一种工业用大尺寸泡沫铝夹芯板的制备方法技术

一种工业用大尺寸泡沫铝夹芯板的制备方法，按以下步骤进行：(1)将铝粉/铝合金粉、硅粉、铜粉、镁粉、锌白铜粉和发泡剂混合得到芯层混合粉末；(2)采用铝合金管材或板材；管材退火后压扁，再轧制成管状型腔；或将两个板材的侧边密封构成管状型腔；(3)内表面进行预处理；(4)前端密封后填充芯层混合粉末，然后尾端密封；(5)冷轧；(6)烧结；(7)热轧；(8)热处理后裁边；(9)发泡处理后空冷。本发明专利技术中的方法实现了低温发泡，避免过烧，较好地保持了面板的物理性能。

Preparation method of large size aluminum foam sandwich panel for industrial use

A manufacturing method for large size aluminum foam sandwich panels used in industry is carried out according to the following steps: (1) mixing aluminum powder / aluminum alloy powder, silicon powder, copper powder, magnesium powder, zinc white copper powder and foaming agent to obtain mixed powder of core layer; (2) using aluminum alloy pipe or plate; tube after annealing, flattening, then rolling into tubular cavity, or two plates. The side seal of the material forms a tubular cavity; (3) the inner surface is pretreated; (4) the front seal is filled with mixed powder of core layer, and then the tail seal; (5) cold rolling; (6) sintering; (7) hot rolling; (8) trimming after heat treatment; (9) air cooling after foaming. The method of the invention realizes low temperature foaming, avoids overheating, and better maintains the physical properties of the panel.

【技术实现步骤摘要】
一种工业用大尺寸泡沫铝夹芯板的制备方法
本专利技术涉及一种层状复合材料的制备，具体涉及一种工业用大尺寸泡沫铝夹芯板的制备方法。
技术介绍
泡沫铝夹芯板作为一种新兴的多孔复合材料，相较于传统金属材料，具有很多独特的物理性能，如质轻、比刚度和比强度高、较佳的吸能性、消音性及电磁屏蔽性等；该材料经过特殊设计及装配，可作为一种集结构与功能性为一体的材料，无论是在航天航空及交通运输领域中的轻量化设计，还是应用于城市建设及发动机隔板类的消声结构，以及利用其吸能特性应用于车辆防撞梁及装甲车底盘等，均具有很高的应用价值和发展前景；近些年来，泡沫铝夹芯板材料受到越来越多的重视，其工艺的探索不断得到深入和发展。现有制备泡沫铝夹芯板芯层与面板的主要复合形式为胶粘连接和冶金复合两种形式；胶粘的方式采用面板与芯层之间通过树脂胶使之连接在一起，这种方法虽然操作简单且较为经济，但却存在一些明显不足，包括其界面结合强度较低、易老化且不耐高温，并且胶层分解时具有毒性，这极大限制了其应用领域；因此，面板与芯层采用冶金结合的方式，目前已经成为了主要发展方向。