CN101623944A

CN101623944A - 镁合金夹层板及镁合金夹层板的制备方法

Info

Publication number: CN101623944A
Application number: CN 200910091150
Authority: CN
Inventors: 权高峰
Original assignee: Beijing Huashengrong Magnesium Industry Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Huashengrong Magnesium Industry Technology Co., Ltd.
Priority date: 2009-08-10
Filing date: 2009-08-10
Publication date: 2010-01-13
Anticipated expiration: 2029-08-10
Also published as: CN101623944B

Abstract

本发明涉及一种镁合金夹层板及镁合金夹层板的制备方法，该镁合金夹层板由上至下依次包括上层镁合金面板、第一粘胶层、聚合物夹芯板、第二粘胶层以及下层镁合金面板，其中，上层镁合金面板和下层镁合金面板为镁合金轧制板材经去应力退火处理而成，且表面处理成耐腐蚀膜，第一、第二粘胶层由高强度胶形成；以上各层经过滚轧或热压固化成型为所述镁合金夹层板。本发明提供的镁合金夹层板及镁合金夹层板的制备方法，通过使用表面进行过绝缘化处理的镁合金轧制板材作为上、下层镁合金面板，使用弱碱性高强度胶进行上、下面板与聚合物夹芯板之间的可靠连接，得到了减振隔声性和隔热保温性良好的轻质夹层板。

Description

镁合金夹层板及镁合金夹层板的制备方法

技术领域

本发明涉及一种复合夹层板及其制备方法，尤其涉及一种镁合金夹层板及镁合金夹层板的制备方法。

背景技术

复合夹层板是一种常用的机械工程结构，具有高强度、高隔音性能、轻量化、低成本的特点，由上、下面板和聚合物夹芯经工程聚合物胶粘结而成。

现有的复合板结构主要是复合夹层板和蜂窝板，其中，复合夹层板主要有两种：一种是由铝合金面板和聚合物夹芯胶接组成的，一种是由玻璃钢面板和聚合物夹芯层胶接组成的。随着交通运输装备轻量化的发展，许多原来的复合夹层板由于质量大，减震效果差已经不能满足新的需求了，因此，复合夹层板面临着进一步减重的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种镁合金夹层板及镁合金夹层板的制备方法，解决复合夹层板质量重，隔声和抗震性能差的问题。

本发明提供了一种镁合金夹层板，由上至下依次包括上层镁合金面板、第一粘胶层、聚合物夹芯板、第二粘胶层以及下层镁合金面板，其中，所述上层镁合金面板和所述下层镁合金面板为镁合金轧制板材经去应力退火处理而成，且表面处理成耐腐蚀膜，所述第一粘胶层和所述第二粘胶层由高强度胶形成；所述上层镁合金面板、第一粘胶层、聚合物夹芯板、第二粘胶层以及下层镁合金面板经过滚轧或热压固化成型为所述镁合金夹层板。

本发明还提供了一种镁合金夹层板的制备方法，包括：

对经过去应力退火处理的镁合金轧制板材进行表面预处理，获得表面具有耐腐蚀膜的上层镁合金面板和下层镁合金面板；

分别在所述上层镁合金面板的下表面、所述下层镁合金面板的上表面，以及用于作为所述镁合金夹层板芯板的聚合物夹芯板的上下表面涂覆高强度胶；

按照由上至下的顺序，将所述上层镁合金面板、所述聚合物夹芯板以及所述下层镁合金面板的涂胶表面相互对应贴合，经过滚轧或热压固化处理形成由上至下依次包括有所述上层镁合金面板、第一粘胶层、所述聚合物夹芯板、第二粘胶层以及所述下层镁合金面板的所述镁合金夹层板。

本发明提供的镁合金夹层板及镁合金夹层板的制备方法，通过使用表面进行过绝缘化处理的镁合金轧制板材作为上层镁合金面板和下层镁合金面板，使用高强度胶进行上、下面板与聚合物夹芯板之间的可靠连接，得到了减振隔声性良好的轻质的夹层板。

