鎂鋁蜂窩板及鎂鋁蜂窩板的製備方法
2023-05-28 09:03:41 1
專利名稱：鎂鋁蜂窩板及鎂鋁蜂窩板的製備方法
技術領域：
本發明涉及蜂窩板技術，尤其涉及一種鎂鋁蜂窩板及鎂鋁蜂窩板的製備方法。
背景技術：
蜂窩板是一種高壓縮強度、輕量化的機械和工程結構，由上、下面板和蜂窩芯粘結而成。
工程領域裡現有的常用蜂窩板有三種紙質蜂窩板、玻璃鋼蜂窩板和鋁蜂窩板。紙質蜂窩板的蜂窩芯由紙浸漬樹脂，與植物纖維泡沫板膠合而成。紙蜂窩板成本低，強度低，不耐潮溼和老化，現在僅用於輕型移動房屋之類的建築結構；玻璃鋼蜂窩板是一種由玻璃纖維和樹脂製成的有機-無機複合材料蜂窩板，具有質輕、強度高的特點，缺點是耐衝擊強度低、易老化和使用不可再生資源；鋁蜂窩板由鋁蜂窩芯和鋁合金面板膠接而成，強度高，耐候性較好，現在已經應用於飛機、高速列車等交通運輸裝備的結構製造。
然而，隨著交通運輸裝備輕量化的發展，要求製造交通運輸裝備的材料越來越輕質，由此現有的鋁蜂窩板由於質量大和減振降噪性能較低，已經不能滿足新的需要。
發明內容
本發明的目的在於提供一種鎂鋁蜂窩板及鎂鋁蜂窩板的製備方法，以提供一種輕質、具有更好減振降噪性能的蜂窩板。
為了實現上述目的，本發明提供了一種鎂鋁蜂窩板，由上至下依次包括上層鎂合金面板、第一粘膠層、鋁蜂窩芯、第二粘膠層以及下層鎂合金面板，其中，所述上層鎂合金面板和所述下層鎂合金面板為鎂合金軋制板材經去應力退火處理而成，且表面處理成耐腐蝕膜，所述第一粘膠層和所述第二粘膠層由弱鹼性高強度膠形成；所述上層鎂合金面板、第一粘膠層、鋁蜂窩芯、第二粘膠層以及下層鎂合金面板經過熱壓固化成型為所述鎂鋁蜂窩板。
為了實現上述目的，本發明還提供了一種鎂鋁蜂窩板的製備方法，包括 對經過去應力退火處理的鎂合金軋制板材進行表面預處理，獲得表面具有耐腐蝕膜的上層鎂合金面板和下層鎂合金面板； 分別在所述上層鎂合金面板的下表面和所述下層鎂合金面板的上表面，塗覆弱鹼性高強度膠； 按照由上至下的順序，將所述上層鎂合金面板、所述鋁蜂窩芯以及所述下層鎂合金面板相互對應貼合，經過熱壓固化處理形成由上至下依次包括有上層鎂合金面板、第一粘膠層、鋁蜂窩芯、第二粘膠層以及下層鎂合金面板的所述鎂鋁蜂窩板。
本發明提供的鎂鋁蜂窩板及鎂鋁蜂窩板的製備方法，通過使用表面進行過絕緣化處理的鎂合金軋制板材作為上層鎂合金面板和下層鎂合金面板，使用弱鹼性高強度膠進行上、下面板與鋁蜂窩芯之間的可靠連接，得到了輕質的蜂窩板。
圖1為本發明鎂鋁蜂窩板實施例的結構示意圖； 圖2為本發明鎂鋁蜂窩板的製備方法實施例的步驟流程圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和具體實施例進一步說明本發明實施例的技術方案。
圖1為本發明鎂鋁蜂窩板實施例的結構示意圖，如圖1所示，該鎂鋁蜂窩板由上至下依次包括上層鎂合金面板10、第一粘膠層20、鋁蜂窩芯30、第二粘膠層40以及下層鎂合金面板50。
其中，上層鎂合金面板10和下層鎂合金面板50是由經過去應力退火處理、且表面具有耐腐蝕膜的鎂合金軋制板材製成的，其中所述的耐腐蝕膜為陽極氧化膜或化學轉化膜，所述的陽極氧化膜是對鎂合金軋制板材進行陽極氧化和封孔處理生成的，所述的化學轉化膜是對鎂合金軋制板材進行化學轉化和封孔處理生成的。