为了实现芯层与面板的冶金结合，研究人员对生产工艺进行了不断探索；例如在专利CN104960270A中，将熔体发泡法制得的适当密度、孔隙率和厚度的泡沫铝板材经过表面处理后，平行放置于具有一定温度的加热平台上，当接触加热平台侧达到一定温度后，通过对另一侧施压，使加热侧变形，最终产生类似于面板的蒙皮层，之后再对另一端重复上述操作，最终得到夹心结构；此方法虽然最终制得了泡沫铝夹心结构，但缺点在于所获得的面板层的强度及表面质量较差，同时在压缩过程中也容易造成泡沫铝结构的破坏。在专利技术专利CN106735245A中具体公开了一种完全由粉末冶金法制备泡沫铝夹芯板的方法，其特点是上下面板也采用了粉末成型的技术路线，按照面板粉末—芯层粉末—面板粉末的排列方式均匀平铺，通过压力机压制形成预制坯，之后进行升温发泡，最终形成三明治类泡沫铝夹心结构；此方法虽然使面板层与芯层粉末实现了冶金结合，但操作起来相对难度较大，受模具等设备限制也无法应用于制备大尺寸夹芯板，并且在面板层厚度、平直度及强度方面亦很难保证。BanhartJ在文献《AluminiumFoamSandwichPanels：Manufacture，MetallurgyandApplications》中曾公开了一种采用粉末冶金法制备规格达到1m×2m的泡沫铝夹芯板材的方法，其采用了粉末冶金方式；其技术路线为首先将铝基粉末、发泡剂及一些添加剂充分混合，之后预压成紧实芯层预制坯，再通过选取合适的面板材料，采取冷轧和热轧相结合的方式使面板与芯层实现一定程度的机械咬合后置于发泡炉中，预制坯体在升至670～705℃温度区间并保温一段时间后，经冷却后制得泡沫铝夹芯复合材料；该方法工序较为复杂，但实用性较强，目前在工业化泡沫铝夹芯板的生产中具有很高的指导意义；但由于技术保密等原因，在大尺寸界面冶金结合泡沫铝夹芯板产品的制备方面，国内尚未实现规模化生产。细致分析后可以发现，BanhartJ等公布的泡沫铝夹芯板制备方法存在一定不足：高温发泡(＞630℃)温度下几乎所有常见的铝基合金面板都会出现过烧，必然导致面板性能的严重削弱，极大降低了泡沫铝夹芯板作为结构性材料的实际应用及使用价值；虽然采用缩短发泡时间的方式可降低面板的烧损程度，但随着升温速率的加快，受传热限制，产品内部的温度梯度必然加大，导致发泡过程具有不同时性，泡孔生长的稳定性及均匀性很难保证；此外，较短的发泡时间亦不利于生产控制，导致产品质量的稳定性降低；因此，开发适用于工业领域应用的大尺寸界面冶金结合的泡沫铝夹芯板材料具有重要意义。
技术实现思路
针对泡沫铝夹芯板制备技术存在的上述问题，本专利技术提供一种工业用大尺寸泡沫铝夹芯板的制备方法，通过在较低的温度环境下及较慢的升温速率下实现稳定发泡，保持了面板原有的力学性能，发泡时间允许充分延长，并且发泡过程平稳缓慢，操作方便，制得板型平整且厚度均匀泡沫铝夹芯板。本专利技术的方法按以下步骤进行：1、将铝粉/铝合金粉、硅粉、铜粉、镁粉、锌白铜粉和发泡剂混合，加入或不加入添加剂，混合均匀得到芯层混合粉末；芯层混合粉末的元素成分按质量百分比为Si5～10％；Mg1～8％，Cu1～6％，Zn0～2％，发泡剂0.5～2％，其余为Al；所述的发泡剂为氢化钛粉；所述的添加剂为SiC颗粒或碳纤维；当添加剂为SiC颗粒时，添加剂占芯层混合粉末总质量≤8％；当添加剂为碳纤维时，添加剂占芯层混合粉末总质量≤0.5％；2、采用3000系铝合金或6000系铝合金的管材或板材；将管材在400±10℃退火处理1～3h，然后先用压力机压扁，再用轧机轧制成管状型腔；或者将两个平行放置的板材的两个侧边密封处理，构成管状型腔；所述的管状型腔由上板、下板以及两者之间的连接部构成，上板和下板互相平行，距离为20～30mm；管状型腔的宽度为40～1200mm，壁厚为2～8mm；3、将管状型腔的内表面进行预处理，预处理过程时先碱洗去除油污，然后经酸洗去除杂质，再水洗去除酸液，最后干燥去除水分；4、将经过预处理的管状型腔的一端作为前端，另一端作为尾端；将前端通过铆钉或焊接密封，焊接密封时预留排气孔；将芯层混合粉末从尾端填充到管状型腔内，并在尾端预留30～60mm的密封距离；将石棉或海绵从尾端加入到管状型腔内，使石棉或海绵覆盖芯层混合粉末，用于阻止轧制过程中芯层混合粉末随气流排出；然后将尾端压扁，