輕金屬三明治復(fù)合結(jié)構(gòu)及其制作方法
【專利摘要】一種輕金屬三明治復(fù)合結(jié)構(gòu)，由外向內(nèi)依次為承重層、吸能層、內(nèi)襯層，其技術(shù)要點(diǎn)是：所述承重層為鈦合金層，吸能層為泡沫鋁層層，內(nèi)襯層為鋁合金層，鈦合金層、泡沫鋁層、鋁合金層之間的結(jié)合采用釬焊焊合，鋁合金層另一面有緊固壓板通過(guò)貫穿鋁合金層、泡沫鋁層緊固在鈦合金層里面的螺栓螺母固定。鈦合金、泡沫鋁、鋁合金是很好的輕金屬材料，各自都有其優(yōu)異物理性能和機(jī)械性能。它們制作的三明治復(fù)合結(jié)構(gòu)，拓展了上述單質(zhì)材料的性能范圍，具有重量輕、高比強(qiáng)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(yōu)異性能，特別是比鋼鐵材料性能更勝一籌，為解決、改善制造航空母艦甲板和潛水艇殼體的諸多問(wèn)題提供了一種選擇。
【專利說(shuō)明】輕金屬三明治復(fù)合結(jié)構(gòu)及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及金屬?gòu)?fù)合板材加工【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地說(shuō)一種具有重量輕、高比強(qiáng)度、高比剛度、高阻尼、吸能、減震、降噪、耐腐蝕、無(wú)磁、性能的輕金屬三明治復(fù)合結(jié)構(gòu)及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[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(yōu)異物理性能和機(jī)械性能。它們制作的三明治復(fù)合結(jié)構(gòu)，拓展了上述單質(zhì)材料的性能范圍，具有重量輕、高比強(qiáng)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(yōu)異性能，特別是比鋼鐵材料性能更勝一籌，為解決、改善制造航空母艦甲板和潛水艇殼體的諸多問(wèn)題提供了一種選擇。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種重量輕、高比強(qiáng)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復(fù)合結(jié)構(gòu)及其制作方法，為解決、改善制造航空母艦甲板和潛水艇殼體的諸多問(wèn)題提供了 一種選擇。
[0004]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:該輕金屬三明治復(fù)合結(jié)構(gòu)由外向內(nèi)依次為承重層、吸能層、內(nèi)襯層，其特征在于:所述承重層為鈦合金層，吸能層為泡沫鋁層，內(nèi)襯層為鋁合金層，鈦合金層、泡沫鋁層、鋁合金層之間的結(jié)合采用釬焊焊合，鋁合金層另一面有緊固壓板通過(guò)貫穿鋁合金層、泡沫鋁層緊固在鈦合金層里面的螺栓螺母固定。
[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]該輕金屬三明治復(fù)合結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，包括以下步驟:
1)取具有阻尼性能的鈦合金板，按照?qǐng)D紙要求加工外形尺寸及通孔，打磨鈦合金板內(nèi)側(cè)并涂抹釬焊劑備用；
2)取泡沫鋁板，按照?qǐng)D紙要求加工外形尺寸及通孔，打磨泡沫鋁板兩結(jié)合面，分別涂抹釬焊劑備用；
3)取A3003鋁合金板，按照?qǐng)D紙要求加工外形尺寸及通孔，打磨鋁合金板結(jié)合面，并在結(jié)合面涂抹釬焊劑備用；
4)取釬焊材料薄板，兩面涂抹釬焊劑備用；
5)釬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-釬焊料-泡沫鋁板-釬焊料-鋁合金板”結(jié)構(gòu)；
6)在鋁合金板的外面設(shè)置緊固壓板，將緊固螺栓的一端擰入鈦合金板螺紋孔并用緊固螺栓螺母將三明治結(jié)構(gòu)緊固；
7)在震動(dòng)條件下，用火焰加熱鈦合金板外側(cè)至50(T55(TC,透過(guò)鈦合金板使釬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釬焊焊接在一起；
8)在震動(dòng)條件下，用火焰加熱A3003鋁合金板外側(cè)至50(T55(TC，透過(guò)鋁合金板使釬焊材料薄板瞬間熔化，將A3003鋁合金板與泡沫鋁釬焊在一起。
[0007]所述震動(dòng)為超聲波震動(dòng)或機(jī)械波震動(dòng)。
[0008]所述釬焊材料由30~35wt%鋁，12~15wt%銅，30~35wt%銀，18~22wt%鋅構(gòu)成或由13~17wt%鋁，0.015~0.025￥丨％鈹，余量鋅構(gòu)成。
[0009]所述具有阻尼性能的鈦合金板由下述組分構(gòu)成:7.5^8.5wt%鋁，0.8^1.5wt%鑰、
0.8~1.5wt% f凡、余量鈦。
[0010]所述鈦合金板采用真空自耗爐三次熔煉合金化方法制成。
[0011]所述緊固壓板為A3003鋁板。
[0012]所述釬焊劑為氯化銨粉末。
[0013]所述釬焊劑溶解在5%聚乙烯醇的水溶液中。
