本發(fā)明涉及一種泡沫金屬夾芯板制備方法，具體涉及一種新型復(fù)合強化型泡沫金屬夾芯板的制備方法。

背景技術(shù)：

以泡沫鋁為代表的泡沫金屬與傳統(tǒng)金屬材料相比具有超高的孔隙率及多種多樣的微結(jié)構(gòu)形態(tài)，具有超比強度、比剛度及能量吸收率等力學(xué)特性，同時孔隙結(jié)構(gòu)的存在賦予其隔熱、阻尼以及多功能復(fù)合等優(yōu)良特性，使得其作為結(jié)構(gòu)功能一體化材料在航空航天、車輛制造、安全防護、減振降噪等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。泡沫金屬其孔隙形態(tài)按孔隙連通性可分為開孔泡沫金屬及閉孔泡沫金屬兩大類。尤其是閉孔泡沫金屬其應(yīng)力應(yīng)變曲線具有很長的應(yīng)力平臺區(qū)，可高達80％以上，是一種理想的能量吸收材料。

無論是開孔還是閉孔泡沫金屬，由于其制備過程中引入的結(jié)構(gòu)缺陷，如胞壁缺失、超大孔隙、不均勻孔隙等，使得其強度維持在一個較低水平，一般僅為幾個兆帕，抗拉強度則更低。較低的機械強度極大的制約了其作為工程結(jié)構(gòu)件的使用。通過復(fù)合金屬面板獲得的三明治夾芯結(jié)構(gòu)可以一定程度上提高其抗彎能力，但對于抗壓強度的提升則沒有作用。通過合金化的方法可以在一定程度上提高其力學(xué)性能，但成本較高且效果并不理想。提高泡沫金屬的機械強度成為其作為工程結(jié)構(gòu)件應(yīng)用的亟待解決的技術(shù)難題。

本發(fā)明提出的復(fù)合強化型泡沫金屬夾芯板的制備方法利用金屬 管件的支撐強化作用可以有效的提高泡沫金屬的強度、剛度及能量吸收率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于利用金屬管件的軸向支撐作用，通過將其嵌入泡沫金屬中的方法，實現(xiàn)一種新型復(fù)合強化型泡沫金屬夾芯板的制備方法，可以大幅度的提高泡沫金屬的力學(xué)性能。

為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案分為以下三個步驟：

1)泡沫金屬2的加工。首先將閉孔或者開孔泡沫金屬按夾芯板芯體尺寸要求采用切割機或者線切割加工成所需泡沫金屬芯體結(jié)構(gòu)，再將其沿厚度方向通過鉆孔等手段加工一系列通孔結(jié)構(gòu)?？椎某叽缗c管件結(jié)構(gòu)截面尺寸一致，可留適當(dāng)縫隙，縫隙尺寸小于0.1mm，數(shù)目和分布按具體需求而定，一般為按一定次序排列的陣列結(jié)構(gòu)，如圖1及圖3所示；

2)用于強化的金屬管件結(jié)構(gòu)3的加工。將金屬管件結(jié)構(gòu)采用線切割或切割機加工成與泡沫金屬芯體厚度方向尺寸一致的短管，備用；

3)結(jié)構(gòu)復(fù)合。首先將切割好的金屬管件3表層均勻涂覆一層環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠，將其塞入泡沫金屬2切割好的孔隙之中，再將復(fù)合有金屬管件的泡沫金屬板上下表面均勻涂覆一層環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠，將金屬面板1覆蓋其上完成膠接。最后，將上下面板采用夾持或者壓塊將其位置固定，靜置24小時或者恒溫箱中40～60℃環(huán)境下兩小時固化。待固化后去除夾持裝置，清理表面環(huán)氧膠及污物即可獲得新型復(fù)合強化型泡 沫金屬夾芯板。

或者將2)中的金屬管件內(nèi)部4也填充泡沫金屬2，獲得泡沫金屬填充金屬管件結(jié)構(gòu)，然后再與1)中的結(jié)構(gòu)按步驟3)進行復(fù)合。其中泡沫金屬采用切割機或者線切割切割，尺寸與金屬管件內(nèi)徑一致，縫隙控制在小于0.1mm，并在其表面均勻涂覆環(huán)氧膠后將其填充到金屬管件之中。圖2所示為其剖面示意圖。