附图说明

图1为本发明镁合金夹层板一实施例的结构示意图；

图2为本发明镁合金夹层板的制备方法的一实施例的流程图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

图1为本发明镁合金夹层板一实施例的结构示意图。如图1所示，本实施例提供了一种镁合金夹层板，由上至下依次包括上层镁合金面板1、第一粘胶层2、聚合物夹芯板3、第二粘胶层4以及下层镁合金面板5，其中，上层镁合金面板1和下层镁合金面板5是由镁合金轧制板材经过去应力退火处理形成的，且表面处理成耐腐蚀膜，第一粘胶层2和第二粘胶层4由高强度胶形成；上层镁合金面板1、第一粘胶层2、聚合物夹芯板3、第二粘胶层4以及下层镁合金面板5经过滚轧或热压固化成型为镁合金夹层板。

本实施例提供的夹层板使用镁合金板材做上、下面板，主要是因为镁合金是一种新型轻量化的高强度工程结构金属材料，与目前的主流材料相比，镁合金产品有以下几个优点：

1、镁合金的质量轻、刚性好，具有一定的耐蚀性和尺寸稳定性，抗冲击、耐磨、振动衰减性能好及易于回收；另外还有高的导热和导电性能、无磁性、屏蔽性好和无毒的特点。

2、镁合金的比强度(强度与质量之比)最高。比刚度(刚度与质量之比)接近铝合金和钢，远高于工程塑料。

3、在弹性范围内，镁合金受到冲击载荷时，吸收的能量比铝合金件大一倍，所以镁合金具有良好的减震降噪性能。

表1列出了常见工业规模生产的铝合金、镁合金主要性能比对，由表1可以看出，镁合金的密度要比铝合金小很多，而硬度、屈服强度和比强度却比铝合金高出很多，因此用镁合金板材做夹层板的上下面板，可以降低夹层板的重量，提高夹层板的性能。

表1

材料	密度g/cm^3	硬度HV	屈服强度MPa	比强度	纯金属电极电位(V，SCE)
材料	密度g/cm^3	硬度HV	屈服强度MPa	比强度	纯金属电极电位(V，SCE)	铝合金	2.75	45～60	80～200	29.1～72.7	-1.56
镁合金	1.76	55～75	120～230	68.2～130.7	-2.37	铝合金	2.75	45～60	80～200	29.1～72.7	-1.56

由于经过热轧、冷轧后的镁合金板材，内部存在较高的残余内应力，会在随后的处理和服役过程中逐步释放，导致镁合金轧制板材的尺寸和形状发生改变。经过退火处理后可以使残余内应力释放，使得镁合金轧制板材的尺寸稳定、性能得到改善。因此本实施例上下镁合金面板采用经过去应力退火处理的镁合金轧制板材，例如经过热挤压-热轧-冷轧的AZ31B板材，但并不限于此。

同时，由于镁在自然条件下生成的氧化膜疏松多孔，对镁基体缺少保护能力，限制了镁合金在腐蚀性环境中的应用，因此本发明实施例中的镁合金面板选用在经过去应力退火处理后进一步经过表面处理获得耐腐蚀膜后的镁合金面板，其中所述的耐腐蚀膜为阳极氧化膜或化学转化膜，阳极氧化膜是对镁合金轧制板材进行氧化和封孔处理生成的，所述的化学转化膜是对镁合金轧制板材进行化学转化和封孔处理生成的。

本实施例提供的镁合金夹层板，由于使用异质材料，即采用镁合金作为上下面板、采用聚合物夹芯板作为板芯，所以需要对氧化封孔处理或化学转化处理后的镁合金轧制板材进行表面绝缘化处理，并且采用高强度聚合物胶对镁合金面板和聚合物夹芯板进行可靠连接，由于该胶若为酸性，则会破坏表面耐腐蚀膜层，腐蚀镁合金面板，导致结构失效。因此，本实施例中采用pH值为7.0-8.5的高强度聚合物胶，该高强度聚合物胶可以是中性也可以是弱碱性，以保证具有更好的胶接强度；与现有的蜂窝板结构相比，由于上下镁合金面板中间的夹芯是实心结构，加强了胶粘的面积，可以大大提高夹层板的抗压及抗弯等力学性能(以往的力学试验表明，往往粘胶层是受力最薄弱的位置)。

