輕金屬三明治複合結構及其製作方法
2023-10-06 13:29:39 1
輕金屬三明治複合結構及其製作方法
【專利摘要】一種輕金屬三明治複合結構，由外向內依次為承重層、吸能層、內襯層，其技術要點是：所述承重層為鈦合金層，吸能層為泡沫鋁層層，內襯層為鋁合金層，鈦合金層、泡沫鋁層、鋁合金層之間的結合採用釺焊焊合，鋁合金層另一面有緊固壓板通過貫穿鋁合金層、泡沫鋁層緊固在鈦合金層裡面的螺栓螺母固定。鈦合金、泡沫鋁、鋁合金是很好的輕金屬材料，各自都有其優異物理性能和機械性能。它們製作的三明治複合結構，拓展了上述單質材料的性能範圍，具有重量輕、高比強度、高比剛度、高阻尼、吸能、減震、降噪、電磁屏蔽、耐腐蝕、順磁性等優異性能，特別是比鋼鐵材料性能更勝一籌，為解決、改善製造航空母艦甲板和潛水艇殼體的諸多問題提供了一種選擇。
【專利說明】輕金屬三明治複合結構及其製作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及金屬複合板材加工【技術領域】，具體地說一種具有重量輕、高比強度、高比剛度、高阻尼、吸能、減震、降噪、耐腐蝕、無磁、性能的輕金屬三明治複合結構及其製作方法。
【背景技術】
[0002]鈦合金、泡沫鋁、鋁合金是很好的輕金屬材料，各自都有其優異物理性能和機械性能。它們製作的三明治複合結構，拓展了上述單質材料的性能範圍，具有重量輕、高比強度、高比剛度、高阻尼、吸能、減震、降噪、電磁屏蔽、耐腐蝕、順磁性等優異性能，特別是比鋼鐵材料性能更勝一籌，為解決、改善製造航空母艦甲板和潛水艇殼體的諸多問題提供了一種選擇。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是提供一種重量輕、高比強度、高比剛度、高阻尼、吸能、減震、降噪、電磁屏蔽、耐腐蝕、順磁性的輕金屬三明治複合結構及其製作方法，為解決、改善製造航空母艦甲板和潛水艇殼體的諸多問題提供了 一種選擇。
[0004]本發明的目的是這樣實現的:該輕金屬三明治複合結構由外向內依次為承重層、吸能層、內襯層，其特徵在於:所述承重層為鈦合金層，吸能層為泡沫鋁層，內襯層為鋁合金層，鈦合金層、泡沫鋁層、鋁合金層之間的結合採用釺焊焊合，鋁合金層另一面有緊固壓板通過貫穿鋁合金層、泡沫鋁層緊固在鈦合金層裡面的螺栓螺母固定。
[0005]所述承重層厚度為10?40mm,吸能層厚度為20?80mm,緊固層厚度為10?30mm。
[0006]該輕金屬三明治複合結構的製作方法，其特徵在於，包括以下步驟:
1)取具有阻尼性能的鈦合金板，按照圖紙要求加工外形尺寸及通孔，打磨鈦合金板內側並塗抹釺焊劑備用；
2)取泡沫鋁板，按照圖紙要求加工外形尺寸及通孔，打磨泡沫鋁板兩結合面，分別塗抹釺焊劑備用；
3)取A3003鋁合金板，按照圖紙要求加工外形尺寸及通孔，打磨鋁合金板結合面，並在結合面塗抹釺焊劑備用；
4)取釺焊材料薄板，兩面塗抹釺焊劑備用；
5)釺焊材料薄板與具有阻尼性能的鈦合金板與泡沫鋁板貼合，泡沫鋁板與A3003鋁合金板貼合，形成「鈦合金板-釺焊料-泡沫鋁板-釺焊料-鋁合金板」結構；
6)在鋁合金板的外面設置緊固壓板，將緊固螺栓的一端擰入鈦合金板螺紋孔並用緊固螺栓螺母將三明治結構緊固；
