CN103240924A

CN103240924A - 一种镁合金蜂窝结构材料及制备方法

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Publication number: CN103240924A
Application number: CN2013101329878A
Authority: CN
Inventors: 丁敏; 郑勇; 刘士森; 张红霞
Original assignee: Taiyuan University of Technology
Current assignee: Taiyuan University of Technology
Priority date: 2013-04-17
Filing date: 2013-04-17
Publication date: 2013-08-14

Abstract

一种镁合金蜂窝结构材料及制备方法，属于复合材料技术领域，其特征在于一种结合强度高、无需对连接界面进行精加工即可使用且具有耐高温性能的镁合金蜂窝结构材料及基于超声辅助半固态钎焊方法，该材料由上下面板和蜂窝芯结构超声辅助液相连接而成，且上下面板的厚度为1-4.5mm，所述蜂窝芯结构的所述镁合金薄板厚度为0.5-0.8mm，宽度为10-50mm。采用超声辅助液相连接制作的镁合金蜂窝材料能够在高温下使用。强度为25-35Mpa。本发明制备的镁合金蜂窝板具有高强度、轻量化和耐高温性能，可广泛应用与航天器、飞行器、高铁和城市轨道列车等现代交通运输工具中可作为壁板、地板和隔音材料等部件。

Description

一种镁合金蜂窝结构材料及制备方法

技术领域

本发明一种镁合金蜂窝结构材料及制备方法，属于复合材料技术领域，具体涉及一种结合强度高、无需对连接界面进行精加工即可使用且具有耐高温性能的镁合金蜂窝结构材料及基于超声辅助半固态钎焊方法的技术方案。

背景技术

人造蜂窝板，特别是金属蜂窝板由于重量轻、强度高、刚性大、隔热隔声性能优异等一系列优点，现已在飞机、列车、船舶、建筑等领域中得到广泛应用。镁合金的密度小，并具有良好的比强度、比刚度、可再循环性等一些非常明显的优势，特别在减轻构件的重量方面发挥重要作用。镁合金蜂窝板作为一种新型金属蜂窝板，研究其制备技术和性能特点十分必要，可以丰富和扩展传统蜂窝板结构，具有广阔的应用前景。对于金属蜂窝夹层结构来说，面板与芯子如何连接是非常重要的，就目前来说，有五种连接方式(1) 胶接法：胶接法是把金属面和芯子用热固化胶在连续成形机内加热加压复合而成的建筑板材。胶接是目前人们较为关注的连接方法，连接过程中复合板不承受外加热。（2）缝焊法：缝焊是指焊件装配成搭接或对接接头并置于两滚轮电极之间，滚轮加压焊件并转动，连续或断续送电，形成一条连续焊缝的电阻焊方法循环，但连接前需进行表面预处理。（3）激光焊接法：激光焊是利用高能量技术的激光束作为热源的一种高效精密焊接方法。具有高能量密度、可聚焦、深穿透、高效率、高精度、适应性强等优点，受到各发达国家的重视，并应用于航空、航天、汽车制造、电子、轻工等领域。（4）钎焊法：材料钎焊连接时，一般是以搭接形式装配，接头间保持很小的间隙，选用比母材熔点低的填充材料，在低于母材熔点、高于钎料熔点的温度下，借助熔化钎料填满母材间的间隙，并通过钎料与母材的相互作用，冷却凝固成牢固的接头。（5）界面瞬间液相扩散轧制连接是利用过渡液相（Transient Liquid Phase--TLP）连接方法的原理使板材与金属芯材形成良好的大面积冶金结合的复合方法。TLP 连接是一种应用于许多合金***的连接方法。其原理是在母材与中间层之间形成低熔点液相，然后通过溶质原子的扩散发生等温凝固，形成组织均匀的焊缝接头。

对于使用在金属热防护***中的金属蜂窝夹层结构来说，目前多采用真空钎焊的方法连接面板与芯子，增加其强度，有效避免了脱胶等问题。胶接制作的蜂窝板主要使用在温度比较低的场合，因为胶接剂不能承受较高温度。缝焊法制备蜂窝材料时表面预处理比较繁琐。激光焊接法所需设备比较昂贵，而且不太适合大面积焊接。钎焊法对于镁合金这种容易氧化的金属较为困难，需要借助外场。TLP方法对于镁合金来说需要研发专门的低熔点金属，比较困难。因此，研发一种具有优良工艺性和接头力学性能的镁合金蜂窝材料制备及制备方法是十分必要的。经对现有技术的文献检索发现，专利号200810011370.X和专利号200910091151.1制作的镁合金蜂窝板使用的是胶结方法，不太适合较高温度使用。因此急需一种具有优良工艺性和接头力学性能的镁合金蜂窝材料制备及制备方法。