本發(fā)明的泡沫金屬2為不同孔隙率的閉孔、開孔泡沫鋁、泡沫銅及其合金。

所述的膠粘劑為環(huán)氧樹脂或聚氨酯類粘接劑。

所述的金屬管件3及上下金屬面板1的材質(zhì)為碳鋼、不銹鋼、純鋁、鋁合金、鎳合金或鈦合金。

所述金屬管件3截面形狀為圓形、正方形、矩形或橢圓形截面。

所述復(fù)合強化技術(shù)為將金屬管件結(jié)構(gòu)通過鉆孔、粘接鑲嵌到泡沫金屬當(dāng)中，通過金屬管件結(jié)構(gòu)的支撐作用實現(xiàn)泡沫金屬夾芯板芯體結(jié)構(gòu)的復(fù)合強化。

本發(fā)明所述復(fù)合強化技術(shù)可以通過改變金屬管件結(jié)構(gòu)的材料屬性、幾何尺寸、數(shù)目、分布來實現(xiàn)不同尺度的強化。

本發(fā)明和其它技術(shù)相比具有如下優(yōu)點：

1)本發(fā)明可以綜合泡沫金屬的高比強度、比剛度及能量吸收特性以及金屬管件的優(yōu)良軸向承載能力，可以解決泡沫金屬低強度的問題以及金屬管件結(jié)構(gòu)軸向外承載能力差以及軸向加載失穩(wěn)的問題。二者相互耦合實現(xiàn)強化，獲得一種綜合力學(xué)性能更加優(yōu)異的材料。同時， 泡沫金屬的隔聲(閉孔)、吸聲(開孔)、散熱(開孔)、隔熱(閉孔)、減振降噪、阻燃等多功能特性可以實現(xiàn)多功能耦合。

2)復(fù)合強化效果顯著。研究結(jié)果表明，新型復(fù)合強化型泡沫金屬其單位質(zhì)量峰值壓縮強度為強化前的2.16倍，單位體積能量吸收為強化前的2.93倍，單位質(zhì)量能量吸收率為強化前的2.24倍。通過復(fù)合強化，可以使得泡沫金屬抗壓強度及能量吸收效率得到成倍的提升，且并不會帶來密度的增加，甚至?xí)档汀?/p>

3)本發(fā)明通過改變金屬管件結(jié)構(gòu)的材料屬性、尺寸、數(shù)目以及陣列分布即可獲得一系列不同強度的泡沫金屬夾芯板，且復(fù)合強化過程簡單，加工制造成本低。

附圖說明

圖1是本發(fā)明泡沫金屬夾芯板芯體結(jié)構(gòu)復(fù)合強化示意圖。

圖2是本發(fā)明新型泡沫金屬夾芯板剖面示意圖。

圖3是本發(fā)明金屬管件陣列分布4種示意圖。

圖中：1、金屬面板；2、泡沫金屬；3、金屬管件；4、金屬管件內(nèi)部。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。

實施例1：1)泡沫金屬的加工。首先將閉孔泡沫鋁按夾芯板芯體尺寸要求采用切割機或者線切割加工成所需芯體結(jié)構(gòu)，再將其沿厚度方向通過鉆孔或線切割手段加工出一系列通孔結(jié)構(gòu)?？椎某叽缗c管件結(jié)構(gòu)截面尺寸一致，可留適當(dāng)縫隙，縫隙尺寸小于0.1mm，數(shù)目和 分布按具體需求而定，一般為按一定次序排列的陣列結(jié)構(gòu)，如圖1及圖3所示。其中，泡沫金屬為閉孔泡沫鋁密度0.54～0.81g/cm³,孔隙率70～80％。

2)用于強化的金屬管件結(jié)構(gòu)及面板的加工。將金屬304不銹鋼圓管采用線切割或切割機加工成與泡沫金屬芯體厚度方向尺寸一致的短管，并將304不銹鋼板采用剪板機切割成所需尺寸。其中圓管直徑20mm，壁厚1mm，上下面板厚度均為1mm。

