CN115287658A - 一种铝蜂窝芯的蚀刻方法及夹持装置 - Google Patents
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Abstract
本发明一种铝蜂窝芯的蚀刻方法及夹持装置，所述方法先将待蚀刻的铝蜂窝芯浸入碱性腐蚀液或酸性腐蚀液中，之后将铝蜂窝芯取出后在空气中停留若干秒，碱性腐蚀液包括氢氧化钠4％‑6％、碳酸钠25％‑35％、碳酸氢钠40％‑45％、氢氧化铝1.5％‑2％，酸性腐蚀液按质量百分比计，包括硝酸5.85％‑8.1％、磷酸42.5％‑51％、醋酸9.9％‑14.85％、硝酸铝2％‑4％，剩余为去离子水；重复若干次，得到蚀刻后的铝蜂窝芯。不仅适用于轻量化、异型的蜂窝结构、而且还适用于各种吸能需求的结构及特殊性能用途的蜂窝结构要求。
Description
技术领域
本发明涉及铝蜂窝芯蚀刻领域，为一种铝蜂窝芯的蚀刻方法及夹持装置。
背景技术
常规铝蜂窝芯结构类似于蜂窝蜂巢结构，由铝箔、胶黏剂按照一定工艺制成的，孔径大小、壁厚可以根据不同要求更改的正六边形结构，无数的类工字梁结构使得其具有平整度好，强度高，隔热隔音效果好，质量轻，吸能稳定等特点，广泛应用于航空航天、轨道交通等领域。
常规铝蜂窝芯结构见图1的铝箔，W为垂直于胶条的横向宽度，L为平行于胶条的纵向宽度，其壁厚为0.02mm-0.1mm，制成的正六边形芯格尺寸在1mm-30mm之间，厚度T根据实际使用需求可控制在2mm-500mm之间；虽然铝蜂窝芯有着良好的承压及吸能效果，吸能稳定性良好，然而近几年对于吸能性能的要求越来越高，针对不同要求，铝蜂窝芯的吸能连续性不理想。
另外，在铝蜂窝芯的蚀刻过程中，整个化学反应是一个放热反应，铝蜂窝芯的每个芯格很长，仅有两个出口，在蚀刻过程中，热量很难散出，会造成局部过烧现象。局部反映过烈，整个反应过程中产生的气体会大量溢出，造成反应过程很难控制，甚至会使反应沸腾，造成炸锅，目前在蚀刻过程中极易将铝箔壁腐蚀穿或者腐蚀殆尽。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种铝蜂窝芯的蚀刻方法及夹持装置，不仅适用于轻量化、异型的蜂窝结构、而且还适用于各种吸能需求的结构及特殊性能用途的蜂窝结构要求。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种铝蜂窝芯的蚀刻方法，包括如下步骤：
步骤1，先将待蚀刻的铝蜂窝芯浸入碱性腐蚀液或酸性腐蚀液中，之后将所得到的铝蜂窝芯取出后在空气中停留若干秒，所述的碱性腐蚀液按质量百分比计，包括氢氧化钠4％-6％、碳酸钠25％-35％、碳酸氢钠40％-45％、氢氧化铝1.5％-2％，剩余为去离子水，所述的酸性腐蚀液按质量百分比计，包括硝酸5.85％-8.1％、磷酸42.5％-51％、醋酸9.9％-14.85％、硝酸铝2％-4％，剩余为去离子水；
步骤2，按照步骤1所描述的过程重复若干次，得到蚀刻后的铝蜂窝芯。
优选的，步骤1中所述碱性腐蚀液或酸性腐蚀液的温度为35-45℃。
优选的，步骤1将所述的碱性腐蚀液或酸性腐蚀液存放在槽液槽中，在往槽液槽底部通入压缩空气。
