專利名稱：金屬蜂窩結(jié)構(gòu)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包含至少兩個(gè)金屬構(gòu)件的復(fù)合金屬結(jié)構(gòu)，所述金屬構(gòu)件在釬焊操作中通過(guò)金屬波紋夾芯(metallic corrugated sandwich core)至少部分彼此固定。此外,本發(fā)明涉及這種金屬蜂窩結(jié)構(gòu)的制造方法。
背景技術(shù)：
在下文中將會(huì)明了的是，除非另作說(shuō)明，鋁合金牌號(hào)和狀態(tài)代號(hào)(temperdesignations)是指由美國(guó)招業(yè)協(xié)會(huì)(Aluminum Association)在2010年出版的“AluminumStandards and Data and the Registration Records，，中的 “Aluminum Associationdesignations”,這也是本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的。除非另作說(shuō)明，對(duì)于合金組成或優(yōu)選合金組成的任何描述而言，所指的百分?jǐn)?shù)均
為重量百分?jǐn)?shù)。具有固有開放式芯(例如蜂窩芯)的夾層(sandwich)組件本身是已知的，并用于多個(gè)領(lǐng)域中。它們被用于例如建造用于航空航天旅行、海運(yùn)的交通工具；以及建造機(jī)動(dòng)車及鐵路。該組件最重要的優(yōu)勢(shì)之一在于比強(qiáng)度和比剛度與重量的比值非常高。按照由兩個(gè)金屬構(gòu)件形成的表層支持物(skin support)的類型進(jìn)行分組,可將夾芯材料區(qū)分為兩個(gè)主要的組，即均質(zhì)芯(homogeneous cores)和結(jié)構(gòu)芯(structuredcores) 0均質(zhì)芯材涉及發(fā)泡材料。而結(jié)構(gòu)芯材是由形成孔結(jié)構(gòu)的波紋材料制成的，可再分為兩個(gè)主要的組(即孔開口大體朝向面內(nèi)方向的波紋芯類型以及孔開口大體朝向面外方向的波紋芯類型)，并為表層提供了雙向支持，還提供了高的面外壓縮性質(zhì)。盡管人造蜂窩結(jié)構(gòu)可采用許多其它配置，孔開口朝向面外方向的波紋芯類型通常被稱為蜂窩結(jié)構(gòu)，該名稱來(lái)源于它與蜜蜂的蜂窩(一種六角形板結(jié)構(gòu))的視覺(jué)相似性。然而在本領(lǐng)域中，孔開口大體朝向面內(nèi)方向的波紋芯類型也經(jīng)常被稱為蜂窩結(jié)構(gòu)。孔開口朝向面外方向的波紋芯類型可由多種材料制成，例如由紙或熱塑性塑料制成，滿足低負(fù)載應(yīng)用中的低強(qiáng)度及低剛度；或由鋁或纖維增強(qiáng)塑料制成，滿足高性能應(yīng)用中的高強(qiáng)度及高剛度。纖維增強(qiáng)塑料芯的實(shí)例在歐洲專利文件EP-2266784-A1 (2010年12月29日公開)中已知用于飛行器(aircraft)或直升機(jī)，該文件還公開了具有三維弧形形狀的預(yù)制體的生產(chǎn)，包括預(yù)制體的浸潰、將預(yù)制體與蜂窩芯靠攏、并將預(yù)制體和蜂窩芯共同硬化。利用膠粘劑粘合的全金屬蜂窩結(jié)構(gòu)的實(shí)例已知于美國(guó)專利文件US-4，025，681 (1977年5月24日公告)。在蜂窩結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)中使用膠粘劑存在若干缺點(diǎn)。這會(huì)造成蜂窩結(jié)構(gòu)生產(chǎn)中使用若干額外的加工步驟，包括對(duì)金屬表面進(jìn)行多種化學(xué)預(yù)處理 的步驟。非常重要的是，尤其是考慮到相對(duì)低溫的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，膠粘劑的使用限制了可安全使用該蜂窩結(jié)構(gòu)的溫度上限。并且，具有一些潮氣或其它液體的操作環(huán)境可導(dǎo)致所施用的膠粘劑被削弱或軟化，并由此導(dǎo)致芯與金屬構(gòu)件之間的粘合強(qiáng)度被削弱或軟化。此外，由于膠粘劑粘合作用隨時(shí)間減弱，膠粘劑強(qiáng)度的耐久性是有限的。