综上所述，本实施例提供的镁合金夹层板，由于使用异质材料，即采用镁合金作为上下面板、采用聚合物夹芯板作为板芯，所以需要对镁合金轧制板材进行氧化和封孔处理或化学转化和封孔处理，形成表面绝缘层，并且采用高强度聚合物胶对镁合金面板和聚合物夹芯板进行可靠连接，具有以下技术效果：1、与现有铝蜂窝板相比，可以减重1/5以上；2、由于镁合金的减震降噪性能，可以将隔音性能提高3dB-15dB；本实施例提供的镁合金夹层板作为航天器、飞行器、轻量化高速列车、城市轨道列车等交通运输装备中的壁板、地板、隔板及顶板等部件，不仅可以实现明显减重、降低噪音和振动，而且将显著提高列车制造和运营的综合效率，改善搭乘条件，实现人文化交通。

在上述技术方案中，镁合金夹层板中的夹芯可以采用多孔的多组分聚合物夹芯板，例如多孔聚氨酯夹芯板，但并不限于此，由于聚氨酯泡沫板中的闭孔率要高于90％，是一种比较好的阻尼材料，因此本发明提供的镁合金夹层板中的夹芯也可以由聚氨酯泡沫板构成，不仅可以提高夹层板的减震降噪性能，而且，由于国内生产聚氨酯泡沫板的厂家很多，价格便宜，还可以降低镁合金夹层板的成本，其中，表2列出了聚氨酯泡沫板的主要性能。

表2

密度kg/m³	30-60
密度kg/m³	30-60	抗压强度Mpa	≥0.15
抗拉伸强度kg/m²	2.5-3.5	抗压强度Mpa	≥0.15
抗拉伸强度kg/m²	2.5-3.5	导热系数W/m.k	0.016-0.027
闭孔率％	≥92	导热系数W/m.k	0.016-0.027
闭孔率％	≥92	尺寸稳定性％	≤3
吸水率kg/m²	0.25	尺寸稳定性％	≤3
吸水率kg/m²	0.25	使用温度℃	-196～120
氧指数	根据需要而定	使用温度℃	-196～120

图2为本发明镁合金夹层板的制备方法的一实施例的流程图。如图2所示，本实施例提供了一种镁合金夹层板的制备方法，包括：

步骤11，对经过去应力退火处理的镁合金轧制板材进行表面预处理，获得表面具有耐腐蚀膜的上层镁合金面板和下层镁合金面板；

步骤12，分别在上层镁合金面板的下表面、下层镁合金面板的上表面，以及用于作为镁合金夹层板芯板的聚合物夹芯板的上下表面涂覆高强度胶；

步骤13，按照由上至下的顺序，将上层镁合金面板、聚合物夹芯板以及下层镁合金面板的涂胶表面相互对应贴合，经过滚轧或热压固化处理形成由上至下依次包括有上层镁合金面板、第一粘胶层、聚合物夹芯板、第二粘胶层以及下层镁合金面板的镁合金夹层板。

本实施例提供的镁合金夹层板的制备方法，工艺简单易于实现，通过采用表面氧化处理或化学转化处理、封孔处理等工艺以及采用弱碱性聚合物胶进行粘合，使得由本实例制备的镁合金夹层板具有重量轻，抗噪性能好等优点。

基于上述技术方案，步骤11具体为：首先，本实施例对经过热挤压-热轧-冷轧的AZ31B板材进行表面清理、除油后，应用水剂进行清洗并干燥；接着，在200～350℃温度下，对上述镁合金轧制板材加热30分钟，然后冷却进行去应力退火处理，经过去应力退火处理得到力学性能改善、显微组织均匀、晶粒细化，且各向异性减小的镁合金轧制板材，本实施例采用AZ31B板材，但并不限于此。

由于镁在自然条件下生成的氧化膜不能完全覆盖镁表面，氧化膜疏松多孔，对镁基体缺少保护能力，从而限制了镁合金在腐蚀性环境中的应用，因此本实施例对经过去应力退火处理的镁合金轧制板材进一步进行表面处理形成一层保护膜。目前，对镁合金进行防护的方法是在其表面形成化学转化膜或阳极氧化膜。所谓阳极氧化，就是以金属为阳极，在适当的电解液中进行电解，从而在金属表面获得保护性膜层的方法。

