充更加充分。同时利用在超声波下的碱蚀操作进一步去除残留在铝表面的氧化膜。

3.本发明使用sn-zn系钎料，液相点温度为198～260℃之间，钎料温度与泡沫铝熔点相差较大焊接工艺性好钎料中的zn与al作固溶结合同时还从al面中生长出刺状固溶体插入钎料作嵌入结合，提高结合强度。

4.本发明在钎焊过程中使用了电磁场和交流电流所产生超声波，利用液态钎料中声空化效应去除母材表面氧化膜，实现液态钎料与母材的润湿。

5.本发明中泡沫铝与铝板之间为冶金结合，与胶粘粘结相比，不存在由时间等因素引起的老化问题。

6.本发明连接过程简单，生产成本低，生产率高。

7.本发明可以实现不同孔隙率，不同厚度的泡沫铝芯和铝板的连接，生产灵活性较好。

四、附图说明：

图1是本发明制备泡沫铝夹芯板之泡沫铝与板复合时电磁超声焊接示意图。

图中，1.加热装置，2.泡沫铝，3.永磁体，4.线圈，5.交流电路，6.铝板，7.钎料。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

实施例1：

这种电磁超声钎焊制备泡沫铝夹芯板的方法：

（1）利用线切割将泡沫铝与铝板加工至尺寸大小完全一致（长：60mm，宽：10mm）。首先使用水砂纸和金相砂纸按由粗到细的顺序逐级对泡沫铝2与铝板6的表面进行打磨加工去除氧化膜，利用丙酮清洗10min，然后将泡沫铝2和铝板6放入氢氧化钠水溶液（50g/l）并置于超声清洗机中，清洗1min，再使用30%硝酸水溶液清洗1min，并进行烘干处理待用。

（2）制备钎料7，钎料7的组成按重量百分比为：2%的al、12%的zn、35%的sn、1%的ag、30%的cu、10%的b和10%的si。

（3）将步骤（2）中钎料7分别放置在步骤一中得到的每个铝板6的一个表面、泡沫铝2的一个表面，置于马弗炉内，加热钎料7熔化后，再分别均匀涂敷在相应的铝板6及泡沫铝2表面，随炉冷却至室温，开炉取出，即完成钎料涂覆。

（4）将一块铝板涂覆有钎料7的一面与泡沫铝涂覆钎料7的一面相复合，用石墨卡具加以装卡后，置于马弗炉内，以5℃/min的升温速率升到200℃后保温1min，在垂直方向加静磁场中，静磁场由超导磁石产生，其磁感应强度为1t，在铝板6两端通入频率为2khz的交流电流，同时对泡沫铝铝板复合结构施加一定压力0.1mpa，这样在压力以及电磁和交流电流的共同作用下钎料7在铝板6和泡沫铝2的表面润湿充分。

（5）将步骤（4）焊好的泡沫铝复合结构翻转，然后采用步骤（3）的方法在无铝板的一面上涂覆钎料7，再进行步骤（4），参阅图1，将泡沫铝铝板复合结构中泡沫铝的另一面覆盖铝板6，具体为：两块铝板形成的泡沫铝复合结构为：两块铝板6将泡沫铝2夹在中间，泡沫铝2的两面各有一层钎料7，每块铝板6与泡沫铝2相对应的表面也有一层钎料7。利用马弗炉内加热装置1加热，以5℃/min的升温速率升到200℃后保温1min，在垂直方向加静磁场中，静磁场由超导磁石产生，永磁体3位于线圈4之上，线圈4位于由两块铝板形成的泡沫铝复合结构之上，其磁感应强度为1t，将铝板6设置于交流电路5中，在铝板6两端通入频率为2khz的交流电流，同时对泡沫铝铝板复合结构施加一定压力0.1mpa，这样在压力以及电磁和交流电流的共同作用下钎料7在铝板6和泡沫铝2的表面润湿充分，最后完成焊接，得到泡沫铝夹芯板。

实施例2：

这种电磁超声钎焊制备泡沫铝夹芯板的方法：

（1）利用线切割将泡沫铝2与铝板6加工至尺寸大小完全一致（长：100mm，宽：50mm）。首先使用水砂纸和金相砂纸按由粗到细的顺序逐级对泡沫铝2与铝板6的表面进行打磨加工去除氧化膜，利用丙酮清洗30min，然后将泡沫铝2和铝板6放入氢氧化钠水溶液（30～50g/l）并置于超声清洗机中，清洗1～5min，再使用30%硝酸水溶液清洗1～2min，并进行烘干处理待用。

（2）制备钎料，钎料7的组成按重量百分比为：0.01%的al、1%的zn、67%的sn、20%的ag、10%的cu、0.99%的b和1%的si。

（3）将步骤（2）中钎料7分别放置在步骤一中得到的每个铝板6的一个表面、泡沫铝2的一个表面，置于马弗炉内，加热钎料7熔化后，再分别均匀涂敷在相应的铝板6及泡沫铝2表面，随炉冷却至室温，开炉取出，即完成钎料涂覆。