孔開口朝向面內(nèi)方向的波紋芯類型的實(shí)例已知于美國(guó)專利文件US-2003/0223922-A1 (2003年12月4日公開)，該文件公開了用于制造催化劑轉(zhuǎn)化器的金屬蜂窩芯主體的方法和結(jié)構(gòu)。這種排列的另一個(gè)實(shí)例已知于美國(guó)專利文件US-2004/0217149-Al(2004年11月4日公開)。通過(guò)需要施用粉狀釬焊材料的釬焊工藝將已知的蜂窩結(jié)構(gòu)連接到表層支持材料，所述釬焊材料小于形成該蜂窩結(jié)構(gòu)一部分的波紋膜波高的15%。由于蜂窩夾層材料出色的單位重量性能，它們能夠節(jié)約重量和成本，但這種節(jié)約必須與生產(chǎn)蜂窩芯中相對(duì)較高的成本以及整個(gè)生產(chǎn)的復(fù)雜性達(dá)到平衡。在不損害復(fù)合金屬 結(jié)構(gòu)完整性的情況下，對(duì)低成本、簡(jiǎn)化生產(chǎn)方法以及高生產(chǎn)力存在一定需求。


圖I顯示了包含兩個(gè)金屬構(gòu)件的完整復(fù)合結(jié)構(gòu)的實(shí)施方式，所述金屬構(gòu)件在釬焊操作中通過(guò)由釬焊板制成的金屬波紋夾芯彼此固定；為簡(jiǎn)化該附圖，圖I省略了顯示釬焊板上的包覆層(clad layers)的細(xì)節(jié)。圖2顯示了與兩個(gè)金屬構(gòu)件連接之前的釬焊板的波紋芯；這顯示了該金屬波紋釬焊板包含鋁芯層，該鋁芯層兩側(cè)都包覆有鋁釬焊包覆層。圖3顯示了完整復(fù)合結(jié)構(gòu)的另一個(gè)實(shí)施方式，該復(fù)合結(jié)構(gòu)包含位于兩個(gè)金屬構(gòu)件內(nèi)側(cè)上的包覆層，所述金屬構(gòu)件通過(guò)波紋板的芯固定在一起。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供具有金屬波紋夾芯的復(fù)合金屬結(jié)構(gòu)，該復(fù)合金屬結(jié)構(gòu)更易于制造。本發(fā)明滿足并超越了該目的和其它目的以及進(jìn)一步的優(yōu)勢(shì)，并提供了包含至少兩個(gè)金屬構(gòu)件的復(fù)合金屬結(jié)構(gòu)，所述金屬構(gòu)件在釬焊操作中通過(guò)金屬波紋夾芯至少部分彼此固定，其中金屬波紋夾層結(jié)構(gòu)由包含鋁芯層的波紋釬焊板材料制成，該鋁芯層兩側(cè)都包覆有鋁釬焊包覆層，該鋁釬焊包覆層形成4000系列鋁合金的填充材料(fillermaterial)，該填充材料含有6 % -14 %的Si，并進(jìn)一步包含選自于由以下元素組成的組中的一種或多種潤(rùn)濕兀素(wetting elements) (Bi 0. 03% -0. 5%> PbO. 03% -0. 5%>Sb 0. 03 % -0. 5 Li 0. 03 % -0. 5 Se 0. 03 % -0. 5 Y0. 03 % -0. 05 %、Th0. 03% -0. 05% )，這些元素的總量為0.5%以下。依照本發(fā)明，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)復(fù)合金屬結(jié)構(gòu)可制成全金屬結(jié)構(gòu)，從而避免了膠粘劑的使用中所固有的所有缺點(diǎn)。該復(fù)合金屬結(jié)構(gòu)其強(qiáng)度和剛度與重量的比值非常高。本發(fā)明非常重要的特征在于能夠通過(guò)釬焊方式進(jìn)行制造，并且在優(yōu)選的實(shí)施方式中，可以在無(wú)纖劑(fluxless)受控氣氛釬焊操作中進(jìn)行制造。因此，不再需要施用、處理及使用纖劑材料，從而極大地簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝。這對(duì)于該蜂窩結(jié)構(gòu)的制造而言在成本上有優(yōu)勢(shì)，同時(shí)還提高了該蜂窩結(jié)構(gòu)在制作范圍內(nèi)的工藝可靠性及使用壽命。在用于制造波紋夾層結(jié)構(gòu)的釬焊板材料中，該釬焊板材料的芯合金兩側(cè)都包覆有4000系列鋁合金的填充材料以促進(jìn)無(wú)纖劑CAB工藝，該填充材料優(yōu)選含有約6% -14%的Si、更優(yōu)選約9% -12%的Si，并含有選自于由Bi、Pb、Li、Sb、Se、Y和Th組成的組中的至少一種潤(rùn)濕元素，其中這些元素的總量為0. 5%以下。術(shù)語(yǔ)“填充物”是指在釬焊操作中用于將芯合金釬焊到其它金屬構(gòu)件的鋁合金。本領(lǐng)域中已知的是，填充合金可由單一包覆層制成；或可由兩個(gè)獨(dú)立的包覆層制成，兩個(gè)包覆層各自由4000系列合金制成且彼此接合，在兩個(gè)層的熔化條件下在釬焊操作期間發(fā)生熔化，形成如本文所定義的填充合金的化學(xué)組成。