进一步，所述压缩空气的进气量为0.8-1m3/min。
优选的，步骤1将待蚀刻的铝蜂窝芯在所述的碱性腐蚀液或酸性腐蚀液中浸入3-5min后取出。
优选的，步骤1将所得到的铝蜂窝芯取出后在空气中停留3-10s。
优选的，步骤1将待蚀刻的铝蜂窝芯夹持后安装在行吊起重机上，通过行吊起重机使铝蜂窝芯上下自由活动。
一种铝蜂窝芯的夹持装置，包括支撑框架和压板；
所述的支撑框架包括形状相同的上矩形框和下矩形框，上矩形框内壁形成的宽度大于或等于铝蜂窝芯的宽度，上矩形框内壁形成的长度大于或等于铝蜂窝芯的长度，上矩形框和下矩形框的四角通过支撑柱固定连接，下矩形框的下端宽度方向沿下矩形框的长度方向均匀且间隔布置有开口朝下的U型框，U型框由四氟板弯折而成；
所述压板的宽度等于铝蜂窝芯的宽度，长度等于铝蜂窝芯的长度，铝蜂窝芯沿垂直方向放置在U型框的上表面，压板放置在铝蜂窝芯的上表面。
进一步，所述上矩形框、下矩形框、支撑柱和压板的材质均为不锈钢。
再进一步，所述上矩形框的宽度方向外侧沿上矩形框的长度方向水平对称固定有若干个扶手，扶手分布在上矩形框宽度方向的两端，上矩形框长度方向的扶手位置对称布置。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明一种铝蜂窝芯的蚀刻方法，将蜂窝芯壁厚按照要求进行蚀刻，由于铝的特殊性质，既可以与酸反应，又可以与强碱溶液反应，故采碱性腐蚀液或酸性腐蚀液。碱性腐蚀液中氢氧化钠保证较强的碱性，碳酸钠、碳酸氢钠主要作用是控制整个反应速率，防止反应过于剧烈，影响铝蜂窝芯效果，同时持续释放OH-离子，保证整个过程的碱性环境，氢氧化铝是为了是整个反应顺畅，提前提供铝离子在整个溶液中。酸性腐蚀液中硝酸保证整个溶液强酸性，磷酸、醋酸主要作用是控制反应速率，同时持续释放H+离子，保证整个过程的酸性环境，硝酸铝为了整个反应顺畅，提前提供铝离子在整个溶液中。该蚀刻方法可满足涉及航空航天、轨道交通、汽车安全、电子信息等行业使用到的、对重量控制要求及体积要求高但对强度要求不高的蜂窝结构。将原有的单一蜂窝、叠层蜂窝吸能利用本发明可以实现平滑曲线过度，减少了因阶段吸能造成的损伤，可用于人员、精密仪器保护，在碰撞过程中吸能，航天器等着陆等方面。
本发明一种铝蜂窝芯的夹持装置，将铝蜂窝芯装入支撑框架中，铝蜂窝芯可直接接触U型框，可防止不锈钢材质的支撑框架在运行过程中碰伤铝蜂窝芯。将铝蜂窝芯以垂直的方向放入下矩形框中，U型框将铝蜂窝芯支撑在支撑框架中，压板通过重力产生的压力将铝蜂窝芯进行夹持，可以保证铝蜂窝芯在整体移动中不好晃动。该装置具有一定的结构稳固性。
附图说明
图1为铝蜂窝芯的结构示意图。
图2为本发明所述的铝蜂窝芯加持装置结构示意图
图3为本发明所述的铝蜂窝芯加持装置加持铝蜂窝芯后的剖面图。
图4为正常蜂窝芯力学性能曲线图。
图5为本发明所述实施例1碱性腐蚀液处理过的蜂窝芯力学性能曲线图。
