[发明专利]一种激光制备泡沫铝夹芯板的方法

说明书

技术领域

本发明涉及功能结构材料制备技术领域，具体涉及一种激光制备泡沫铝夹芯板的方法。

背景技术

泡沫铝合金是一种结构与功能一体化的新型材料，其以铝或铝合金为基体，通过在基体中掺加添加剂后经过发泡工艺而成。其内部含有大量气孔，孔隙率为40％～90％左右，同时兼有金属和气泡特征。泡沫铝合金有很多优异的性能，比如密度小、高吸收冲击能强、耐高温、防火功用强、抗腐蚀、隔音降噪、导热率低、电磁屏蔽性高、耐候性强、有过滤功能、易加工、易装置、成型精度高、可进行外表涂装，具有优秀的物理性能、化学性能和力学性能以及可回收性。泡沫铝合金的这些优异性能使其在当今的材料领域具有宽广的使用前景，是非常具有开发前景的工程材料，特别是在交通运输工业，航天事业和建筑构造工业等方面，可以用作轻质装潢建筑材料、阻燃材料、轻化工催化剂、热交换器，起到隔音消声、电磁屏蔽、减震抗冲击等作用。

但是，泡沫铝合金材料单独使用时无法很好地满足结构强度、刚度等要求，多数情况是与传统的致密金属相结合形成三明治结构的夹芯板，即金属薄板-泡沫铝合金-金属薄板的结构。泡沫铝合金夹芯板继承了泡沫铝合金的优异性能，具有很高的抗弯强度，可用作新型建材、机车车辆的高刚度构造件等，它在汽车制造、航天、航空等新材料领域中占有不可取代的地位。

目前三明治结构的泡沫铝合金夹芯板的制备方法通常采用轧制复合法、胶结法，还有一种真空熔炼法，具体方法可参见文献：泡沫铝合金三明治结构与其力学性能的试验研究(卢位昌，东南大学硕士学位论文，2014，南京)，即在真空环境中熔炼铝合金，并将熔融状态的铝合金作为“胶水”进行胶结。

然而以上传统的制备方法都存在不同的弊端，如轧制复合法即将带有发泡剂的混合粉末置于两块铝板之间，进行复合轧制使之成为预制发泡体，然后再在高温炉中进行发泡，该方法在一定程度上受到轧制设备和高温炉的限制，胶结法主要是达不到环保的要求并且制备的夹芯板结合强度差，而真空熔炼法将铝合金熔炼作为“胶水”的方法也受到真空室的限制。

因此，针对上述技术限制，有必要提出一种更为简单、易行的泡沫铝合金夹芯板的制备方法，以扩大泡沫铝合金夹芯板的应用范围。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种激光制备泡沫铝夹芯板的方法，采用激光直接熔化进行制备，摒弃了传统利用轧制或者胶结的方法，突破了传统生产设备的限制，也解决了传统制备方法所带来的环境污染问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种激光制备泡沫铝夹芯板的方法，包括以下步骤：

S1、根据所需制备的泡沫铝合金夹芯板的尺寸数据，建立几何模型及加工轨迹；

S2、对泡沫铝合金芯材块体进行表面处理；

S3、设定激光器激光加工参数；

S4、激光器按照S1设定的加工轨迹对泡沫铝合金芯材块体的表面进行增材制造加工，得到泡沫铝合金块体一个方向上所需的面板；

S5、将步骤S4所得的泡沫铝合金芯材块体翻转180°，重复步骤S4，直至泡沫铝合金块体在该方向上的面板增材制造完成；

S6、对步骤S5所得的泡沫铝合金夹芯板进行清洁、干燥处理并储存。

优选的，所述步骤S1中，尺寸数据包括泡沫铝合金夹芯板所需的孔径大小、面积大小，加工轨迹为扫描轨迹。

优选的，所述泡沫铝合金夹芯板的孔径为0μm≤D≤5000μm，其中D为泡沫铝合金夹芯板的泡沫孔的平均直径。

优选的，所述步骤S2中的泡沫铝合金芯材块体为铝-硅合金块体、泡沫铝块体、铝-锰合金块体、铝-镁合金块体的其中一种；所述表面处理步骤为利用氢氧化钠溶液作为清洁剂对泡沫铝合金芯材块体进行表面清洗，然后经过清水清洗，使用冷风吹干。

优选的，所述步骤S3中的激光器采用波长范围为800～1070nm的固体激光器。

优选的，所述步骤S3中的激光加工参数为：

激光光斑直径0.1μm≤d≤6000μm，激光能量P≥110W，扫描间距由每道激光束扫描时的重叠率表示，符号为O，20％≤O≤40％，扫描速度V≥5mm·s^-1。所述激光光斑直径d、扫描速度V、激光能量P符合关系式：

其中61W·s·mm^-2≤E≤106W·s·mm^-2。