发明内容

本发明一种镁合金蜂窝结构材料及制备方法，目的在于：针对上述现有技术产品不适合较高温度的问题，从而提供一种结合强度高、无需对连接界面进行精加工即可使用且具有耐高温性能的镁合金蜂窝结构材料及基于超声辅助TLP镁合金蜂窝板半固态钎焊方法的技术方案。

本发明一种镁合金蜂窝结构材料，其特征在于是一种结合强度高、无需对连接界面进行精加工即可使用且具有耐高温性能的镁合金蜂窝结构材料，该材料是一种由上面板、下面板和蜂窝芯结构超声辅助TLP连接而成的镁合金蜂窝板，所述上面板和下面板由轧制的镁合金板材构成，所述蜂窝芯结构是镁合金薄板材精确塑性变形而成的六边形蜂窝状结构，所述蜂窝板的厚度为6-35mm，其中所述的上面板和下面板的厚度为1-4.5mm，蜂窝芯结构的六边形蜂窝孔径的高度为4-12mm，其蜂窝芯结构的六边形过度圆角半径为0.6-1.4mm，构成所述蜂窝芯结构的所述镁合金薄板厚度为0.5-0.8mm，宽度为10-50mm。

上述一种镁合金蜂窝结构材料的制备方法，其特征在于是基于超声辅助TLP镁合金蜂窝板半固态钎焊方法，该方法包括蜂窝芯结构的制作过程、面板制作过程、蜂窝芯结构与面板超声辅助TLP连接及后处理过程，具体工艺步骤步骤为：

1）材料处理：

首先对厚度为1-4.5mm，宽度为10-50mm的镁合金上面板和镁合金下面板进行去除油渍，然后对镁合金上面板和镁合金下面板进行打磨；对厚度为0.5-0.8mm的蜂窝芯结构镁合金薄板界面进行去除油渍，进行精确无损伤弯曲成型而成做成蜂窝芯材料，然后对蜂窝界面进行打磨；

2）经1）处理材料采用体积分数为15%的NaOH溶液浸泡30—40秒，取出放入体积分数为15%的HCL浸泡30—50秒，取出烘干并去除油渍；

3）将经2）处理的材料进行等温加热：将上述连接件表面放入组分为Mg-(0.1-0.3)Zn液态钎料容器中加热温度升至300-500度，保温2-10分钟；

4）然后进行冷却至镁合金上下面板及蜂窝芯结构镁合金薄板保证半固态，超声20-75秒，加压10-20Mpa，冷却至室温，取出烘干，即完成超声辅助TLP连接，所制备蜂窝结构材料连接强度为25-35MPa,在350度以下的温度都可使用。

本发明一种镁合金蜂窝结构材料的制备方法与现有技术相比较，具有的特点和产生的有益效果是：

（1）本发明使用超声辅助TLP技术，连接后中间界面过渡区成分基本一致；

（2）本发明使用超声辅助TLP技术连接温度较低，连接温度为300-500度，对基体组织和性能影响小，焊接面热影响区小；

（3）所述使用超声辅助TLP技术结合强度比一般钎焊界面高；

（4）无需对连接界面进行精加工，只要去除油污即可，简化了工序；

（5）本连接过程在大气中即可进行，设备简单，无需保护气，成本较低；

（6）连接过后的结构件使用温度较高，300度以下都可使用。

（7）本发明制备的镁合金蜂窝板具有高强度、轻量化和耐高温性能，可广泛应用与航天器、飞行器、高铁和城市轨道列车等现代交通运输工具中可作为壁板、地板和隔音材料等部件。