由於鎂在自然條件下生成的氧化膜不能完全覆蓋鎂表面，並且該氧化膜疏鬆多孔，對鎂基體缺少保護能力，致使鎂在大多數腐蝕性環境中不能使用，由此需要對鎂合金軋制板材的表面進行預處理，以增加鎂合金的耐腐蝕性和實現鎂合金與鋁蜂窩板芯之間的電化學隔離。對鎂合金軋制板材進行表面預處理的方法可以為通過陽極氧化和封孔處理或化學轉化和封孔處理，在鎂合金軋制板材的表面形成陽極氧化膜或化學轉化膜。
第一粘膠層20和第二粘膠層40由弱鹼性高強度膠形成。在上層鎂合金面板10的下表面和下層鎂合金面板50的上表面，塗覆弱鹼性高強度膠，以使上層鎂合金面板10和下層鎂合金面板50能與鋁蜂窩芯粘接在一起，塗覆的弱鹼性高強度膠形成了第一粘膠層20和第二粘膠層40。本實施例中選用弱鹼性高強度膠作為粘合劑是由於，如果該高強度膠為酸性，則會腐蝕鎂合金面板，如果該高強度膠的鹼性較強，則會腐蝕鋁蜂窩芯，由此，本實施例中的該高強度膠為pH值的範圍為7.0＜pH≤8.5的弱鹼性聚合物膠，例如pH值為8.0的改性環氧膠粘劑，pH值為8.5的改性聚氨酯膠粘劑等。
上層鎂合金面板10、第一粘膠層20、鋁蜂窩芯30、第二粘膠層40以及下層鎂合金面板50經過熱壓固化成型為本發明實施例提供的鎂鋁蜂窩板。
鎂合金是新型高強度工程結構金屬材料，與鋁合金相比，鎂合金具有以下優點鎂合金工程結構具有很好的減振降噪特性，且阻尼性能好；在很寬的頻段內具有很好的電磁屏蔽性能；由於鎂合金應用技術研究開發發展迅速，關於鎂合金從材料體系拓展到加工、連接/焊接，以及表面處理等技術，新成果層出不窮；鎂礦資源儲量世界第一，可開採近萬年，而海洋鎂事實上是無窮資源；散熱性能好；液態流動性好，熔化潛熱僅有鋁合金的60％左右，機械切削性能顯著優於鋁合金。並且，鎂合金不易老化、便於回收、且易於在自然環境下被氧化而被土壤吸收、對人體和環境無害，屬於「綠色材料」。表1列出了常見工業規模生產的鋁合金和鎂合金的主要性能對比。
表1鋁合金和鎂合金的主要性能對比 本發明實施例提供的鎂鋁蜂窩板，由於使用異質材料，即採用鎂合金作為上下面板、採用鋁蜂窩芯作為板芯，所以需要採用陽極氧化和封孔處理或化學轉化和封孔處理對鎂合金軋制板材進行表面絕緣化處理，並且採用弱鹼性聚合物膠對鎂合金面板和鋁蜂窩芯進行電化學隔離和可靠連接；與現有的鋁蜂窩板相比，該鎂鋁蜂窩板具有以下優點由於蜂窩板的強度與蜂窩板的面板材料強度性能成正比關係，所以鎂鋁蜂窩板的強度高於或不低於同規格的鋁蜂窩板；重量(單位面積質量)比鋁蜂窩板降低約25-35％，彎曲強度比鋁蜂窩板提高20％；隔聲性能比鋁蜂窩板提高3-20分貝。採用本發明實施例提供的鎂鋁蜂窩板在太空飛行器、飛行器、輕量化高速列車、城市軌道列車等交通運輸裝備中作為壁板、地板和/或隔板等部件，可以實現大幅度減重、節能減排、降低噪音和振動。
圖2為本發明鎂鋁蜂窩板的製備方法實施例的步驟流程圖。如圖2所示，該方法包括 步驟201、將鎂合金軋制板材進行剪裁和去應力退火處理。
