[发明专利]一种高比刚度泡沫铝夹芯板及其制造方法

说明书

本发明涉及一种高比刚度泡沫铝夹芯板及其制造方法，属于多孔金属材料及金属基复合材料技术领域。该泡沫铝夹芯板由上、下两层面板和中间的泡沫铝芯层构成，泡沫铝的基材为铝合金，面板为颗粒增强铝基复合材料。首先将铝粉与发泡剂氢化钛粉均匀混合制成混合粉末，在混合粉末上下各加一层颗粒增强铝基复合材料作为面板，全部装入模具进行热压致密化，制成可发泡的预制件；在面板与混合粉末之间插入一层锌带，在热压中发生过渡液相扩散，实现面板与芯层的冶金连接；最后将预制件加热发泡获得泡沫铝夹芯板。本发明的泡沫铝夹芯板不仅具有较高比刚度，还具有高比强度、高导热、低热膨胀、抗疲劳、良好阻尼性能等综合优势，且性能可设计。

技术领域

本发明涉及一种高比刚度泡沫铝夹芯板及其制造方法，属于多孔金属材料及金属基复合材料技术领域。

背景技术

泡沫铝夹芯板是由泡沫铝芯层和致密金属面板复合制成的一类层状多孔金属材料。泡沫铝夹芯板不仅具有低比重、高比刚度、抗冲击、振动阻尼性能好的特性，还具有良好的电磁屏蔽、隔热防火功能，在汽车、轨道列车、建筑、电子和国防军工领域具有广阔的应用前景。当前研究开发的泡沫铝夹芯板通常由泡沫铝芯层和上下两层面板构成，面板材料包括铝、钢、钛等金属。以板材为例，这三种金属板材的弯曲刚度分别相当于泡沫铝板弯曲刚度的50％、33％、25％，因此金属面板的引入势必会降低泡沫铝的比刚度。

发明内容

本发明的目的是提供一种高比刚度泡沫铝夹芯板及其制造方法，在金属面板中添加高硬度高模量的增强体，制成比刚度更高的金属基复合材料面板，不仅可以解决金属面板的引入会降低泡沫铝的比刚度的问题，还能将泡沫铝的优点和金属基复合材料的其他功能特性相结合，提高泡沫铝夹芯板的综合性能，提高材料的可设计性，扩大材料的应用范围。

一种高比刚度泡沫铝夹芯板，该泡沫铝夹芯板由上、下两层面板和中间的泡沫铝芯层构成，泡沫铝的基材为铝合金，面板为颗粒增强铝基复合材料。

其中，颗粒增强铝基复合材料的密度为2.7～3.0g/cm³，弹性模量为90～240GPa，具有较高的比刚度，其比刚度明显高于铝、钛和钢等金属。优选的，颗粒增强铝基复合材料的增强体为碳化硅，基体为纯铝或铝合金。更优选的，所述的颗粒增强铝基复合材料是碳化硅/铝复合材料(SiC_p/Al)，其中SiC颗粒的体积分数为10vol％～70vol％。

其中，泡沫铝的基材为Al-Si-Mg合金、Al-Si合金或6061Al合金。

本发明泡沫铝夹芯板的厚度为10mm～90mm，泡沫铝芯层的厚度为9mm～80mm，单侧面板的厚度为0.5mm～5mm。面板与芯层的界面为冶金结合。

一种高比刚度泡沫铝夹芯板的制造方法，包括如下步骤：

(1)将铝合金粉与发泡剂氢化钛粉均匀混合制成混合粉末，其中铝合金粉的质量分数为98wt％～99.5wt％，氢化钛粉末的质量分数为0.5wt％～2wt％；

(2)对颗粒增强铝基复合材料板和锌带的表面分别依次进行化学处理和机械处理；

(3)将表面处理之后的颗粒增强铝基复合材料板、锌带以及所述混合粉末，按照复合材料板-锌带-混合粉末-锌带-复合材料板的顺序依次装入预先加工和组装好的钢模具中，制成预制坯；

(4)将所述预制坯进行真空热压，制成可发泡的预制件；

(5)将所述可发泡的预制件放入已预先加热和保温的加热炉中发泡，使芯层充分膨胀，面板保持不变，发泡完成后冷却获得高比刚度泡沫铝夹芯板。

步骤(1)中，所述的铝合金粉为Al-Si-Mg合金粉、Al-Si合金粉或6061Al合金粉。

步骤(2)中，所述的颗粒增强铝基复合材料是碳化硅/铝复合材料(SiC_p/Al)，其中SiC颗粒的体积分数为10vol％～70vol％。