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，采用單一包覆材料。對(duì)于本發(fā)明的目的而言，本文所使用的術(shù)語(yǔ)“受控氣氛釬焊”或“CAB”是指將非活性氣氛(例如氮?dú)?、氬氣或氦?用于釬焊鋁合金制品的釬焊工藝，該工藝與真空釬焊的不同之處特別在于對(duì)于CAB而言，釬焊操作期間爐內(nèi)的釬焊氣氛約為正常大氣壓，盡管輕微的減壓(例如在0. Ibar以上的壓力下作業(yè))或具有輕微的超壓可用于協(xié)助對(duì)非活性氣氛的控制，并防止含氧氣體流入釬焊爐?！靶尽笔侵缸鳛榻Y(jié)構(gòu)支持物的鋁合金(對(duì)于用作填充的鋁合金而言)。“包覆”(cladding)用于描述填充物覆蓋于芯的兩個(gè)表面上時(shí)的使用情況，任選在芯和包覆物之間使用中間層，該中間層起到擴(kuò)散阻擋物(diffusion barrier)的作用或改善釬焊后條件下產(chǎn)品的耐腐蝕性。然后，經(jīng)包覆的芯被稱為釬焊板。“角焊縫”(fillet)表示兩個(gè)表面間的凹形接合部(concave junction)。優(yōu)選除潤(rùn)濕元素外還加入Mg，其含量被控制在約0. 03% -0. 9%，更優(yōu)選該上限為約0. 5%、更優(yōu)選約0. 3%。Mg含量更優(yōu)選的下限為0. 06%。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，元素Bi選自潤(rùn)濕元素的組，其含量為約0.03% -0.5%、優(yōu)選約0. 05% -0. 35%、更優(yōu)選約0. 12% -0. 35%，這是因?yàn)閷?duì)于無(wú)釬劑CAB操作期間用于這一合金體系中的目的而言，Bi是最有效的潤(rùn)濕元素。通過(guò)仔細(xì)地控制填充合金中Mg和Bi的量，將兩種元素有目的地加入填充合金中，在無(wú)釬劑CAB方法中形成了良好的角焊縫。作為將Bi加入填充合金的替代方案，Bi可部分或全部替換為鉛或銻或任何其它潤(rùn)濕元素(單獨(dú)或組合)。然而，不太優(yōu)選使用這些潤(rùn)濕元素。理想的情況是，只將Bi加入填充合金。在將Bi加入釬焊材料層的實(shí)施方式中，相對(duì)于化學(xué)計(jì)量組成的Bi2Mg3，進(jìn)一步優(yōu)選任意過(guò)量的Mg含量為0.07%以下。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)Bi在鋁中的溶解度低，即便以低水平(例如約0. 15% )加入,Bi仍傾向于在晶界(grain boundaries)處析出。為克服這個(gè)問(wèn)題，少量Mg會(huì)形成Bi2Mg3,這會(huì)阻止Bi在晶界處析出。然而,該Bi2Mg3相會(huì)在填充材料熔化時(shí)溶解于釬焊包覆層材料中，釋放出Bi，從而降低熔融填充物的表面張力。填充合金中存在的Fe量主要取決于合金材料的來(lái)源，可為至多約0. 8%，優(yōu)選不高于約0.6%。作為晶粒細(xì)化劑(grain refiner)元素,存在于釬焊材料中的Ti可為至多約0.2%、優(yōu)選至多約0. 15%。作為雜質(zhì)元素，可容許至多約0.3%的Cu。存在于填充合金中的Mn可為0到約I. 5%。當(dāng)作為雜質(zhì)存在時(shí)，可容許約0. 3%的Mn。然而，還可有目的地添加約0.3%-I. 5%的Mn。添加Mn更優(yōu)選的上限為約I. 0%。余量由不可避免的或附帶的雜質(zhì)(通常每種最多為0. 05,總量最多為0. 15*% )以及鋁組成。所述填充合金優(yōu)選不含Na、K及Ca元素中的任一種，以避免在釬焊操作期間受到潤(rùn)濕元素(例如Bi和Mg)的任何干擾。“不含(free)”表示并未有目的地將Na、K及Ca加入到化學(xué)組成中，而是由于雜質(zhì)和/或與制造裝置接觸造成的滲漏；盡管如此，痕量的Na、K及Ca仍有可能進(jìn)入到填充合金產(chǎn)品中。在一個(gè)實(shí)施方式中，填充合金進(jìn)一步包含選自于由約0.4% -6%的Zn、約、0. 01% -1%的In、約0.01% -I %的Sn及約0. 01% _1 %的Ge組成的組中的一種或多種元素。這些合金化元素通過(guò)使填充材料相對(duì)于芯材料而言更易犧牲(sacrificial)，從而改善了芯材料的耐腐蝕性。當(dāng)含量低于下限時(shí)，犧牲陽(yáng)極效應(yīng)不足以產(chǎn)生犧牲陽(yáng)極效應(yīng)；當(dāng)含量高于上限時(shí)，在耐腐蝕性方面不會(huì)提供任何進(jìn)一步的改善，而該合金更難以制造。如果不是有目的地加入，作為雜質(zhì)元素，可容許至多約0. 4%的Zn。