將熱軋/冷軋方法生產的鎂合金軋制板材，按照所需的大小進行剪裁，然後對該鎂合金軋制板材進行去應力退火處理。退火處理是指將材料置於一定溫度下確定時間後，再慢慢冷卻到室溫的熱處理製程；去應力退火處理的主要目的是釋放應力、增加材料延展性與韌性。例如對經過熱擠壓-熱軋-冷軋的AZ31B板材進行退火處理的過程為在200-350℃下將AZ31B板材加熱30-60分鐘，然後慢慢冷卻到室溫。
步驟202、對經過去應力退火處理的鎂合金軋制板材進行表面預處理，以獲得具有表面耐腐蝕膜的上層鎂合金面板和下層鎂合金面板。具體為對經過去應力退火處理的鎂合金軋制板材進行陽極氧化和封孔處理或化學轉化和封孔處理，以獲得表面具有陽極氧化膜或化學轉化膜的上層鎂合金面板和下層鎂合金面板。
為了增加鎂合金的耐腐蝕性，實現上層鎂合金面板和下層鎂合金面板與鋁蜂窩芯之間的電化學隔離，需要對經過去應力退火處理的鎂合金軋制板材進行表面預處理。具體的，可以通過以下兩種方法進行表面預處理。
1)陽極氧化和封孔處理的方法 通過陽極氧化和封孔處理在經過去應力退火處理的鎂合金軋制板材的表面生成一層陽極氧化膜，具體方法為對經過去應力退火處理的鎂合金軋制板材依次進行以下操作除油、酸洗、冷水漂洗、陽極氧化處理、冷水漂洗、封孔處理、冷水漂洗和烘乾。
其中陽極氧化處理的過程為藉助直流穩壓穩流電源，在電解液溫度為35℃-55℃、電流密度為50-80mA/cm2的條件下，將經過去應力退火處理的鎂合金軋制板材在該電解液中氧化25-35分鐘。該電解液包括為氫氧化鈉、偏鋁酸鈉、碳酸鈉、矽酸鈉、氟硼酸鈉和水；其中，電解液中氫氧化鈉、偏鋁酸鈉、碳酸鈉、矽酸鈉和氟硼酸鈉的濃度分別為10-40g/L、20-60g/L、0.5-5g/L、0.5-5g/L和0.5-5g/L； 封孔處理的過程為將經過陽極氧化處理的鎂合金軋制板材在溫度為50℃-100℃、濃度為10-100g/L的水玻璃溶液中浸泡10-30分鐘。
2)化學轉化和封孔處理的方法 通過化學轉化和封孔處理，在經過去應力退火處理的鎂合金軋制板材的表面生成一層化學轉化膜；該化學轉化和封孔處理包括依次進行的化學轉化處理和封孔處理。
其中化學轉化處理的具體方法為將經過去應力退火處理的鎂合金軋制板材依次進行以下操作水洗、無水乙醇洗、除油、水洗、磷酸鹽溶液浸泡處理、水洗和乾燥。磷酸鹽浸泡處理過程為將經過去應力退火處理的鎂合金軋制板材在溫度為30℃-40℃的磷酸鹽溶液中浸泡10-30分鐘。
該磷酸鹽溶液的製備過程為將磷酸鈉、高錳酸鉀、緩蝕劑與水混合，以形成混合液，該混合液中磷酸鈉、高錳酸鉀和緩蝕劑的濃度分別為50-150g/L、10-100g/L和2-8g/L，然後向該混合液中添加磷酸，直至將該混合液的pH值調節為2.5-4。
封孔處理的具體方法為將經過化學轉化處理的鎂合金軋制板材在溫度為50℃-100℃、10-100g/L的水玻璃溶液中浸泡10-30分鐘。
步驟203、分別在上層鎂合金面板的下表面和下層鎂合金面板的上表面，塗覆弱鹼性高強度膠。
將經過表面預處理的上層鎂合金面板的下表面和下層鎂合金面板的上表面，即上層鎂合金面板和下層鎂合金面板與鋁蜂窩芯的接觸面，用酒精清洗、吹乾，然後塗覆弱鹼性高強度膠，該弱鹼性高強度膠的用量可以為300-800g/m2。其中，該弱鹼性高強度膠優選為弱鹼性聚合物膠，該弱鹼性聚合物膠的pH範圍為7.0＜pH≤8.5。