[0014]本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)及積極的技術(shù)效果是:采用阻尼鈦合金作為表面承重板，內(nèi)襯泡沫鋁板，底板為鋁合金板釬焊焊接制作的夾芯板的三明治結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)具有重量輕、高強(qiáng)度、高剛度、高阻尼、吸能、減震、降噪、無(wú)磁性、耐腐蝕的綜合性能和功能。能夠?qū)⑼鈦?lái)沖擊能量轉(zhuǎn)化為熱能和機(jī)械能，對(duì)外來(lái)沖擊物體產(chǎn)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(qiáng)度896MPa，屈服強(qiáng)度827MPa，延伸率10%，楊氏模量2700GPa，沖擊韌性20.3~33.9J，疲勞極限 5`65MPa。
[0016]泡沫鋁的材料結(jié)構(gòu)具有高阻尼減震性能及高沖擊能量吸收率，阻尼性能為金屬鋁的5~10倍。
[0017]將本發(fā)明制造的高阻尼金屬結(jié)構(gòu)部件用在航空母艦甲板上，可在飛機(jī)降落時(shí)，吸收飛機(jī)落下時(shí)對(duì)甲板沖擊產(chǎn)生的震動(dòng)波和形變能，遲緩甲板對(duì)飛機(jī)反作用力，從而提高安全性。
[0018]將本發(fā)明制造的三明治金屬結(jié)構(gòu)應(yīng)用在潛水艇殼體上，能夠提高殼體的抗壓強(qiáng)度，加大潛水艇下潛深度；減少甚至完全屏蔽艇內(nèi)噪聲泄露，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(xù)航能力和戰(zhàn)斗力。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
[0020]附圖標(biāo)記說(shuō)明:1鈦合金層、2釬焊材料、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(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]實(shí)施例1
根據(jù)圖1詳細(xì)闡述本發(fā)明的結(jié)構(gòu)。該高阻尼減震防護(hù)甲板由外向內(nèi)依次為承重層、吸能層、內(nèi)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(nèi)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(jié)合采用釬焊焊合，鋁合金層4另一面有緊固壓板5通過(guò)貫穿鋁合金層4、泡沫鋁層3緊固在鈦合金層I里面的緊固螺栓6、螺母固定加強(qiáng)，構(gòu)成三明治結(jié)構(gòu)。緊固螺栓6按照矩陣式設(shè)置，對(duì)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(hù)甲板的制作方法，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(nèi)側(cè)并涂抹由聚乙烯醇水溶液與釬焊劑組成的混合液備用。將氯化銨釬焊劑溶解在5%聚乙烯醇的水溶液中制成釬焊劑混合液備用，將氯化銨溶解在5%聚乙烯醇的水溶液中可制成糊狀釬焊劑，使用更方便。鈦合金板由
8.5wt%招，1.5wt%鑰、1.5wt%f凡、88.5wt%鈦構(gòu)成。鈦合金板中，加招可穩(wěn)定α相,加鑰、釩可穩(wěn)定β相，鈦合金板采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?qǐng)D紙要求加工外形尺寸及通孔，打磨泡沫鋁板兩結(jié)合面，分別涂抹釬焊劑混合液備用。
[0025]3)取Α3003鋁合金板，按照?qǐng)D紙要求加工外形尺寸及通孔，打磨鋁合金板結(jié)合面，并在結(jié)合面涂抹釬焊劑混合液備用。
[0026]4)取釬焊材料薄板，在釬焊材料薄板內(nèi)外兩側(cè)涂抹釬焊劑混合液備用。
[0027]5)通過(guò)釬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(cè)貼合，將泡沫鋁板的內(nèi)側(cè)與Α3003鋁合金板的外側(cè)貼合，形成“鈦合金板-泡沫鋁板-鋁合金板”三明治結(jié)構(gòu)。鈦合金有阻尼特性，與泡沫鋁制作成為三明治結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生協(xié)同作用，進(jìn)一步提高了阻尼性能。
[0028]6)在鋁合金板的內(nèi)側(cè)設(shè)置緊固壓板，將緊固螺栓的一端擰入鈦合金板螺紋孔并用緊固螺栓螺母將三明治結(jié)構(gòu)緊固并且施加夾緊力。
[0029]7)超聲波或機(jī)械波震動(dòng)下，用火焰加熱鈦合金板外側(cè)至50(T550°C，透過(guò)鈦合金板使釬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釬焊焊接在一起。
[0030]8)超聲波或機(jī)械波震動(dòng)下，用火焰加熱A3003鋁合金板外側(cè)至50(T55(rC，透過(guò)鋁合金板使釬焊材料薄板瞬間熔化，將A3003鋁合金板與泡沫鋁釬焊在一起。
[0031]其中，A3003鋁合金板從東北輕合金有限公司購(gòu)置。
[0032]實(shí)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(gòu)成；釬焊材料由 30wt% 招，12wt% 銅，30wt% 銀，18wt% 鋒構(gòu)成；其步驟與實(shí)施例1相同。