7)在震動條件下，用火焰加熱鈦合金板外側至50(T55(TC,透過鈦合金板使釺焊材料薄板瞬間熔化，將具有阻尼性能的鈦合金板與泡沫鋁板釺焊焊接在一起；
8)在震動條件下，用火焰加熱A3003鋁合金板外側至50(T55(TC，透過鋁合金板使釺焊材料薄板瞬間熔化，將A3003鋁合金板與泡沫鋁釺焊在一起。
[0007]所述震動為超聲波震動或機械波震動。
[0008]所述釺焊材料由30~35wt%鋁，12~15wt%銅，30~35wt%銀，18~22wt%鋅構成或由13~17wt%鋁，0.015~0.025￥丨％鈹，餘量鋅構成。
[0009]所述具有阻尼性能的鈦合金板由下述組分構成:7.5^8.5wt%鋁，0.8^1.5wt%鑰、
0.8~1.5wt% f凡、餘量鈦。
[0010]所述鈦合金板採用真空自耗爐三次熔煉合金化方法製成。
[0011]所述緊固壓板為A3003鋁板。
[0012]所述釺焊劑為氯化銨粉末。
[0013]所述釺焊劑溶解在5%聚乙烯醇的水溶液中。
[0014]本發明具有的優點及積極的技術效果是:採用阻尼鈦合金作為表面承重板，內襯泡沫鋁板，底板為鋁合金板釺焊焊接製作的夾芯板的三明治結構。結構具有重量輕、高強度、高剛度、高阻尼、吸能、減震、降噪、無磁性、耐腐蝕的綜合性能和功能。能夠將外來衝擊能量轉化為熱能和機械能，對外來衝擊物體產生降低反彈力度，降低撞擊聲音作用。能夠屏蔽封閉空間的噪聲、電磁波。
[0015]高阻尼鈦合金具有高比彈性模量和高阻尼性能，鈦鋁鑰釩合金彈性模量高、密度低。室溫抗拉強度896MPa，屈服強度827MPa，延伸率10%，楊氏模量2700GPa，衝擊韌性20.3~33.9J，疲勞極限 5`65MPa。
[0016]泡沫鋁的材料結構具有高阻尼減震性能及高衝擊能量吸收率，阻尼性能為金屬鋁的5~10倍。
[0017]將本發明製造的高阻尼金屬結構部件用在航空母艦甲板上，可在飛機降落時，吸收飛機落下時對甲板衝擊產生的震動波和形變能，遲緩甲板對飛機反作用力，從而提高安全性。
[0018]將本發明製造的三明治金屬結構應用在潛水艇殼體上，能夠提高殼體的抗壓強度，加大潛水艇下潛深度；減少甚至完全屏蔽艇內噪聲洩露，提高潛水艇的隱蔽性；防深水炸彈攻擊，減輕潛水艇重量，提高續航能力和戰鬥力。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]以下結合附圖對本發明作進一步描述。
[0020]附圖標記說明:1鈦合金層、2釺焊材料、3泡沫鋁層、4鋁合金層、5緊固壓板、6固定螺栓。
[0021]圖1是本發明的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0022]實施例1
根據圖1詳細闡述本發明的結構。該高阻尼減震防護甲板由外向內依次為承重層、吸能層、內襯層。其中，最外承重層為鈦合金層1，中間吸能層為泡沫鋁層3，內襯層為鋁合金層4，鈦合金層1、泡沫鋁層3、鋁合金層4之間的結合採用釺焊焊合，鋁合金層4另一面有緊固壓板5通過貫穿鋁合金層4、泡沫鋁層3緊固在鈦合金層I裡面的緊固螺栓6、螺母固定加強，構成三明治結構。緊固螺栓6按照矩陣式設置，對三明治施加夾緊力。承重層厚度為IOmm,吸能層厚度為20mm,緊固層厚度為10mm。