在釬焊板材料的一個(gè)特定實(shí)施方式中，填充材料包含以下組分(以被％計(jì))Si 6-14，優(yōu)選約9-12，更優(yōu)選約10 ; Mg 0.02-0.5，優(yōu)選約 0. 06-0. 3 ；Bi 0. 05-0. 5，優(yōu)選約 0. 12-0. 35 ；Fe 0到約0. 8，優(yōu)選0到約0. 6 ；Zn 0 到約 0. 4 ;Mn 0到約0. 3，優(yōu)選0到約0. I ；Cu 0 到約 0. 3，優(yōu)選 0 到約 0. 05 ；Ti 0到約0. 2，優(yōu)選0到約0. 15 ；以及不可避免的雜質(zhì)和余量的鋁。本發(fā)明另一個(gè)重要的特征在于，用于制造波紋夾芯的釬焊板產(chǎn)品不具有施用到填充合金外表面上的任何另外的金屬層；某些現(xiàn)有技術(shù)參考文獻(xiàn)中加入了上述另外的金屬層，以協(xié)助受控氣氛釬焊操作。依照本發(fā)明，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在不使用釬焊釬劑材料、并且不使用現(xiàn)有技術(shù)(例如國(guó)際申請(qǐng)W0-01/068312中所公開的內(nèi)容，該申請(qǐng)還公開了在AlSi包覆層及Ni層之間使用連接層(bonding layer))中用于協(xié)助無(wú)釬劑CAB操作的Ni層或Ni合金層的情況下，在受控氣氛釬焊工藝中實(shí)現(xiàn)了形成非常良好的角焊縫。以下事實(shí)被認(rèn)為在本領(lǐng)域中已知盡管與Ni層相比不太優(yōu)選使用Fe層和Co層，但為了代替Ni層，F(xiàn)e層或Co層或其合金也可用于協(xié)助無(wú)釬劑釬焊操作?，F(xiàn)有技術(shù)中記載的在CAB環(huán)境中用于協(xié)助無(wú)釬劑釬焊的其它金屬層例如公開于歐洲專利文件EP-1306207-B1中，其中采用了熔點(diǎn)高于AlSi填充合金的AAlxxx系列鋁合金的頂層。本發(fā)明一個(gè)重要的特征在于在受控氣氛釬焊操作中使用填充合金時(shí)，不再需要這種金屬層。這使得在生產(chǎn)該波紋夾芯時(shí)節(jié)省相當(dāng)多的費(fèi)用。此外，至少使用Ni層造成復(fù)合金屬結(jié)構(gòu)在釬焊后條件下的耐腐蝕性降低，而本發(fā)明中沒(méi)有出現(xiàn)這個(gè)缺點(diǎn)。在本發(fā)明所使用的釬焊板材料中，芯合金層由鋁合金制成。該鋁芯合金優(yōu)選選自1000系列、2000系列、3000系列、5000系列、6000系列、7000系列或8000系列招合金,例如AA1230、AA3003、AA3103、AA3004、AA3005、AA5052、AA6060、AA6063、AA8006 或 AA8011 型招
么么I=I -Wl o本發(fā)明所使用的釬焊板材料在斷后標(biāo)距(final gauge)處通常具有約0. 02mm-4mm的厚度。該釬焊板材料優(yōu)選在斷后標(biāo)距處為至多約350微米厚，更優(yōu)選約70-260微米厚(例如240微米)。該釬焊包覆材料層優(yōu)選具有占鋁合金釬焊板材料總厚度約2% -15%的厚度，例如6%或8%?？赏ㄟ^(guò)多種技術(shù)制造用于本發(fā)明復(fù)合金屬結(jié)構(gòu)的釬焊板材料。例如通過(guò)本領(lǐng)域公知的軋制復(fù)合法(roll bonding),這也是優(yōu)選的技術(shù)?；蛘?可通過(guò)熱噴涂技術(shù)將該Al-Si釬焊合金層施用于芯合金層上。又或者，可通過(guò)例如國(guó)際專利文件W0-2004/112992、W0-2010/000553及W0-2010/114740中所公開的澆鑄技術(shù)，制造芯合金層及Al-Si合金釬焊包覆材料。該釬焊板材料可被軋制、沖壓(stamped)或壓制(pressed)或通過(guò)其它本領(lǐng)域已知的技術(shù)形成具有多個(gè)孔的波紋形狀。對(duì)于波紋形狀具有孔開口朝向面內(nèi)方向的孔結(jié)構(gòu)的實(shí)施方式而言，該形狀可包含交替的前突出部和后突出部(projections)，所述突出部在中央面(median plane)前方或后方向外延伸，各突出部都具有設(shè)置為待釬焊到其它金屬相應(yīng)表面的接合表面或接合區(qū)(bonding surface or land)。在本發(fā)明所述的復(fù)合金屬結(jié)構(gòu)中，通過(guò)金屬波紋夾芯彼此固定的至少兩個(gè)金屬構(gòu)件之一或兩者由選自于由鋁、鋁合金、不銹鋼和鈦組成的組中的金屬制成。