[发明专利]一种菱形十二面体钛合金点阵结构、夹层结构及制造方法

说明书

本发明涉及一种菱形十二面体钛合金点阵结构、夹层结构及制造方法，属于航空航天领域材料领域。本发明的TA15钛合金点阵结构，点阵结构包括多个单胞，单胞在空间重复并相互连接形成点阵结构；单胞包含一个菱形十二面体和八个钝角杆，菱形十二面体每条棱为一根连接杆；菱形十二面体包含八个钝角顶点和六个锐角顶点，钝角顶点向外连接一个钝角杆并通过连接杆与三个锐角顶点相连，锐角顶点分别通过连接杆与四个钝角顶点相连；菱形十二面体由12个全等的菱形构成，菱形的两条对角线之比为菱性边长是十二面体高的61.2％，锐角是70.5°，钝角是109.5°。利用本发明设计与制备的TA15钛合金材料结构减重可达30％～80％，具有良好的轻量化效果，可广泛用于航空航天材料。

技术领域

本发明涉及航空航天材料技术领域，尤其涉及一种菱形十二面体钛合金点阵结构、夹层结构及制造方法。

背景技术

钛合金以其优异的综合机械性能和良好的抗腐蚀性能，而且能够进行铸造、焊接、旋压、喷丸、超塑、机械加工等各种方式的加工成形，被广泛应用于航空器的结构件、连接件和发动机上。现今，钛合金用量占飞机整体质量的百分比已成为衡量飞机用材先进程度的一个重要标志，飞机上钛合金的用量也在随飞机设计要求和性能水平的提高而增加。TA15钛合金的名义成分为Ti-6.5Al-2Zr-1Mo-1V，其Al当量为6.85％，属于高Al当量的近α型钛合金。其强化机制是依靠α相稳定性元素Al的固溶强化，添加中性稳定元素Zr和少量β稳定元素Mo与V。退火状态的近α型钛合金组织为α相和少于10％的β相，成形性能有所改善，并具有一定的热处理强化特性。TA15钛合金兼具α型钛合金的优异的高温机械性能、可焊性和接近于α+β型钛合金的蠕变抗力及持久性能。因而，TA15钛合金被用于民航和军用飞机上高温承力的一些重要结构件，例如飞机的梁、接头、大型壁板、发动机叶片等。

轻质多孔金属结构是随着多功能需求的材料制备以及机械加工技术的迅速发展而出现的一类新颖多功能材料，是材料的选择及其性能研究的新方向。蜂窝结构作为经典的轻质夹层结构己经广泛应用于飞机、高铁、地铁的壁板、舱门防护壳体等重要结构件。三维点阵结构作为新一代轻质结构被提出，其芯体在结构上类似于桁架结构的空间网架，三维点阵夹层结构相对蜂窝等传统二维点阵结构，内部空间更利于布置管道、填充相关介质实现主动散热、抗震爆、电磁波隐身等功能，在飞机结构应用特别是结构功能一体化应用中具有广泛的应用前景。从三维点阵结构提出至今，技术人员为了得到结构更佳、性能更优的点阵夹层结构，先后提出了四面体型、金字塔型、X型、3D-Kagome型、沙漏型及编织物结构拓扑等多种不同的芯体构型。三维点阵结构不仅具有轻质高强的特点，其良好的内部空间还易于实现承载吸能、抗震抗爆、抑振散热、电磁波隐身等多功能，结构性能优越。

鉴于TA15钛合金优良的材料性能，在TA15合金上使用三维点阵夹层结构既保证材料的优异性能，又能使钛合金更加轻量化。现有技术中有熔模铸造法、金属丝编织法、拉压放电切割法、拉伸折叠法、节点下压法、拼搭焊接法、线切割嵌锁法、超塑成形/扩散连接法多种制备工艺。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种菱形十二面体TA15钛合金点阵结构、夹层结构及制造方法，采用该点阵结构的钛合金点阵夹层结构具有良好的内部空间，还易于实现承载吸能、抗震抗爆、抑振散热、电磁波隐身等多功能，具有结构性能优越且轻量化的轻质高强的特点。

一方面，本发明提供一种菱形十二面体TA15钛合金点阵结构，所述点阵结构包括多个单胞，单胞在空间重复并相互连接形成点阵结构；

所述单胞包含一个菱形十二面体和八个钝角杆，所述菱形十二面体每条棱为一根连接杆；所述菱形十二面体包含八个钝角顶点和六个锐角顶点，所述钝角顶点向外连接一个钝角杆并通过连接杆与三个锐角顶点相连，所述锐角顶点分别通过连接杆与四个钝角顶点相连；

所述菱形十二面体由12个全等的菱形构成，所述菱形的两条对角线之比为菱性边长是十二面体高的61.2％，锐角是70.5°，钝角是109.5°。