泡沫铝夹芯三明治结构制备及可靠性评价

摘要

以泡沫铝为芯层,金属为面板的泡沫铝夹芯三明治结构复合板,是一种新型结构材料,具有一系列的优异性能,在汽车、航空航天与建筑等多个领域得到了广泛应用。但是应用的基础是实现泡沫铝与金属面板的有效连接,而表面的多孔性及氧化膜使得泡沫铝连接困难。针对这个问题,本文提出了Zn-Al-Cu基合金为钎料,刮擦振动钎焊的方法,制备出了连接良好的夹芯结构板,并对其进行了压缩、弯曲和冲击等性能的测试与分析。
　　刮擦振动钎焊的方法,就是用火焰加热待焊端面,熔敷钎料,同时机械刮擦;冷却,将泡沫铝与上下两个面板同时对接,进行二次加热;再次冷却过程中施加振动作用,完全冷却后即得到了夹芯结构板。再次冷却阶段,不施加振动、施加机械振动及超声振动所得到的连接界面有所不同。
　　机械刮擦能去除表面的氧化膜,形成毛细通道,使润湿铺展顺利进行。制备的夹芯三明治板,其铝板与泡沫铝的连接处,钎料与铝板结合致密,仅与泡沫铝的孔壁端面结合;再次冷却阶段无振动作用时,钎料未进入泡沫铝的孔隙中;机械振动时,钎料流布并填充进入孔隙中但填充不均匀;超声振动时,钎料流布并填充进入孔隙且填充均匀。
　　制得夹芯结构板的连接处,钎料/铝板及钎料/泡沫铝孔壁端面结合处的组织由四个相区组成,而中心钎料处由三个相区组成。冷却阶段施加不同作用得到的界面组织相似,相的成分有所不同。拉剪试验表明,泡沫铝与铝板结合良好。
　　泡沫铝与制备的夹芯结构板,压缩试验对应的应力-应变曲线都可分为三个阶段:弹性阶段、应力平台阶段和密实化阶段;吸能-应变曲线的斜率逐渐增大,表明吸能效率增大。夹芯结构板的三点弯曲试验,应力-应变曲线也由三个阶段组成,可由面板局部屈曲、芯体剪切失效和面板的凹陷及芯层密实的变化过程来解释。在三点弯曲与落锤冲击的试验中,夹芯结构板都表现出了比泡沫铝更为优异的性能,强度与能量吸收为泡沫铝的几倍甚至几十倍;试验后,夹芯结构整体未断裂,芯层破坏严重,界面连接依然良好。
　　钎料在泡沫铝等多孔材料表面的润湿行为,受表面状态、钎料成分、孔隙率等因素的影响。对Zn-Al-Cu基合金在泡沫铝表面的润湿,可以建立倒“凹”状的润湿模型,并进行初步的推导计算。

目录

泡沫铝夹芯三明治结构制备 及可靠性评价

PREPARATION AND RELIABILITY EVALUTION OF THE ALUMINUM FOAM SANDWICH

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪论

1.1课题背景

1.2泡沫铝材料

1.2.1泡沫铝材料的结构特征

1.2.2泡沫铝材料的性能特点

1.2.3泡沫铝材料的应用

1.2.4夹芯三明治板的应用

1.3制备泡沫铝夹芯板的国内外研究现状

1.3.1直接制备技术

1.3.2焊接的方法

1.4超声波

1.4.1 超声波的特点

1.4.2超声波的效应

1.5本文的主要研究内容

第2章 实验材料及方法

2.1实验材料

2.2焊接方法及制备过程

2.3分析测试方法

2.3.1组织及成分分析

2.3.2性能测试

第3章 夹芯三明治板的界面分析

3.1Zn-Al二元相图

3.2Zn-Al-Cu基钎料的特殊去膜作用

3.3 机械刮擦的作用

3.3.1钎料在铝板上的铺展

3.3.2钎料在泡沫铝上的铺展

3.4上同冷却条件下的接头组织

3.4.1只刮擦无振动冷却条件

3.4.2机械振动冷却条件

3.4.3超声振动冷却条件

3.5连接界面的拉剪性能

3.5.1泡沫铝的拉伸性能

3.5.2拉剪试验

3.5本章小结

第4章 夹芯三明治板的性能测试及能量吸收

4.1泡沫铝的能量吸收

4.2静态压缩试验

4.2三点弯曲试验

4.2.1夹层结构受力分析

4.2.2泡沫铝的三点弯曲性能

4.2.3夹芯结构板的三点弯曲性能

4.3冲击试验

4.4加载速率对性能的影响

4.5本章小结

第5章 泡沫铝的表面润湿模型

5.1刮擦的作用

5.2泡沫铝表面的润湿模型

5.2.1模型形成分析

5.2.2扩散深度计算

5.3振动作用的影响

5.4本章小结

结论

参考文献

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致谢