因此，兩個(gè)金屬構(gòu)件均可由鋁合金制成，這也是優(yōu)選的方案?；蛘?，兩個(gè)金屬構(gòu)件均可選自不銹鋼或鈦，這是由于已經(jīng)發(fā)現(xiàn)例如不銹鋼可在無(wú)釬劑受控氣氛釬焊操作中連接到鋁夾芯，并在不銹鋼及波紋夾芯間形成非常平滑且堅(jiān)固的角焊縫?；蛘撸粋€(gè)金屬構(gòu)件可選自鋁合金，另一個(gè)構(gòu)件可選自不銹鋼或鈦。還可采用涂覆或包覆有不銹鋼層或鈦層的金屬構(gòu)件(例如低碳鋼板)。本發(fā)明的復(fù)合金屬結(jié)構(gòu)可采用多種不銹鋼等級(jí)。特別合適的不銹鋼等級(jí)是如國(guó)際鋼號(hào)所定義的含有0. 01%-0. 35%碳及11% -27% Cr的不銹鋼等級(jí)，例如鐵素體等級(jí)，例如 ASTM 409、410S、430 ;馬氏體等級(jí)，例如 ASTM 420 ;雙相(Duplex)等級(jí)，例如 ASTM 329、S31803 ;奧氏體等級(jí)，例如ASTM 301、304L、321、316L ;及耐熱耐蠕變等級(jí)，例如ASTM 309S、304H。在本發(fā)明所述復(fù)合金屬結(jié)構(gòu)的實(shí)施方式中，金屬波紋夾芯具有孔開口朝向面外方向的孔結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施方式中，可根據(jù)所需的可成形性(formability)、剛度及變形(crush)特性，在釬焊板中形成孔開口朝向面外方向的多種孔形狀、幾何形狀(如六角形、正方形、八角形或其它形狀)以及不同的孔尺寸。例如，金屬蜂窩結(jié)構(gòu)的某些區(qū)域可能需要更易變形(例如，以在汽車車身框架中設(shè)置“變形區(qū)”)或更剛性或更柔性。例如，如果需要變形區(qū)，可將蜂窩結(jié)構(gòu)(或至少該蜂窩結(jié)構(gòu)的指定區(qū)域)設(shè)計(jì)為更易變形，這有助于避免汽車撞擊損傷；而汽車車身的其他區(qū)域(例如車頂)會(huì)更堅(jiān)硬，使得能夠提供更多的保護(hù)。因此，本發(fā)明使得能夠制造用于汽車應(yīng)用的蜂窩結(jié)構(gòu)，特別是沖撞盒(crashbox)、加強(qiáng)筋元件(stiffener elements)、地板(floor panel)及后備箱蓋或發(fā)動(dòng)機(jī)蓋的內(nèi)側(cè)(innerside of a hood or trunk lid),以提高行人的安全性。在本發(fā)明所述復(fù)合金屬結(jié)構(gòu)的另一個(gè)實(shí)施方式中，金屬波紋夾芯具有孔開口朝向面內(nèi)方向的孔結(jié)構(gòu)。這使得能夠制造剛性的復(fù)合金屬結(jié)構(gòu)。在孔結(jié)構(gòu)至少部分保持開放的情況下，允許通道流體(passage fluids)(例如液體和/或氣體物質(zhì))穿過(guò)該開放的孔，這還能構(gòu)建為通道系統(tǒng)。夾芯的波紋形式可以是多種多樣的，例如正弦曲線形、正方形和/或三角形的波紋或波。還可以在釬焊操作中將兩層或多層波紋形式置于彼此之上并連接到一起。有利地，這些波紋或波形使得能夠形成金屬層，由這些金屬層可構(gòu)建具有不同孔形狀和/或密度的大量不同的蜂窩體。
因此，本發(fā)明使得能夠制造蜂窩體或催化劑轉(zhuǎn)化器或用于催化活性涂層的載體基質(zhì)，上述產(chǎn)品適合用于對(duì)例如機(jī)動(dòng)車內(nèi)燃引擎的廢氣中的有害物質(zhì)進(jìn)行化學(xué)轉(zhuǎn)化。此外，該類蜂窩結(jié)構(gòu)還可用于例如儲(chǔ)存烴類、或用于廢氣的排氣系統(tǒng)中，并隨后再將它們釋放。舉例來(lái)說(shuō)，該類吸收物(absorbers)已知用于氮氧化物(NOx)的臨時(shí)儲(chǔ)存。此外，該類蜂窩結(jié)構(gòu)可用于太陽(yáng)能集熱器面板中。在本發(fā)明所述復(fù)合金屬結(jié)構(gòu)的實(shí)施方式中，金屬波紋夾芯具有開放式孔四面體格構(gòu)祐1架(tetrahedral lattice truss)孔結(jié)構(gòu)。四面體格構(gòu)祐1架結(jié)構(gòu)及其制造方法的實(shí)例已知于 Xin Tang 等人的論文“Inertial stabilization of buckling at high rates of loading and low test temperature !Implications for dynamic crush resistanceof aluminium-alloy-based sandwich plates with lattice core” (發(fā)表于 ActaMaterialia, 55 (2007)，2829-2840頁(yè))，特別是見于圖I至圖5及其相應(yīng)的描述，通過(guò)引用將其整體并入本文。