此外，在具體實施過程中，除了在上層鎂合金面板的下表面和下層鎂合金面板的上表面塗覆弱鹼性高強度膠以外，也可以在鋁蜂窩芯的上表面和下表面頁塗覆弱鹼性高強度膠。
步驟204、按照由上至下的順序，將上層鎂合金面板、鋁蜂窩芯以及下層鎂合金面板相互對應貼合，進行熱壓固化處理形成由上至下依次包括有上層鎂合金面板、第一粘膠層、鋁蜂窩芯、第二粘膠層以及下層鎂合金面板的鎂鋁蜂窩板。
根據應用對象的具體要求，商業定製制定化學成分的鋁蜂窩芯，按照由上至下的順序，將塗覆過弱鹼性高強度膠的上層鎂合金面板、鋁蜂窩芯以及塗覆過弱鹼性高強度膠的下層鎂合金面板相互對應貼合，然後對貼合後的上層鎂合金面板、鋁蜂窩芯以及下層鎂合金面板進行加熱加壓，以使弱鹼性高強度膠形成的第一粘膠層和第二粘膠層固化，將上層鎂合金面板、鋁蜂窩和下層鎂合金面板粘結在一起，在空氣中自然冷卻，最後製成由上至下依次包括有上層鎂合金面板、第一粘膠層、鋁蜂窩芯、第二粘膠層以及下層鎂合金面板的鎂鋁蜂窩板。
本發明實施例提供的鎂鋁蜂窩板的製備方法，由於該鎂鋁蜂窩板使用異質材料，即採用鎂合金作為上下面板、採用鋁蜂窩芯作為板芯，所以需要採用陽極氧化和封孔處理或化學轉化和封孔處理對鎂合金軋制板材進行表面絕緣化處理，以實現鎂合金面板與鋁蜂窩芯之間的電化學隔離，並且採用弱鹼性聚合物膠對鎂合金面板和鋁蜂窩芯進行可靠連接；與現有的鋁蜂窩板相比，該鎂鋁蜂窩板具有以下優點強度高於或不低於同規格的鋁蜂窩板；重量(單位面積質量)比鋁蜂窩板降低約25-35％，彎曲強度比鋁蜂窩板提高20％；隔聲性能比鋁蜂窩板提高3-20分貝。採用本發明實施例提供的鎂-鋁蜂窩板在太空飛行器、飛行器、輕量化高速列車、城市軌道列車等交通運輸裝備中作為壁板、地板和/或隔板等部件，可以實現大幅度減重、節能減排、降低噪音和振動。
最後應說明的是以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和範圍。
權利要求
1、一種鎂鋁蜂窩板，其特徵在於，由上至下依次包括上層鎂合金面板、第一粘膠層、鋁蜂窩芯、第二粘膠層以及下層鎂合金面板，其中，所述上層鎂合金面板和所述下層鎂合金面板為鎂合金軋制板材經去應力退火處理而成，且表面處理成為耐腐蝕膜，所述第一粘膠層和所述第二粘膠層由弱鹼性高強度膠形成；所述上層鎂合金面板、第一粘膠層、鋁蜂窩芯、第二粘膠層以及下層鎂合金面板經過熱壓固化成型為所述鎂鋁蜂窩板。
2、根據權利要求1所述的鎂鋁蜂窩板，其特徵在於，所述耐腐蝕膜具體為經陽極氧化和封孔處理獲得的陽極氧化膜或經化學轉化和封孔處理獲得的化學轉化膜。
3、根據權利要求1所述的鎂鋁蜂窩板，其特徵在於，所述弱鹼性高強度膠的PH值範圍為7.0＜pH≤8.5。
4、一種鎂鋁蜂窩板的製備方法，其特徵在於，包括
對經過去應力退火處理的鎂合金軋制板材進行表面預處理，獲得表面具有耐腐蝕膜的上層鎂合金面板和下層鎂合金面板；
分別在所述上層鎂合金面板的下表面和所述下層鎂合金面板的上表面，塗覆弱鹼性高強度膠；
按照由上至下的順序，將所述上層鎂合金面板、所述鋁蜂窩芯以及所述下層鎂合金面板相互對應貼合，經過熱壓固化處理形成由上至下依次包括有上層鎂合金面板、第一粘膠層、鋁蜂窩芯、第二粘膠層以及下層鎂合金面板的所述鎂鋁蜂窩板。