本实施例经过比较，提供一种阳极氧化表面处理方案如下：除油、酸洗、冷水漂洗、阳极氧化、冷水漂洗、封孔处理、冷水漂洗、烘干。本实施例中镁合金面板表面处理过程具体为，对经过去应力退火处理的镁合金轧制板材进行除油、酸洗、冷水漂洗，以去除镁合金轧制板材表面残存的机械油、切割油等轻度有机污垢，为阳极氧化工序提供实施基础；接下来以镁合金板材为阳极，外加电流密度为50-80mA/cm²的直流稳压稳流电源在电解液中进行处理，电解液的温度控制为35℃-55℃，处理时间为25-35分钟。然后，将经过阳极氧化处理的镁合金板材放入冷水漂洗，去除镁合金板材表面残留的电解液，然后进行封孔处理，具体工序为：将经过前述步骤处理的镁合金轧制板材在控制温度为50℃-100℃，浓度为10g/L-100g/L的水玻璃溶液中浸泡10-30分钟。然后，通过再次冷水漂洗将封孔处理后的镁合金轧制板材表面的水玻璃溶液清洗掉，最后，经烘干得到本实施例的镁合金面板，具体包括上层镁合金面板和下层镁合金面板。

其中，与本实施例阳极氧化工序相适应的电解液的组分包括氢氧化钠、偏铝酸钠、碳酸钠、硅酸钠和氟硼酸钠，其中，电解液中氢氧化钠、偏铝酸钠、碳酸钠、硅酸钠和氟硼酸钠的浓度分别为30g/L、45g/L、2g/L、2g/L和2g/L；其中电解液溶液均以水为溶剂，其浓度为单位体积溶液所含电解质质量。

同时，本实施例还提供了一种化学转化处理方法，通过化学转化处理，在经过去应力退火处理的镁合金轧制板材的表面生成一层化学转化膜，具体方法为：将经过去应力退火处理的镁合金轧制板材依次进行以下操作：除油、水洗、磷酸盐溶液浸泡处理、水洗和干燥。

其中，磷酸盐浸泡处理过程为：在30℃-40℃下，将经过去应力退火处理的镁合金轧制板材在磷酸盐溶液中浸泡15分钟。

该磷酸盐溶液的制备过程为：将磷酸钠、高锰酸钾、缓蚀剂与水混合，以形成混合液，该混合液中磷酸钠、高锰酸钾和缓蚀剂的浓度分别为100g/L、50g/L和6g/L，然后向该混合液中添加磷酸，直至将该混合液的pH值调节为3.5。

由于阳极氧化膜的耐腐蚀性能和耐磨损性能好、易于与基体结合，因此被广泛采用。

基于上述技术方案，步骤12具体为：由于夹层板的力学性能受到板芯与面板接触面平整度的影响，因此，在涂胶之前，先将制备好的聚合物夹芯进行打磨保证其垂直平整，接着，将步骤11得到的上下层镁合金面板和打磨好的聚合物夹芯的接触面用酒精擦洗、并吹干以避免灰尘污垢对夹层板胶结强度的影响。在经过前述处理后，分别在上层镁合金面板的下表面、下层镁合金面板的上表面涂覆高强度胶，同时在聚合物夹芯板的上下表面涂覆高强度胶，由于若采用的胶为酸性，则会破坏步骤11中在镁合金轧制板材表面形成的化学转化膜或者阳极氧化膜层，腐蚀镁合金面板，故本实施例采用PH值范围为7.0-8.5的中性或弱碱性聚合物胶，其中PH值范围是保证镁合金夹层板胶接强度的一个较佳的范围值。

在上述技术方案的基础上，本实施例中步骤13具体为：按照由上至下的顺序，将上层镁合金面板、聚合物夹芯板以及下层镁合金面板的涂胶表面相互对应贴合放入恒温保温箱，并在100℃、10MPa的压力进行加压粘合，以使中性或弱碱性高强度胶形成的第一粘胶层和第二粘胶层固化，将上层镁合金面板、聚合物夹芯板和下层镁合金面板粘结在一起，保温10小时后至自然冷却以达到最大粘结强度，由此经过热压固化处理形成由上至下依次包括有上层镁合金面板、第一粘胶层、聚合物夹芯板、第二粘胶层以及下层镁合金面板的镁合金夹层板，以上各层也可以采用滚轧固化处理形成镁合金夹层板。