在孔結(jié)構(gòu)的各實(shí)施方式中(孔結(jié)構(gòu)的面內(nèi)或面外方向)，蜂窩結(jié)構(gòu)可用于小汽車或卡車或其它具有引擎的近似結(jié)構(gòu)中的隔熱面板。在本發(fā)明的替代模式中，面向金屬波紋夾芯的至少兩個(gè)金屬構(gòu)件設(shè)有本文所述的填充材料，以允許無(wú)釬劑CAB操作中的釬焊，從而將所述金屬構(gòu)件連接至金屬波紋夾芯。具有填充材料層的該金屬構(gòu)件能夠以與上述釬焊板材料類似的方式(例如通過(guò)軋制復(fù)合、熱噴涂的方式)或通過(guò)專用澆鑄技術(shù)制造。在金屬構(gòu)件具有AlSi合金填充材料(利用一種或多種所定義的潤(rùn)濕元素)的優(yōu)選實(shí)施方式中，所述金屬構(gòu)件均由鋁或鋁合金制成?？墒褂萌缟衔乃龅亩喾N鋁合金。至少在該金屬構(gòu)件面向波紋夾芯的一側(cè)上設(shè)有形成填充材料的層?？稍谠摻饘贅?gòu)件的另一側(cè)設(shè)置類似的填充材料；或者，可在該金屬構(gòu)件的另一側(cè)設(shè)置其它金屬的層或涂層?；蛘?，該金屬構(gòu)件的另一側(cè)可保持裸露。金屬波紋夾芯具有如本文所述的任意孔結(jié)構(gòu)，所述芯可由在使用上述填充材料時(shí)能夠進(jìn)行連接的金屬板制成。合適的金屬包括鋁合金、不銹鋼和鈦或具有由鋁合金、不銹鋼或鈦制成的涂層或包覆物的金屬板。優(yōu)選在波紋夾芯中使用鋁合金。本發(fā)明的另一方面提供了一種包含至少兩個(gè)金屬構(gòu)件的復(fù)合金屬結(jié)構(gòu)的制造方法，所述金屬構(gòu)件在釬焊操作中通過(guò)金屬波紋夾芯至少部分彼此固定，該方法包括以下步驟(a)提供至少兩個(gè)金屬構(gòu)件，并提供如本文所述的釬焊板材料，對(duì)所述釬焊板材料進(jìn)行波紋壓制(corrugating)以形成金屬波紋夾芯；或者，提供金屬波紋夾芯材料以及至少兩個(gè)金屬構(gòu)件，所述金屬構(gòu)件至少在面向所述金屬波紋夾芯的一側(cè)上設(shè)有如本文所述的填充材料；(b)對(duì)兩個(gè)金屬構(gòu)件間的波紋夾芯板進(jìn)行堆疊(stacking)或纏繞(winding)中的至少一種操作，以形成組件；(C)在不將釬焊釬劑材料施用到所述組件上或所述組件內(nèi)的情況下對(duì)所述組件進(jìn)行釬焊，在非活性氣體氣氛中、在釬焊溫度下(通常在約540°C _615°C、例在約590°C或約600°的溫度)對(duì)所述組件進(jìn)行釬焊，持續(xù)足以使鋁釬焊包覆層材料熔化并鋪展的時(shí)間，從而通過(guò)釬焊板材料將所述金屬構(gòu)件至少部分彼此連接；例如利用約2-5分鐘、通常為2分鐘或3分鐘左右的停留時(shí)間(dwell time);釬焊氣氛中的氧含量通常應(yīng)當(dāng)在合理情況下盡可能低，優(yōu)選低于約500ppm，更優(yōu)選低于約IOOppm ；(d)將形成所述復(fù)合金屬結(jié)構(gòu)的經(jīng)釬焊的組件進(jìn)行冷卻，通常冷卻到低于約IOO0C (例如冷卻至環(huán)境溫度)。該方法使得能夠生產(chǎn)強(qiáng)度和剛度與重量的比值非常高的全金屬?gòu)?fù)合金屬結(jié)構(gòu)，并避免了膠粘劑的使用中所固有的所有缺點(diǎn)。非常重要的特征在于它能夠通過(guò)無(wú)釬劑受控氣氛釬焊操作的方式進(jìn)行制造。因此，不再需要施用、處理及使用釬劑材料，從而極大地簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝。這對(duì)于這樣的蜂窩結(jié)構(gòu)的制造而言在成本上具有優(yōu)勢(shì)，同時(shí)還提高了該蜂窩結(jié)構(gòu)制作范圍內(nèi)的工藝可靠性及使用壽命。 圖I示意性地顯示了包括完整復(fù)合結(jié)構(gòu)2的實(shí)施方式，該復(fù)合結(jié)構(gòu)2包含兩個(gè)金屬構(gòu)件4、8，所述金屬構(gòu)件4、8在釬焊操作中通過(guò)由釬焊板6制成的金屬波紋夾芯彼此固定。特別地，波紋釬焊板材料6包含鋁芯層，該鋁芯層兩側(cè)都包覆有鋁釬焊包覆層，該鋁釬焊包覆層形成4000系列鋁合金的填充材料，該填充材料含有6% -14%的Si，并進(jìn)一步包含選自于由以下元素組成的組中的一種或多種潤(rùn)濕元素(Bi 0. 03% -0.5%,PbO. 03 % -0. 5 %、Sb 0. 03 % -0. 5 %、Li 0. 03 % -0. 5 %、Se 0. 03 % -0. 5