[0023]該高阻尼減震防護甲板的製作方法，包括以下步驟:
I)取具有阻尼性能的鈦合金板，打磨鈦合金板內側並塗抹由聚乙烯醇水溶液與釺焊劑組成的混合液備用。將氯化銨釺焊劑溶解在5%聚乙烯醇的水溶液中製成釺焊劑混合液備用，將氯化銨溶解在5%聚乙烯醇的水溶液中可製成糊狀釺焊劑，使用更方便。鈦合金板由
8.5wt%招，1.5wt%鑰、1.5wt%f凡、88.5wt%鈦構成。鈦合金板中，加招可穩定α相,加鑰、釩可穩定β相，鈦合金板採用真空自耗電弧爐三次熔煉而成，使材料的合金化更加均勻。
[0024]2)取泡沫鋁板，按照圖紙要求加工外形尺寸及通孔，打磨泡沫鋁板兩結合面，分別塗抹釺焊劑混合液備用。
[0025]3)取Α3003鋁合金板，按照圖紙要求加工外形尺寸及通孔，打磨鋁合金板結合面，並在結合面塗抹釺焊劑混合液備用。
[0026]4)取釺焊材料薄板，在釺焊材料薄板內外兩側塗抹釺焊劑混合液備用。
[0027]5)通過釺焊材料薄板將具有阻尼性能的鈦合金板與泡沫鋁板的外側貼合，將泡沫鋁板的內側與Α3003鋁合金板的外側貼合，形成「鈦合金板-泡沫鋁板-鋁合金板」三明治結構。鈦合金有阻尼特性，與泡沫鋁製作成為三明治結構，產生協同作用，進一步提高了阻尼性能。
[0028]6)在鋁合金板的內側設置緊固壓板，將緊固螺栓的一端擰入鈦合金板螺紋孔並用緊固螺栓螺母將三明治結構緊固並且施加夾緊力。
[0029]7)超聲波或機械波震動下，用火焰加熱鈦合金板外側至50(T550°C，透過鈦合金板使釺焊材料薄板瞬間熔化，將具有阻尼`性能的鈦合金板與泡沫鋁板釺焊焊接在一起。
[0030]8)超聲波或機械波震動下，用火焰加熱A3003鋁合金板外側至50(T55(rC，透過鋁合金板使釺焊材料薄板瞬間熔化，將A3003鋁合金板與泡沫鋁釺焊在一起。
[0031]其中，A3003鋁合金板從東北輕合金有限公司購置。
[0032]實施例2
承重層厚度為20mm，吸能層厚度為30mm，緊固層厚度為15mm ;鈦合金板由7.5wt%鋁，
0.8wt% 鑰、0.8wt% IJi>90.9wt% 欽構成；釺焊材料由 30wt% 招，12wt% 銅，30wt% 銀，18wt% 鋒構成；其步驟與實施例1相同。
[0033]實施例3
承重層厚度為30mm,吸能層厚度為50mm,緊固層厚度為20mm ;鈦合金板由8.0wt%招，
1.0wt%鑰、1.0wt%f凡、90.0wt%欽構成;釺焊材料由 31.5wt%In, 12.5wt%銅，30wt%銀，18wt%鋅構成；其步驟與實施例1相同。
[0034]實施例4
承重層厚度為20mm,吸能層厚度為60mm,緊固層厚度為15mm ;鈦合金板由7.8wt%招，
1.2wt% 鑰、0.9wt% 釩、90.lwt% 鈦構成；釺焊材料由 35wt% 鋁，15wt% 銅，35wt% 銀，22wt% 鋅構成；其步驟與實施例1相同。
[0035]實施例5
承重層厚度為40mm,吸能層厚度為80mm,緊固層厚度為30mm ;鈦合金板由8.2wt%招，
0.9wt%鑰、1.0wt°/c^K、89.9wt°/c^ic構成；釺焊材料由 15wt%鋁，0.02wt%鈹，84.98wt%鋅構成；其步驟與實施例1相同。