图中：1-支撑框架、2-压板、3-铝蜂窝芯。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明一种改变铝蜂窝芯吸能性能的高精度蚀刻方法，其中碱性腐蚀液按质量百分比计，成分为：氢氧化钠(4％-6％)、碳酸钠(25％-35％)、碳酸氢钠(40％-45％)、氢氧化铝(1.5％-2％)，剩余为去离子水。其中氢氧化钠保证较强的碱性，碳酸钠、碳酸氢钠主要作用是控制整个反应速率，防止反应过于剧烈，影响铝蜂窝芯效果，同时持续释放OH-离子，保证整个过程的碱性环境，氢氧化铝是为了是整个反应顺畅，提前提供铝离子在整个溶液中。
酸性腐蚀液按质量百分比计，成分为：市售的化学纯，纯度为45％的硝酸(13％-18％)、化学纯，纯度为85％的磷酸(50％-60％)、市售的化学纯，纯度为99％的醋酸(9.9％-14.85％)、硝酸铝2％-4％，剩余为去离子水。
其中硝酸保证整个溶液强酸性，磷酸、醋酸主要作用是控制反应速率，同时持续释放H+离子，保证整个过程的酸性环境，硝酸铝为了整个反应顺畅，提前提供铝离子在整个溶液中。
因本发明的碱性腐蚀反应和酸性腐蚀反应过程均为放热反应，化学反应过程温度越高，蚀刻速率越快，该设计的反应温度为35-45℃，碱性腐蚀液和酸性腐蚀液的组成，以及蚀刻过程中搅拌与否都会影响到蚀刻的速率，搅拌为气动搅拌，进气量0.8-1m3/min，可以控制蚀刻速率为(1-3)×10-2g/mm/min(铝的消耗量)。保证整个工艺过程可控。且制造铝蜂窝的铝箔是比较薄的，一般厚度在0.1mm以下。为了避免将铝箔壁腐蚀穿或者腐蚀殆尽，间隔3-5min将物件提出液面，间隔3-10s后再重复。
由于现使用蜂窝尺寸都偏大，高度300-500mm，，长宽250-700mm，外形很难固定，整个过程在液面以下完成，铝蜂窝芯展开后易变形，为克服在液体中因浮力、强酸性和反应过程剧烈性影响，需要使用如图2所示的装置进行夹持，保证形状稳定性。
该夹持装置主要由支撑框架1和压板2组成，支撑框架1包括形状相同的上矩形框和下矩形框，上矩形框内壁形成的宽度大于或等于铝蜂窝芯3的宽度，上矩形框内壁形成的长度大于或等于铝蜂窝芯3的长度，压板2的宽度等于铝蜂窝芯3的宽度，长度等于铝蜂窝芯3的长度，上矩形框和下矩形框通过四个横截面为L型的支撑柱固定连接，上矩形框、下矩形框、支撑柱和压板2的材质均为不锈钢。下矩形框的下端宽度方向沿下矩形框的长度方向均匀且间隔布置有开口朝下的U型框，U型框由四氟板弯折而成，这样，将铝蜂窝芯3装入支撑框架1中，铝蜂窝芯3直接接触U型框，可防止不锈钢材质的支撑框架1在运行过程中碰伤铝蜂窝芯3，该装置具有一定的结构稳固性、耐腐性要求。
如图3所示，将铝蜂窝芯3以垂直的方向放入下矩形框中，若干个U型框将铝蜂窝芯3支撑在支撑框架1中，将压板2放在铝蜂窝芯3的上表面，压板2通过重力产生的压力将铝蜂窝芯3进行夹持，可以保证铝蜂窝芯3在整体移动中不好晃动。上矩形框的宽度方向外侧水平向外对称焊接有四个圆柱形的扶手，每个扶手分布在上矩形框宽度方向的两端，上矩形框长度方向的扶手位置对称布置，方便通过工作人员手扶，在支撑框架1移动前使其保持平衡。上矩形框宽度方向的两个边上表面均固定有一个U型把手，U型把手的中心均位于上矩形框对应直边的中心，每个U型把手的内侧两端均固定有圆柱形的连接柱，连接柱位于U型把手的上方。通过U型把手和连接柱可将支撑框架1整体连接到行吊起重机上。铝蜂窝芯3一般高度为300-500mm，长和宽为250-700mm，将其人工装载到支撑框架1中，然后压板2通过压力将铝蜂窝芯3进行夹持，装卸方便，通过行吊起重机可满足铝蜂窝芯3的上下自由活动。