再通过铆钉或焊接密封，焊接密封时预留排气孔，制成预制件；预制件的前端和尾端即为管状型腔的前端和尾端；5、对预制件进行3～7道次冷轧，每道次的压下率为3～8％，使芯层混合粉末和管状型腔达到初级致密化，制成坯料；其中冷轧方向是从预制件的尾端向前端轧制；6、将坯料在400～500℃条件下烧结1～5h，制成烧结板坯；7、将烧结板坯进行热轧，开轧温度为400～480℃，终轧温度为385～450℃，总压下率为40～70％，获得热轧板坯；8、将热轧板坯在400～500℃条件下热处理，时间1～5h，然后裁边处理，去除四周经过密封处理的部分，制成预制板坯；9、将预制板坯置于加热炉中，加热至570～620℃进行发泡处理，发泡处理时间为15～60min，再空冷至常温，制得泡沫铝夹芯板。上述的铝粉/铝合金粉、硅粉和镁粉的粒度在100～400目；上述的铜粉、锌白铜粉和氢化钛粉的粒度在400～1000目。上述的碳化硅颗粒的粒度为50～200目。上述的碳纤维直径≤100um，长度≤3mm。上述的氢化钛粉使用前在420～520℃条件下预氧化处理1～4h。上述的步骤1中，进行混合时的混合时间为1～4h。上述的3000系铝合金选用3003铝合金，6000系铝合金选用6061铝合金或6063铝合金。上述方法中，两个侧边密封处理的方法采用以下方式之一：1、将上板和下板的两个侧边分别弯折，弯折部分的角度与水平面夹角为30°～60°，使上板和下板的两个侧边端部接触，然后焊接进行密封；2、将上板和下板的两个侧边分别折叠两次，构成平板部分和两侧的V型部分，然后将上板和下板的V型部分叠放在一起，形成密封；3、在上板和下板的两个侧边分别放置一个柔性金属板，将上板和下板的两个侧边分本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种工业用大尺寸泡沫铝夹芯板的制备方法，其特征在于按以下步骤进行：(1)将铝粉/铝合金粉、硅粉、铜粉、镁粉、锌白铜粉和发泡剂混合，加入或不加入添加剂，混合均匀得到芯层混合粉末；芯层混合粉末的元素成分按质量百分比为Si 5～10％；Mg 1～8％，Cu 1～6％，Zn 0～2％，发泡剂0.5～2％，其余为Al；所述的发泡剂为氢化钛粉；所述的添加剂为SiC颗粒或碳纤维；当添加剂为SiC颗粒时，添加剂占芯层混合粉末总质量≤8％；当添加剂为碳纤维时，添加剂占芯层混合粉末总质量≤0.5％；(2)采用3000系铝合金或6000系铝合金的管材或板材；将管材在400±10℃退火处理1～3h，然后先用压力机压扁，再用轧机轧制成管状型腔；或者将两个平行放置的板材的两个侧边密封处理，构成管状型腔；所述的管状型腔由上板、下板以及两者之间的连接部构成，上板和下板互相平行，距离为20～30mm；管状型腔的宽度为40～1200mm，壁厚为2～8mm；(3)将管状型腔的内表面进行预处理，预处理过程时先碱洗去除油污，然后经酸洗去除杂质，再水洗去除酸液，最后干燥去除水分；(4)将经过预处理的管状型腔的一端作为前端，另一端作为尾端；将前端通过铆钉或焊接密封，焊接密封时预留排气孔；将芯层混合粉末从尾端填充到管状型腔内，并在尾端预留30～60mm的密封距离；将石棉或海绵从尾端加入到管状型腔内，使石棉或海绵覆盖芯层混合粉末，用于阻止轧制过程中芯层混合粉末随气流排出；然后将尾端压扁，再通过铆钉或焊接密封，焊接密封时预留排气孔，制成预制件；预制件的前端和尾端即为管状型腔的前端和尾端；(5)对预制件进行3～7道次冷轧，每道次的压下率为3～8％，使芯层混合粉末和管状型腔达到初级致密化，制成坯料；其中冷轧方向是从预制件的尾端向前端轧制；(6)将坯料在400～500℃条件下烧结1～5h，制成烧结板坯；(7)将烧结板坯进行热轧，开轧温度为400～480℃，终轧温度为385～450℃，总压下率为40～70％，获得热轧板坯；(8)将热轧板坯在400～500℃条件下热处理，时间1～5h，然后裁边处理，去除四周经过密封处理的部分，制成预制板坯；(9)将预制板坯置于加热炉中，加热至570～620℃进行发泡处理，发泡处理时间为15～60min，再空冷至常温，制得泡沫铝夹芯板。...