Y0. 03% -0. 05%, Th 0.03%-0.05% )，這些元素的總量為0.5%以下。為簡(jiǎn)化該附圖，圖I省略了顯示釬焊板上的包覆層的細(xì)節(jié)。圖2示意性地顯示了與兩個(gè)金屬構(gòu)件連接之前的釬焊板6的金屬波紋芯；這顯示了該金屬波紋釬焊板包含鋁芯層10，該鋁芯層10兩側(cè)都包覆有鋁釬焊包覆層12。圖3示意性地顯示了完整復(fù)合結(jié)構(gòu)20的另一個(gè)實(shí)施方式，其中，包覆層22位于兩個(gè)金屬構(gòu)件24的內(nèi)側(cè)上，所述金屬構(gòu)件24將通過(guò)波紋板的金屬芯26固定在一起。特別地，在該結(jié)構(gòu)中，所述復(fù)合金屬結(jié)構(gòu)20包含至少兩個(gè)金屬構(gòu)件24，所述金屬構(gòu)件24在釬焊操作中通過(guò)金屬波紋夾芯26彼此固定。兩個(gè)金屬構(gòu)件24各自在面向金屬波紋夾層結(jié)構(gòu)的一側(cè)設(shè)有4000系列鋁合金的鋁填充材料，該填充材料含有6% -14%的Si，并進(jìn)一步包含選自于由以下元素組成的組中的一種或多種潤(rùn)濕元素(BiO. 03% -0.5%, Pb0. 03%-0. 5%,Sb 0. 03% -0. 5%,Li 0. 03%-0. 5%,SeO. 03%-0. 5%,Y 0. 03%-0. 05%,Th 0. 03% -0. 05% )，這些元素的總量為0.5%以下。在已經(jīng)充分地描述了本文所述技術(shù)的實(shí)施方式的情況下，對(duì)這些實(shí)施方式進(jìn)行改進(jìn)和變化對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言是顯而易見的。然而，應(yīng)當(dāng)特別理解的是，這些改進(jìn)和變化落在目前已公開的技術(shù)的精神和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.包含至少兩個(gè)金屬構(gòu)件的復(fù)合金屬結(jié)構(gòu)，所述金屬構(gòu)件在釬焊操作中通過(guò)金屬波紋夾芯彼此固定，其中，金屬波紋夾層結(jié)構(gòu)由包含鋁芯層的波紋釬焊板材料制成，所述鋁芯層兩側(cè)都包覆有鋁釬焊包覆層，所述鋁釬焊包覆層形成4000系列鋁合金的填充材料，所述填充材料含有6% -14%的Si，并進(jìn)一步包含選自于由以下元素組成的組中的一種或多種潤(rùn)濕元素Bi O. 03% -O. 5%, Pb O. 03% -O. 5%, Sb O. 03% -O. 5%, LiO. 03% -O. 5%, SeO. 03% -O. 5%, Y O. 03% -O. 05%, Th O. 03% -O. 05% ;這些元素的總量為 O. 5% 以下。
2.包含至少兩個(gè)金屬構(gòu)件的復(fù)合金屬結(jié)構(gòu)，所述金屬構(gòu)件在釬焊操作中通過(guò)金屬波紋夾芯彼此固定，其中，所述兩個(gè)金屬構(gòu)件面向金屬波紋夾層結(jié)構(gòu)的一側(cè)均設(shè)有4000系列鋁合金的鋁填充材料，所述填充材料含有6% -14%的Si，并進(jìn)一步包含選自于由以下元素組成的組中的一種或多種潤(rùn)濕元素Bi O. 03% -O. 5%, Pb O. 03% -O. 5%,Sb O. 03 % -O. 5 LiO. 03 % -O. 5 Se O. 03 % -O. 5 %、Y O. 03 % -O. 05 %、ThO. 03% -O. 05% ;這些元素的總量為O. 5%以下。
3.如權(quán)利要求I或2所述的復(fù)合金屬結(jié)構(gòu)，其中，所述至少兩個(gè)金屬構(gòu)件利用無(wú)釬劑受控氣氛釬焊操作的方式通過(guò)金屬蜂窩結(jié)構(gòu)彼此固定。
4.如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的復(fù)合金屬結(jié)構(gòu)，其中，所述金屬波紋夾芯具有孔開口朝向面外方向的孔結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的復(fù)合金屬結(jié)構(gòu)，其中，所述金屬波紋夾芯具有孔開口朝向面內(nèi)方向的孔結(jié)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的復(fù)合金屬結(jié)構(gòu)，其中，所述金屬波紋夾芯具有四面體格構(gòu)桁架孔結(jié)構(gòu)。