在整个过程中需要将压缩空气打入槽液槽底部，起到降温和搅拌双重降温作用，有效地控制反应的程度。
本发明使用碱性蚀刻液对铝蜂窝芯进行高精度蚀刻时，主要的反应方程式为：2Al+2H2O+2OH-＝2AlO2 -+3H2↑，具体包括如下步骤：
1，开启现有的环保设备，整个过程中保证有害物质的处理，操作人员佩戴安全防护用具，以防止可能的不安全事件发生。
2，按照之前碱性腐蚀液的组成比例进行1000kg碱性腐蚀液的配置，将其之后倒入储液槽中，用行吊起重机将铝蜂窝芯浸入碱性腐蚀液中，为确保腐蚀液的腐蚀速率稳定性，根据生产需要每8小时测定腐蚀速率。
3，每隔3-5min将铝蜂窝芯提出液面，停留3-10s，主要是让储液槽中的碱性腐蚀液浓度、储槽液温度均匀。
4，根据目标吸能性能，得到对应的处理时间，之后每次蚀刻时根据需要的吸能性能，重复相应的次数，取下铝蜂窝芯按照要求进行清洗、干燥处理。
5，为了进一步确保质量，需要对铝蜂窝芯进行定期抽检，使其吸能性能满足要求。
本发明使用酸性蚀刻液对铝蜂窝芯进行高精度蚀刻时，主要的反应方程式为：2Al+6H+＝2Al3++3H2↑，具体包括如下步骤：
1，开启现有的环保设备，整个过程中保证有害物质的处理，操作人员佩戴安全防护用具，防止之后挥发的酸雾进入人体，产生的氢气外排。
2，按照之前酸性腐蚀液的组成比例进行1000kg酸性腐蚀液的配置，将其之后倒入储液槽中，用行吊起重机将铝蜂窝芯浸入酸性腐蚀液中，为确保腐蚀液的腐蚀速率稳定性，根据生产需要每8小时测定腐蚀速率。
3，每隔3-5min将铝蜂窝芯提出液面，停留3-10s，主要是让储液槽中的酸性腐蚀液浓度、储槽液温度均匀。
4，根据目标吸能性能，得到对应的处理时间，之后每次蚀刻时根据需要的吸能性能，重复相应的次数，取下铝蜂窝芯按照要求进行清洗、干燥处理。
5，为了进一步确保质量，需要对样件进行定期抽检，使其吸能性能满足要求。
酸性腐蚀液在整个反应过程中会因为反应的剧烈程度产生刺鼻性气味，需要注意过程中安全防护。
经过以上碱/酸性腐蚀液处理后，对铝蜂窝壁厚会发生很大变化：可将蜂窝的壁厚进行削弱，从而可以改变铝蜂窝的吸能性能。
实施例1
本发明以一个具体的碱性腐蚀液对一个铝蜂窝芯进行蚀刻，其中
氢氧化钠5％、碳酸钠30％、碳酸氢钠40％、氢氧化铝2％，剩余为去离子水。
反应温度为40℃，气动搅拌的进气量1m3/min，每4min将铝蜂窝芯拿出，在空气中停留4s，重复5次，控制的蚀刻速率为2×10-2g/mm/min。得到了如图5所示处理后性能曲线。正常蜂窝性能曲线如图4所示。如图4所示，由于蜂窝芯材优异的承压型，在外力施加达到蜂窝芯承压最大强度后，蜂窝芯会突然间失稳，然后就随着压力及位移变动，变得均匀的强度，后续强度也是比较稳定，波动性在±10％以内。如图5所示，将蜂窝的最大承压强度消除，通过工艺的调整可以做到从零到最大值区间内的任一要求值，从而可以根据所存放环境的要求通过对蜂窝芯工艺控制，整个过程可以保证蜂窝芯性能波动性在±5％以内，更好的去保证蜂窝芯能量的一个稳定性。