[0033]實(shí)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(gòu)成;釬焊材料由 31.5wt%In, 12.5wt%銅，30wt%銀，18wt%鋅構(gòu)成；其步驟與實(shí)施例1相同。
[0034]實(shí)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(gòu)成；釬焊材料由 35wt% 鋁，15wt% 銅，35wt% 銀，22wt% 鋅構(gòu)成；其步驟與實(shí)施例1相同。
[0035]實(shí)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(gòu)成；釬焊材料由 15wt%鋁，0.02wt%鈹，84.98wt%鋅構(gòu)成；其步驟與實(shí)施例1相同。
[0036]表1實(shí)施例1飛鈦合金的組成成分
【權(quán)利要求】
1.一種輕金屬三明治復(fù)合結(jié)構(gòu)，由外向內(nèi)依次為承重層、吸能層、內(nèi)襯層，其特征在于:所述承重層為鈦合金層，吸能層為泡沫鋁層層，內(nèi)襯層為鋁合金層，鈦合金層、泡沫鋁層、鋁合金層之間的結(jié)合采用釬焊焊合，鋁合金層另一面有緊固壓板通過(guò)貫穿鋁合金層、泡沫鋁層緊固在鈦合金層里面的螺栓螺母固定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輕金屬三明治復(fù)合結(jié)構(gòu)其特征在于: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.—種輕金屬三明治復(fù)合結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)取具有阻尼性能的鈦合金板，按照?qǐng)D紙要求加工外形尺寸及通孔，打磨鈦合金板內(nèi)側(cè)并涂抹釬焊劑備用； 2)取泡沫鋁板，按照?qǐng)D紙要求加工外形尺寸及通孔，打磨泡沫鋁板兩結(jié)合面，分別涂抹釬焊劑備用； 3)取A3003鋁合金板，按照?qǐng)D紙要求加工外形尺寸及通孔，打磨鋁合金板結(jié)合面，并在結(jié)合面涂抹釬焊劑備用； 4)取釬焊材料薄板，兩面涂抹釬焊劑備用； 5)釬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-釬焊料-泡沫鋁板-釬焊料-鋁合金板”結(jié)構(gòu)； 6)在鋁合金板的外面設(shè)置緊固壓板，將緊固螺栓的一端擰入鈦合金板螺紋孔并用緊固螺栓螺母將三明治結(jié)構(gòu)緊固； 7)在震動(dòng)條件下，用火焰加熱鈦合金板外側(cè)至50(T55(TC,透過(guò)鈦合金板使釬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釬焊焊接在一起；` 8)在震動(dòng)條件下，用火焰加熱A3003鋁合金板外側(cè)至50(T55(TC，透過(guò)鋁合金板使釬焊材料薄板瞬間熔化，將A3003鋁合金板與泡沫鋁釬焊在一起。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高阻尼減震防護(hù)甲板的制作方法，其特征在于:所述震動(dòng)為超聲波震動(dòng)或機(jī)械波震動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高阻尼減震防護(hù)甲板的制作方法，其特征在于:所述釬焊材料由30~35wt%鋁，12~15wt%銅，30~35wt%銀，18~22wt%鋅構(gòu)成或由13~17wt%鋁，0.015~0.025￥丨％鈹，余量鋅構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高阻尼減震防護(hù)甲板的制作方法，其特征在于:所述具有阻尼性能的鈦合金板由下述組分構(gòu)成:7.5~8.5wt%招,0.8~1.5wt%鑰、0.8~1.5wt% ?凡、余量鈦。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高阻尼減震防護(hù)甲板的制作方法，其特征在于:所述鈦合金板采用真空自耗爐三次熔煉合金化方法制成。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高阻尼減震防護(hù)甲板的制作方法，其特征在于:所述緊固壓板為A3003鋁板。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高阻尼減震防護(hù)甲板的制作方法，其特征在于:所述釬焊劑為氯化銨粉末。
10.根據(jù)權(quán)利要求3或9所述的高阻尼減震防護(hù)甲板的制作方法，其特征在于:所述釬焊劑溶解在5%聚乙烯醇的水溶液中。
【文檔編號(hào)】B32B37/06GK103818050SQ201410091904
【公開(kāi)日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2014年3月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月13日
【發(fā)明者】閻東輝, 宋洪海 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)和世泰通用鈦業(yè)有限公司