[发明专利]一种基于搅拌摩擦焊连接的泡沫铝夹芯板的制备方法

说明书

一种基于搅拌摩擦焊连接的泡沫铝夹芯板的制备方法，包括以下步骤:（1）制备两个泡沫铝夹芯板预制体；（2）进行表面处理；（3）将两个表面处理预制体的垂直于水平面的端面对接；（4）进行搅拌摩擦焊接，搅拌针的转速为400~1200rpm，焊接速度为100~200mm/min；（5）将焊接预制体置于加热炉中进行发泡。本发明的方法可以制备面板结合强度高的泡沫铝夹芯板焊接预制体，可制备出大尺寸、整体膨胀率高、面板平整度好且芯层泡孔连续性好的泡沫铝夹芯板；本发明的方法工艺路线简单，可以规模化生产。

技术领域

本发明属于泡沫铝夹芯板制备技术领域，具体涉及一种基于搅拌摩擦焊连接的泡沫铝夹芯板的制备方法。

背景技术

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，具有很多独特的理化性能，如质轻、比刚度和比强度高、较佳的吸能、吸声隔声及电磁屏蔽性能等;该材料经过特殊设计及装配，可作为一种集结构性与功能性为一体的材料；该类材料在航空航天、交通运输领域中的轻量化设计，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制造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。

近年来，泡沫铝夹芯板材料受到越来越多的重视，对于其工艺的探索不断深入和发展，其制备方法主要包括胶粘法、熔体发泡法、粉末冶金法、渗流铸造法等。由于具有面板/芯层界面冶金结合特征的泡沫铝夹芯板具有良好的力学性能，因此，开发制备芯层与面板实现牢固冶金结合的大尺寸泡沫铝夹芯板成为该技术领域的主要研究方向。德国学者BanhartJ在文献《Aluminium Foam Sandwich Panels：Manufacture，Metallurgy andApplications》中公开的泡沫铝夹芯板的尺寸规格可以达到长×宽为2m×1m，但是这仍然难以完全满足工业应用的需求。因此，开发一种实用性技术来实现泡沫铝夹芯板的高质量连接，突破泡沫铝夹芯板生产的尺寸问题，这对于泡沫铝夹芯板的应用具有重要意义。

目前，泡沫铝夹芯板的连接方法主要包括胶粘连接和焊接连接两种。胶粘法是最常用的方法，它是利用环氧树脂等黏结剂将作为芯层的泡沫铝与铝、铝合金等面板粘结在一起，生产成本低，操作简单。但是胶粘法制得的泡沫铝夹芯板面板/芯层界面的结合强度较低，耐腐蚀性差、受黏结剂限制不能在高温下使用，易老化。焊接法主要包括钎焊、激光焊、压焊等。钎焊是利用低熔点的钎料熔化实现泡沫铝夹芯板的对接连接，但钎焊时因泡沫铝孔结构的毛细作用，钎料会发生复杂的三维流动。目前，适合焊接泡沫铝的钎料在焊缝处会生成脆性的金属间化合物或共晶组织，降低焊缝的性能。激光焊接可以将泡沫铝夹芯板的表层有效的连接起来，但是芯层泡孔之间没有形成可靠连接，并且随着功率增大，芯层泡孔会熔化塌陷而遭到破坏。压焊是一种具有半固相/固相连接特点的焊接方法，但是由于泡沫铝夹芯板特殊的孔结构，压焊过程中产生的顶锻力会严重破坏泡沫铝夹芯板的孔结构。

目前，泡沫铝夹芯板的连接主要是对发泡后的夹芯板进行连接，由于芯层泡沫铝特殊的孔结构，增加了泡沫铝夹芯板的焊接难度，导致现有的焊接方法主要是实现了面板间的连接，而芯层泡孔之间没有实现有效连接，焊缝处芯层泡孔连续性差。由此可见，焊接发泡后的泡沫铝夹芯板难度较大，而且很难实现界面区域芯层泡孔之间的连接。