综上所述，本实施例提供的镁合金夹层板的制备方法，由于使用异质材料，即采用镁合金作为上下面板、采用聚合物夹芯板作为板芯，所以需要对镁合金轧制板材进行氧化和封孔处理或化学转化和封孔处理，形成表面绝缘层，并且采用高强度聚合物胶对镁合金面板和聚合物夹芯板进行可靠连接，具有以下技术效果：1、与现有铝蜂窝板相比，可以减重1/5以上；2、由于镁合金的减震降噪性能，可以将隔音性能提高3dB-15dB；采用本实施例的制备方法得到的镁合金夹层板作为航天器、飞行器、轻量化高速列车、城市轨道列车等交通运输装备中的壁板、地板、隔板及顶板等部件，不仅可以实现明显减重、降低噪音和振动，而且将显著提高列车制造和运营的综合效率，改善搭乘条件，实现人文化交通。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims

1、一种镁合金夹层板，其特征在于，由上至下依次包括上层镁合金面板、第一粘胶层、聚合物夹芯板、第二粘胶层以及下层镁合金面板，其中，所述上层镁合金面板和所述下层镁合金面板为镁合金轧制板材经去应力退火处理而成，且表面处理成耐腐蚀膜，所述第一粘胶层和所述第二粘胶层由高强度胶形成；所述上层镁合金面板、第一粘胶层、聚合物夹芯板、第二粘胶层以及下层镁合金面板经过滚轧或热压固化成型为所述镁合金夹层板。

2、根据权利要求1所述的镁合金夹层板，其特征在于，所述耐腐蚀膜具体为经氧化和封孔处理获得的阳极氧化膜或经化学转化处理获得的化学转化膜。

3、根据权利要求1或2所述的镁合金夹层板，其特征在于，所述聚合物夹芯板为多孔的多组分聚合物夹芯板。

4、根据权利要求1或2所述的镁合金夹层板，其特征在于，所述高强度胶的PH值范围为7.0-8.5。

5、一种镁合金夹层板的制备方法，其特征在于：

6、根据权利要求5所述的镁合金夹层板的制备方法，其特征在于，所述去应力退火处理的过程为：

将所述镁合金轧制板材在200～350℃温度下加热30分钟，然后冷却。

7、根据权利要求5所述的镁合金夹层板的制备方法，其特征在于，所述对经过去应力退火处理的镁合金轧制板材进行表面预处理，获得表面具有耐腐蚀膜的上层镁合金面板和下层镁合金面板具体为：

对所述经过去应力退火处理的镁合金轧制板材进行氧化和封孔处理或化学转化和封孔处理，获得表面具有阳极氧化膜或化学转化膜的上层镁合金面板和下层镁合金面板。

8、根据权利要求7所述的镁合金夹层板的制备方法，其特征在于，所述氧化和封孔处理包括依次进行的阳极氧化处理和封孔处理；

所述阳极氧化处理的过程为：将所述经过去应力退火处理的镁合金轧制板材，在温度为35℃-55℃、电流密度为50-80mA/cm²的电解液中浸泡25-35分钟；

其中，所述电解液包括：氢氧化钠、偏铝酸钠、碳酸钠、硅酸钠、氟硼酸钠和水；其中，所述电解液中氢氧化钠、偏铝酸钠、碳酸钠、硅酸钠和氟硼酸钠的浓度分别为30g/L、45g/L、2g/L、2g/L和2g/L；

所述封孔处理的过程为：将经过所述阳极氧化处理的镁合金轧制板材在10g/L-100g/L、温度为50℃-100℃的水玻璃溶液中浸泡10-30分钟。

9、根据权利要求7所述的镁合金夹层板的制备方法，其特征在于，所述化学转化和封孔处理包括依次进行的化学转化处理和封孔处理；

所述化学转化处理的过程为：将所述经过去应力退火处理的镁合金轧制板材在温度为30℃-40℃的磷酸盐溶液中浸泡15分钟；

其中，所述磷酸盐溶液的制备过程为：将磷酸钠、高锰酸钾、缓蚀剂与水混合形成混合液，所述混合液中磷酸钠、高锰酸钾和缓蚀剂的浓度分别为100g/L、50g/L和6g/L；用磷酸将所述混合液的pH值调节为3.5；

所述封孔处理的过程为：将经过所述化学转化处理的镁合金轧制板材在10g/L-100g/L、温度为50℃-100℃的水玻璃溶液中浸泡10-30分钟。

10、根据权利要求5所述的镁合金夹层板的制备方法，其特征在于，所述涂覆高强度胶具体为：涂覆PH值范围为7.0-8.5的聚合物胶。