[0036]表1實施例1飛鈦合金的組成成分
【權利要求】
1.一種輕金屬三明治複合結構，由外向內依次為承重層、吸能層、內襯層，其特徵在於:所述承重層為鈦合金層，吸能層為泡沫鋁層層，內襯層為鋁合金層，鈦合金層、泡沫鋁層、鋁合金層之間的結合採用釺焊焊合，鋁合金層另一面有緊固壓板通過貫穿鋁合金層、泡沫鋁層緊固在鈦合金層裡面的螺栓螺母固定。
2.根據權利要求1所述的輕金屬三明治複合結構其特徵在於:所述承重層厚度為l(T40mm，吸能層厚度為20~80臟，緊固層厚度為10~30臟。
3.—種輕金屬三明治複合結構的製作方法，其特徵在於，包括以下步驟: 1)取具有阻尼性能的鈦合金板，按照圖紙要求加工外形尺寸及通孔，打磨鈦合金板內側並塗抹釺焊劑備用； 2)取泡沫鋁板，按照圖紙要求加工外形尺寸及通孔，打磨泡沫鋁板兩結合面，分別塗抹釺焊劑備用； 3)取A3003鋁合金板，按照圖紙要求加工外形尺寸及通孔，打磨鋁合金板結合面，並在結合面塗抹釺焊劑備用； 4)取釺焊材料薄板，兩面塗抹釺焊劑備用； 5)釺焊材料薄板與具有阻尼性能的鈦合金板與泡沫鋁板貼合，泡沫鋁板與A3003鋁合金板貼合，形成「鈦合金板-釺焊料-泡沫鋁板-釺焊料-鋁合金板」結構； 6)在鋁合金板的外面設置緊固壓板，將緊固螺栓的一端擰入鈦合金板螺紋孔並用緊固螺栓螺母將三明治結構緊固； 7)在震動條件下，用火焰加熱鈦合金板外側至50(T55(TC,透過鈦合金板使釺焊材料薄板瞬間熔化，將具有阻尼性能的鈦合金板與泡沫鋁板釺焊焊接在一起；` 8)在震動條件下，用火焰加熱A3003鋁合金板外側至50(T55(TC，透過鋁合金板使釺焊材料薄板瞬間熔化，將A3003鋁合金板與泡沫鋁釺焊在一起。
4.根據權利要求3所述的高阻尼減震防護甲板的製作方法，其特徵在於:所述震動為超聲波震動或機械波震動。
5.根據權利要求3所述的高阻尼減震防護甲板的製作方法，其特徵在於:所述釺焊材料由30~35wt%鋁，12~15wt%銅，30~35wt%銀，18~22wt%鋅構成或由13~17wt%鋁，0.015~0.025￥丨％鈹，餘量鋅構成。
6.根據權利要求3所述的高阻尼減震防護甲板的製作方法，其特徵在於:所述具有阻尼性能的鈦合金板由下述組分構成:7.5~8.5wt%招,0.8~1.5wt%鑰、0.8~1.5wt% ?凡、餘量鈦。
7.根據權利要求3所述的高阻尼減震防護甲板的製作方法，其特徵在於:所述鈦合金板採用真空自耗爐三次熔煉合金化方法製成。
8.根據權利要求3所述的高阻尼減震防護甲板的製作方法，其特徵在於:所述緊固壓板為A3003鋁板。
9.根據權利要求3所述的高阻尼減震防護甲板的製作方法，其特徵在於:所述釺焊劑為氯化銨粉末。
10.根據權利要求3或9所述的高阻尼減震防護甲板的製作方法，其特徵在於:所述釺焊劑溶解在5%聚乙烯醇的水溶液中。
【文檔編號】B32B37/06GK103818050SQ201410091904
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年3月13日 優先權日:2014年3月13日
【發明者】閻東輝, 宋洪海 申請人:瀋陽和世泰通用鈦業有限公司