7.如權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的復(fù)合金屬結(jié)構(gòu),其中，所述填充材料至少進(jìn)一步包含 O. 03% -O. 9%的 Mg。
8.如權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的復(fù)合金屬結(jié)構(gòu),其中，所述填充材料以wt%計(jì)包含以下組分 Si 6-14，優(yōu)選 9-12;Mg O. 02-0. 5 ；Bi O. 05-0. 5 ；Fe 0-0. 8 ；Zn 0-0. 4 ；Mn 0-0. 3 ；Cu 0-0. 3 ； Ti 0-0. 2;以及 不可避免的雜質(zhì)和余量鋁。
9.如權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的復(fù)合金屬結(jié)構(gòu)，其中，彼此固定至所述金屬波紋夾芯的至少兩個(gè)金屬構(gòu)件之一或兩者由鋁合金、鈦或不銹鋼制成。
10.如權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的復(fù)合金屬結(jié)構(gòu)，其中，彼此固定至所述金屬波紋夾芯的至少兩個(gè)金屬構(gòu)件均由鋁合金制成。
11.如權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)所述的復(fù)合金屬結(jié)構(gòu)，其中，所述復(fù)合金屬結(jié)構(gòu)為汽車結(jié)構(gòu)的一部分，優(yōu)選選自包括以下部分的組沖撞盒、加強(qiáng)筋元件、地板、后備箱蓋或發(fā)動(dòng)機(jī)蓋的內(nèi)側(cè)。
12.如權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)所述的復(fù)合金屬結(jié)構(gòu)，其中，所述復(fù)合金屬結(jié)構(gòu)是飛行器結(jié)構(gòu)的一部分。
13.如權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)所述的復(fù)合金屬結(jié)構(gòu)，其中，所述復(fù)合金屬結(jié)構(gòu)為催化劑轉(zhuǎn)化器的芯主體。
14.包含至少兩個(gè)金屬構(gòu)件的復(fù)合金屬結(jié)構(gòu)的制造方法，所述金屬構(gòu)件在釬焊操作中通過(guò)金屬波紋夾芯至少部分彼此固定，所述方法包括以下步驟 (a)提供至少兩個(gè)金屬構(gòu)件以及如權(quán)利要求1、2、7和8任一項(xiàng)所述的釬焊板材料，對(duì)所述釬焊板材料進(jìn)行波紋壓制以形成金屬波紋夾芯； (b)對(duì)兩個(gè)金屬構(gòu)件間的波紋釬焊板進(jìn)行堆疊或纏繞中的至少一種操作，以形成組件； (C)在不將釬焊釬劑材料施用到所述組件上或所述組件內(nèi)的情況下，在非活性氣體氣氛中、在釬焊溫度下對(duì)所述組件進(jìn)行釬焊，從而通過(guò)金屬波紋夾芯將所述金屬構(gòu)件至少部分彼此連接； (d)將形成所述復(fù)合金屬結(jié)構(gòu)的經(jīng)釬焊的組件進(jìn)行冷卻。
全文摘要
本發(fā)明涉及包含至少兩個(gè)金屬構(gòu)件的復(fù)合金屬結(jié)構(gòu)，所述金屬構(gòu)件在釬焊操作中通過(guò)金屬波紋夾芯彼此固定，其中，金屬波紋夾層結(jié)構(gòu)由包含鋁芯層的波紋釬焊板材料制成，所述鋁芯層兩側(cè)都包覆有鋁釬焊包覆層，所述鋁釬焊包覆層形成4000系列鋁合金的填充材料，所述填充材料含有6％-14％的Si，并進(jìn)一步包含選自于由以下元素組成的組中的一種或多種潤(rùn)濕元素(Bi 0.03％-0.5％，Pb 0.03％-0.5％，Sb 0.03％-0.5％，Li 0.03％-0.5％，Se 0.03％-0.5％，Y 0.03％-0.05％，Th 0.03％-0.05％)，這些元素的總量為0.5％以下。
文檔編號(hào)B32B3/12GK102628128SQ2012100225
公開日2012年8月8日 申請(qǐng)日期2012年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月3日
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