3)結(jié)構(gòu)復(fù)合。首先將切割好的304不銹鋼圓管表層均勻涂覆一層環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠，將其塞入1)加工好的孔隙之中，再將復(fù)合有金屬管件的泡沫金屬板上下表面均勻涂覆一層環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠，將切割好的金屬面板覆蓋其上完成膠接(先完成下面板粘接，后倒置完成上面板粘接)。最后，將上下面板采用夾持或者壓塊將其位置固定，靜置24小時或者恒溫箱中40～60℃環(huán)境下兩小時固化。待固化后去除夾持裝置，清理表面環(huán)氧膠及污物即可獲得新型復(fù)合強化型泡沫金屬夾芯板。

實施例2：1)泡沫金屬芯體加工。首先將閉孔泡沫鋁按夾芯板芯體尺寸要求采用切割機或者線切割加工成所需芯體結(jié)構(gòu)，再將其沿厚度方向通過鉆孔或線切割手段加工出一系列通孔結(jié)構(gòu)。孔的尺寸與管件結(jié)構(gòu)截面尺寸一致，可留適當(dāng)縫隙，縫隙尺寸小于0.1mm，數(shù)目和分布按具體需求而定，一般為按一定次序排列的陣列結(jié)構(gòu)，如圖1及圖3所示。其中，泡沫金屬為閉孔泡沫鋁密度0.1～0.54g/cm³,孔隙率80～95％。

2)用于強化的金屬管件結(jié)構(gòu)及面板的加工。將2024鋁合金圓管采用線切割或切割機加工成與泡沫金屬芯體厚度方向尺寸一致的短管，并將2024鋁合金板采用剪板機切割成所需尺寸。其中圓管直徑20mm，壁厚2mm，上下面板厚度分別為1mm，2mm。

3)結(jié)構(gòu)復(fù)合。首先將切割好的2024鋁合金圓管表層均勻涂覆一層環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠，將其塞入1)加工好的孔隙之中，再將復(fù)合有金屬管件的泡沫金屬板上下表面均勻涂覆一層環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠，將切割好的金屬面板覆蓋其上完成膠接(先完成下面板粘接，后倒置完成上面板粘接)。最后，將上下面板采用夾持或者壓塊將其位置固定，靜置24小時或者恒溫箱中40～60℃環(huán)境下兩小時固化。待固化后去除夾持裝置，清理表面環(huán)氧膠及污物即可獲得新型復(fù)合強化型泡沫金屬夾芯板。

實施例3：1)泡沫金屬芯體加工。首先將開孔泡沫銅按夾芯板芯體尺寸要求采用切割機或者線切割加工成所需芯體結(jié)構(gòu)，再將其沿厚度方向通過鉆孔或線切割手段加工出一系列通孔結(jié)構(gòu)。孔的尺寸與管件結(jié)構(gòu)截面尺寸一致，可留適當(dāng)縫隙，縫隙尺寸小于0.1mm，數(shù)目和分布按具體需求而定，一般為按一定次序排列的陣列結(jié)構(gòu)，如圖1及圖3所示。其中，泡沫金屬為開孔泡沫銅，平均孔徑為2.27mm，孔隙率為95％。

2)用于強化的金屬管件結(jié)構(gòu)及面板的加工。將金屬304不銹鋼圓管采用線切割或切割機加工成與泡沫金屬芯體厚度方向尺寸一致的短管，并將304不銹鋼板采用剪板機切割成所需尺寸。其中圓管直 徑20mm，壁厚1mm，上下面板厚度均為2mm。

3)結(jié)構(gòu)復(fù)合。首先將切割好的304不銹鋼圓管表層均勻涂覆一層環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠，將其塞入1)加工好的孔隙之中。再將下下面板均勻涂覆一層環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠，將復(fù)合有金屬管件的泡沫金屬板置于下面板上，后將上面板置于其上完成膠接。最后，將上下面板采用夾持或者壓塊將其位置固定，靜置24小時或者恒溫箱中40～60℃環(huán)境下兩小時固化。待固化后去除夾持裝置，清理表面環(huán)氧膠及污物即可獲得新型復(fù)合強化型泡沫金屬夾芯板。