用以下组分的酸性腐蚀液代替碱性腐蚀液也可进行上述过程，硝酸6％、磷酸50％、醋酸15％、硝酸铝4％，剩余为去离子水。得到的性能曲线与图5大致相同。
Claims (10)
1.一种铝蜂窝芯的蚀刻方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，先将待蚀刻的铝蜂窝芯浸入碱性腐蚀液或酸性腐蚀液中，之后将所得到的铝蜂窝芯取出后在空气中停留若干秒，所述的碱性腐蚀液按质量百分比计，包括氢氧化钠4％-6％、碳酸钠25％-35％、碳酸氢钠40％-45％、氢氧化铝1.5％-2％，剩余为去离子水，所述的酸性腐蚀液按质量百分比计，包括硝酸5.85％-8.1％、磷酸42.5％-51％、醋酸9.9％-14.85％、硝酸铝2％-4％，剩余为去离子水；
步骤2，按照步骤1所描述的过程重复若干次，得到蚀刻后的铝蜂窝芯。
2.根据权利要求1所述的铝蜂窝芯的蚀刻方法，其特征在于，步骤1中所述碱性腐蚀液或酸性腐蚀液的温度为35-45℃。
3.根据权利要求1所述的铝蜂窝芯的蚀刻方法，其特征在于，步骤1将所述的碱性腐蚀液或酸性腐蚀液存放在槽液槽中，在往槽液槽底部通入压缩空气。
4.根据权利要求3所述的铝蜂窝芯的蚀刻方法，其特征在于，所述压缩空气的进气量为0.8-1m3/min。
5.根据权利要求1所述的铝蜂窝芯的蚀刻方法，其特征在于，步骤1将待蚀刻的铝蜂窝芯在所述的碱性腐蚀液或酸性腐蚀液中浸入3-5min后取出。
6.根据权利要求1所述的铝蜂窝芯的蚀刻方法，其特征在于，步骤1将所得到的铝蜂窝芯取出后在空气中停留3-10s。
7.根据权利要求1所述的铝蜂窝芯的蚀刻方法，其特征在于，步骤1将待蚀刻的铝蜂窝芯夹持后安装在行吊起重机上，通过行吊起重机使铝蜂窝芯上下自由活动。
8.一种铝蜂窝芯的夹持装置，其特征在于，包括支撑框架(1)和压板(2)；
所述的支撑框架(1)包括形状相同的上矩形框和下矩形框，上矩形框内壁形成的宽度大于或等于铝蜂窝芯(3)的宽度，上矩形框内壁形成的长度大于或等于铝蜂窝芯(3)的长度，上矩形框和下矩形框的四角通过支撑柱固定连接，下矩形框的下端宽度方向沿下矩形框的长度方向均匀且间隔布置有开口朝下的U型框，U型框由四氟板弯折而成；
所述压板(2)的宽度等于铝蜂窝芯(3)的宽度，长度等于铝蜂窝芯(3)的长度，铝蜂窝芯(3)沿垂直方向放置在U型框的上表面，压板(2)放置在铝蜂窝芯(3)的上表面。
9.根据权利要求8所述的铝蜂窝芯的夹持装置，其特征在于，所述上矩形框、下矩形框、支撑柱和压板(2)的材质均为不锈钢。
10.根据权利要求8所述的铝蜂窝芯的夹持装置，其特征在于，所述上矩形框的宽度方向外侧沿上矩形框的长度方向水平对称固定有若干个扶手，扶手分布在上矩形框宽度方向的两端，上矩形框长度方向的扶手位置对称布置。
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- 2022-08-09 CN CN202210958520.8A patent/CN115287658A/zh active Pending
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