（4）将一块铝板涂覆有钎料7的一面与泡沫铝涂覆钎料7的一面相复合，用石墨卡具加以装卡后，置于马弗炉内，以10℃/min的升温速率升到600℃后保温10min，在垂直方向加静磁场中，静磁场由超导磁石产生，其磁感应强度为12t，在铝板两端通入频率为4khz的交流电流，同时对泡沫铝铝板复合结构施加一定压力1mpa，这样在压力以及电磁和交流电流的共同作用下钎料7在铝板6和泡沫铝2的表面润湿充分。

（5）将步骤（4）焊好的泡沫铝复合结构翻转，然后采用步骤（3）的方法在无铝板的一面上涂覆钎料，再进行步骤（4），将泡沫铝铝板复合结构中泡沫铝的另一面覆盖铝板6，最后完成焊接，得到泡沫铝夹芯板。

实施例3：

这种电磁超声钎焊制备泡沫铝夹芯板的方法：

（1）利用线切割将泡沫铝与铝板加工至尺寸大小完全一致（长：80mm，宽：30mm）。首先使用水砂纸和金相砂纸按由粗到细的顺序逐级对泡沫铝2与铝板6的表面进行打磨加工去除氧化膜，利用丙酮清洗30min，然后将泡沫铝2和铝板6放入氢氧化钠水溶液（40g/l）并置于超声清洗机中，清洗3min，再使用30%硝酸水溶液清洗2min，并进行烘干处理待用。

（2）制备钎料，钎料7的组成按重量百分比为：20%的al、0.9%的zn、40%的sn、33%的ag、1%的cu、5%的b和0.1%的si。

（3）将步骤（2）中钎料分别放置在步骤一中得到的每个铝板6的一个表面、泡沫铝2的一个表面，置于马弗炉内，加热钎料熔化后，再分别均匀涂敷在相应的铝板6及泡沫铝2表面，随炉冷却至室温，开炉取出，即完成钎料涂覆。

（4）将一块铝板涂覆有钎料7的一面与泡沫铝涂覆钎料7的一面相复合，用石墨卡具加以装卡后，置于马弗炉内，以8℃/min的升温速率升到300℃后保温7min，在垂直方向加静磁场中，静磁场由超导磁石产生，其磁感应强度为6t，在铝板6两端通入频率为3khz的交流电流，同时对泡沫铝铝板复合结构施加一定压力0.5mpa，这样在压力以及电磁和交流电流的共同作用下钎料7在铝板6和泡沫铝2的表面润湿充分。

（5）将步骤（4）焊好的泡沫铝复合结构翻转，然后采用步骤（3）的方法在无铝板的一面上涂覆钎料7，再进行步骤（4），将泡沫铝铝板复合结构中泡沫铝的另一面覆盖铝板6，最后完成焊接，得到泡沫铝夹芯板。

实施例4：

这种电磁超声钎焊制备泡沫铝夹芯板的方法：

（1）利用线切割将泡沫铝与铝板加工至尺寸大小完全一致（长：70mm，宽：20mm）。首先使用水砂纸和金相砂纸按由粗到细的顺序逐级对泡沫铝2与铝板6的表面进行打磨加工去除氧化膜，利用丙酮清洗30min，然后将泡沫铝2和铝板6放入氢氧化钠水溶液（40g/l）并置于超声清洗机中，清洗3min，再使用30%硝酸水溶液清洗2min，并进行烘干处理待用。

（2）制备钎料，钎料7的组成按重量百分比为：8%的al、5%的zn、50%的sn、20%的ag、12%的cu、3%的b和2%的si。

（3）将步骤（2）中钎料7分别放置在步骤一中得到的每个铝板6的一个表面、泡沫铝2的一个表面，置于马弗炉内，加热钎料7熔化后，再分别均匀涂敷在相应的铝板6及泡沫铝2表面，随炉冷却至室温，开炉取出，即完成钎料涂覆。

（4）将一块铝板涂覆有钎料7的一面与泡沫铝涂覆钎料7的一面相复合，用石墨卡具加以装卡后，置于马弗炉内，以6℃/min的升温速率升到300℃后保温8min，在垂直方向加静磁场中，静磁场由超导磁石产生，其磁感应强度为3t，在铝板6两端通入频率为2~4khz的交流电流，同时对泡沫铝铝板复合结构施加一定压力0.2mpa，这样在压力以及电磁和交流电流的共同作用下钎料在铝板6和泡沫铝2的表面润湿充分。

（5）将步骤（4）焊好的泡沫铝复合结构翻转，然后采用步骤（3）的方法在无铝板的一面上涂覆钎料7，再进行步骤（4），将泡沫铝铝板复合结构中泡沫铝的另一面覆盖铝板6，最后完成焊接，得到泡沫铝夹芯板。

本发明是一种可以应用在高温领域的非接触超声方法。电磁超声是利用高强度电磁力在熔融金属内直接生成声波，这种声波不但具有传统声波的所有效果，而且可以在高温领域非接触使用。