附图说明

图1为超声辅助TLP技术连接镁合金蜂窝示意图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施方式1：

（1）蜂窝芯结构的制作：将厚度为0.5mm的 AZ31板2，进行精确无损伤弯曲成型而成做成蜂窝芯材料。

（2）面板和蜂窝芯表面采用体积分数为15%的NaOH溶液浸泡35秒，快速取出放入体积分数为15%的HCL浸泡40秒，取出烘干并去除油渍。

（3）将上述连接件表面放入液态3钎料Mg-0.15Zn容器中加热，温度升至350度，保温3分钟。

（4）冷却：将上述润湿的上下板1及蜂窝保证半固态超声4中45秒，加压12MPa。冷却至室温。结合强度为25.2MPa。所述蜂窝材料能在温度250以下度使用。

实施方式2：

（1）蜂窝芯结构的制作：将厚度为0.6mm的 AZ31，进行精确无损伤弯曲成型而成做成蜂窝芯材料。

（2）面板和蜂窝芯表面采用体积分数为15%的NaOH溶液浸泡30秒，快速取出放入体积分数为15%的HCL浸泡40秒，取出烘干并去除油渍。

（3）将上述连接件表面放入液态钎料Mg-0.2Zn容器中加热，温度升至400度，保温4分钟。

（4）冷却：将上述润湿的上下板及蜂窝保证半固态超声50秒，加压15MPa。冷却至室温。结合强度为27.4MPa。所述蜂窝材料能在温度300度以下使用。

实施方式3：

（1）蜂窝芯结构的制作：将厚度为0.8mm的 AZ31，进行精确无损伤弯曲成型而成做成蜂窝芯材料。

（2）面板和蜂窝芯表面采用体积分数为15%的NaOH溶液浸泡50秒，快速取出放入体积分数为15%的HCL浸泡60秒，取出烘干去除油渍

（3）将上述连接件表面放入液态钎料Mg-0.3Zn容器中加热，温度升至500度，保温10分钟。

（4）冷却：将上述润湿的上下板及蜂窝保证半固态超声60秒，加压20MPa。冷却至室温。结合强度为32.3MPa。所述蜂窝材料在能在温度300度以下使用。

实施方式4：

（1）蜂窝芯结构的制作：将厚度为0.8mm的 AZ31B，进行精确无损伤弯曲成型而成做成蜂窝芯材料。

冷却：将上述润湿的上下板及蜂窝保证半固态超声60秒，加压20MPa。冷却至室温。结合强度为35.3MPa。所述蜂窝材料在能在温度300度以下使用。

Claims

1.一种镁合金蜂窝结构材料，其特征在于是一种结合强度高、无需对连接界面进行精加工即可使用且具有耐高温性能的镁合金蜂窝结构材料，该材料是一种由上面板、下面板和蜂窝芯结构超声辅助TLP连接而成的镁合金蜂窝板，所述上面板和下面板由轧制的镁合金板材构成，所述蜂窝芯结构是镁合金薄板材精确塑性变形而成的六边形蜂窝状结构，所述蜂窝板的厚度为6-35mm，其中所述的上面板和下面板的厚度为1-4.5mm，蜂窝芯结构的六边形蜂窝孔径的高度为4-12mm，其蜂窝芯结构的六边形过度圆角半径为0.6-1.4mm，构成所述蜂窝芯结构的所述镁合金薄板厚度为0.5-0.8mm，宽度为10-50mm。

2.上述一种镁合金蜂窝结构材料的制备方法，其特征在于是基于超声辅助TLP镁合金蜂窝板半固态钎焊方法，该方法包括蜂窝芯结构的制作过程、面板制作过程、蜂窝芯结构与面板超声辅助TLP连接及后处理过程，具体工艺步骤步骤为：

1）材料处理：首先对厚度为1-4.5mm，宽度为10-50mm的上下面板和厚度为0.5-0.8mm的蜂窝芯结构镁合金薄板界面进行去除油渍，然后对上下面板及蜂窝界面进行打磨，进行精确无损伤弯曲成型而成做成蜂窝芯材料；

2）经1）处理材料采用体积分数为15%的NaOH溶液浸泡30—40秒，快速取出放入体积分数为15%的HCL浸泡30—50秒，取出烘干并去除油渍；

然后进行冷却至上下面板及蜂窝芯结构镁合金薄板保证半固态，超声20-75秒，加压10-20Mpa，冷却至室温，即完成超声辅助TLP连接，连接强度为25-35MPa,可以在350度下使用。