【技术特征摘要】
1.一种工业用大尺寸泡沫铝夹芯板的制备方法，其特征在于按以下步骤进行：(1)将铝粉/铝合金粉、硅粉、铜粉、镁粉、锌白铜粉和发泡剂混合，加入或不加入添加剂，混合均匀得到芯层混合粉末；芯层混合粉末的元素成分按质量百分比为Si5～10％；Mg1～8％，Cu1～6％，Zn0～2％，发泡剂0.5～2％，其余为Al；所述的发泡剂为氢化钛粉；所述的添加剂为SiC颗粒或碳纤维；当添加剂为SiC颗粒时，添加剂占芯层混合粉末总质量≤8％；当添加剂为碳纤维时，添加剂占芯层混合粉末总质量≤0.5％；(2)采用3000系铝合金或6000系铝合金的管材或板材；将管材在400±10℃退火处理1～3h，然后先用压力机压扁，再用轧机轧制成管状型腔；或者将两个平行放置的板材的两个侧边密封处理，构成管状型腔；所述的管状型腔由上板、下板以及两者之间的连接部构成，上板和下板互相平行，距离为20～30mm；管状型腔的宽度为40～1200mm，壁厚为2～8mm；(3)将管状型腔的内表面进行预处理，预处理过程时先碱洗去除油污，然后经酸洗去除杂质，再水洗去除酸液，最后干燥去除水分；(4)将经过预处理的管状型腔的一端作为前端，另一端作为尾端；将前端通过铆钉或焊接密封，焊接密封时预留排气孔；将芯层混合粉末从尾端填充到管状型腔内，并在尾端预留30～60mm的密封距离；将石棉或海绵从尾端加入到管状型腔内，使石棉或海绵覆盖芯层混合粉末，用于阻止轧制过程中芯层混合粉末随气流排出；然后将尾端压扁，再通过铆钉或焊接密封，焊接密封时预留排气孔，制成预制件；预制件的前端和尾端即为管状型腔的前端和尾端；(5)对预制件进行3～7道次冷轧，每道次的压下率为3～8％，使芯层混合粉末和管状型腔达到初级致密化，制成坯料；其中冷轧方向是从预制件的尾端向前端轧制；(6)将坯料在400～500℃条件下烧结1～5h，制成烧结板坯；(7)将烧结板坯进行热轧，开轧温度为400～480℃，终轧温度为385～450℃，总压下率为40～70％，获得热轧板坯；(8)将热轧板坯在400～500℃条件下热处理，时间1～5h，然后裁边处理，去除四周经过密封处理的部分，制成预制板坯；(9)将预制板坯置于加热炉中，加热至570～620℃进行发泡处理，发泡处理时间为15～60min，再空冷...

【专利技术属性】
技术研发人员：祖国胤，孙溪，黄鹏，李志刚，王兆可，方冬雨，曾前进，韩楠丁，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21