5、根據權利要求4所述的鎂鋁蜂窩板的製備方法，其特徵在於，所述去應力退火處理的過程為
將所述鎂合金軋制板材在200℃下加熱30分鐘，然後冷卻。
6、根據權利要求4所述的鎂鋁蜂窩板的製備方法，其特徵在於，所述對經過去應力退火處理的鎂合金軋制板材進行表面預處理，獲得表面具有耐腐蝕膜的上層鎂合金面板和下層鎂合金面板具體為
對經過去應力退火處理的鎂合金軋制板材進行陽極氧化和封孔處理或化學轉化和封孔處理，獲得表面具有陽極氧化膜或化學轉化膜的上層鎂合金面板和下層鎂合金面板。
7、根據權利要求6所述的鎂鋁蜂窩板的製備方法，其特徵在於，所述陽極氧化和封孔處理包括依次進行的陽極氧化處理和封孔處理；
所述陽極氧化處理的過程為將所述經過去應力退火處理的鎂合金軋制板材，在溫度為35℃-55℃、電流密度為50-80mA/cm2的電解液中氧化25-35分鐘；
其中，所述電解液包括氫氧化鈉、偏鋁酸鈉、碳酸鈉、矽酸鈉、氟硼酸鈉和水；其中，所述電解液中氫氧化鈉、偏鋁酸鈉、碳酸鈉、矽酸鈉和氟硼酸鈉的濃度分別為10-40g/L、20-60g/L、0.5-5g/L、0.5-5g/L和0.5-5g/L；
所述封孔處理的過程為將經過陽極氧化處理的所述鎂合金軋制板材在溫度為50℃-100℃、10-100g/L的水玻璃溶液中浸泡10-30分鐘。
8、根據權利要求6所述的鎂鋁蜂窩板的製備方法，其特徵在於，所述化學轉化和封孔處理包括依次進行的化學轉化處理和封孔處理；
所述化學轉化處理的過程為將所述經過去應力退火處理的鎂合金軋制板材在溫度為30℃-40℃的磷酸鹽溶液中浸泡10-30分鐘；
其中，所述磷酸鹽溶液的製備過程為將磷酸鈉、高錳酸鉀、緩蝕劑與水混合形成混合液，所述混合液中磷酸鈉、高錳酸鉀和緩蝕劑的濃度分別為50-150g/L、10-100g/L和2-8g/L；用磷酸將所述混合液的pH值調節為2.5-4；
所述封孔處理的過程為將經過化學轉化處理的所述鎂合金軋制板材在溫度為50℃-100℃、10-100g/L的水玻璃溶液中浸泡10-30分鐘。
9、根據權利要求4所述的鎂鋁蜂窩板的製備方法，其特徵在於，所述塗覆弱鹼性高強度膠具體為塗覆PH值範圍為7.0＜pH≤8.5的弱鹼性聚合物膠。
全文摘要
本發明提供一種鎂鋁蜂窩板及鎂鋁蜂窩板的製備方法，該鎂鋁蜂窩板由上至下依次包括上層鎂合金面板、第一粘膠層、鋁蜂窩芯、第二粘膠層以及下層鎂合金面板，其中，上層鎂合金面板和下層鎂合金面板為鎂合金軋制板材經去應力退火處理而成，且表面處理成為耐腐蝕膜，第一粘膠層和第二粘膠層由弱鹼性高強度膠形成；上層鎂合金面板、第一粘膠層、鋁蜂窩芯、第二粘膠層以及下層鎂合金面板經過熱壓固化成型為所述鎂鋁蜂窩板。本發明提供的鎂鋁蜂窩板及鎂鋁蜂窩板的製備方法，通過使用表面進行過絕緣化處理的鎂合金軋制板材作為上層鎂合金面板和下層鎂合金面板，使用弱鹼性高強度膠進行上、下面板與鋁蜂窩芯之間的可靠連接，得到了輕質的蜂窩板。
文檔編號B32B3/12GK101623942SQ2009100911
公開日2010年1月13日 申請日期2009年8月10日 優先權日2009年8月10日
發明者權高峰, 李瑞淳 申請人:北京華盛榮鎂業科技有限公司, 權高峰