實施例4：1)泡沫金屬芯體加工。首先將閉孔泡沫鋁按夾芯板芯體尺寸要求采用切割機或者線切割加工成所需芯體結(jié)構(gòu)，再將其沿厚度方向通過鉆孔或線切割手段加工出一系列通孔結(jié)構(gòu)?？椎某叽缗c管件結(jié)構(gòu)截面尺寸一致，可留適當(dāng)縫隙，縫隙尺寸小于0.1mm，數(shù)目和分布按具體需求而定，一般為按一定次序排列的陣列結(jié)構(gòu)，如圖1及圖3所示。其中，泡沫金屬為閉孔泡沫鋁密度0.54～0.81g/cm³,孔隙率70～80％。

2)用于強化的金屬管件結(jié)構(gòu)及面板的加工。將金屬304不銹鋼圓方管采用線切割或切割機加工成與泡沫金屬芯體厚度方向尺寸一致的短管，并將304不銹鋼板采用剪板機切割成所需尺寸。其中方管截面尺寸為20*20mm，壁厚1.5mm，上下面板厚度均為2mm。

3)結(jié)構(gòu)復(fù)合。首先將切割好的304不銹鋼方管表層均勻涂覆一層環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠，將其塞入1)加工好的孔隙之中，再將復(fù)合有金屬管件的泡沫金屬板上下表面均勻涂覆一層環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠，將切割好的金屬 面板覆蓋其上完成膠接(先完成下面板粘接，后倒置完成上面板粘接)。最后，將上下面板采用夾持或者壓塊將其位置固定，靜置24小時或者恒溫箱中40～60℃環(huán)境下兩小時固化。待固化后去除夾持裝置，清理表面環(huán)氧膠及污物即可獲得新型復(fù)合強化型泡沫金屬夾芯板。

實施例5：1)泡沫金屬芯體加工。首先將閉孔泡沫鋁按夾芯板芯體尺寸要求采用切割機或者線切割加工成所需芯體結(jié)構(gòu)，再將其沿厚度方向通過鉆孔或線切割手段加工出一系列通孔結(jié)構(gòu)?？椎某叽缗c管件結(jié)構(gòu)截面尺寸一致，可留適當(dāng)縫隙，縫隙尺寸小于0.1mm，數(shù)目和分布按具體需求而定，一般為按一定次序排列的陣列結(jié)構(gòu)，如圖1及圖3所示。其中，泡沫金屬為閉孔泡沫鋁密度0.54～0.81g/cm³,孔隙率70～80％。

2)用于強化的金屬管件結(jié)構(gòu)及面板的加工。將矩形鋁管采用線切割或切割機加工成與泡沫金屬芯體厚度方向尺寸一致的短管，并將304不銹鋼板采用剪板機切割成所需尺寸。其中矩形管截面尺寸為20*30mm，壁厚1mm，304不銹鋼上下面板厚度均為1mm。

3)泡沫鋁填充鋁管。首先將閉孔泡沫鋁切割成截面尺寸18*28mm，高度與泡沫鋁板厚度一致的泡沫鋁柱(與矩形鋁管內(nèi)徑一致)，再將其表面均勻涂覆一層環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠，最后將其填充到2)所述加工好的矩形鋁管中，清理溢出的環(huán)氧膠后備用。

4)結(jié)構(gòu)復(fù)合。首先將2)中所述泡沫鋁填充矩形鋁管表層均勻涂覆一層環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠，將其塞入1)加工好的孔隙之中，再將復(fù)合有 金屬管件的泡沫金屬板上下表面均勻涂覆一層環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠，將切割好的金屬面板覆蓋其上完成膠接(先完成下面板粘接，后倒置完成上面板粘接)。最后，將上下面板采用夾持或者壓塊將其位置固定，靜置24小時或者恒溫箱中40～60℃環(huán)境下兩小時固化。待固化后去除夾持裝置，清理表面環(huán)氧膠及污物即可獲得新型復(fù)合強化型泡沫金屬夾芯板。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員,在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的方法及技術(shù)內(nèi)容作出些許的更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。