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泡沫铝夹芯板材料具有轻质、高比强度、高比刚度和耐冲击等优异的性能,其在轨道交通、航空航天、军事装备等领域具有广阔的应用前景。目前国外主要采用粉末包覆轧制的方式来制备冶金结合的泡沫铝夹芯板,而国内主要采用胶粘的方式来制备泡沫铝夹芯板。采用粘接方式制备的泡沫铝夹芯板在高温情况下存在胶层老化和腐蚀失效问题。因此探索一种工艺简单、适合连续化生产且具有冶金结合界面的泡沫铝夹芯板材料的方法具有十分重要的意义。 本文以粉末冶金法为基础,以纯铝粉和发泡剂氢化钛作为基本原料,以Mg粉作为添加剂,进行了粉末坯体的压制以及发泡能力的验证实验;采用电镀、化学镀和热浸镀的方式对钢板表面进行预处理;通过钎焊的方式将表面镀镍的钢板与压制的粉末坯体进行连接,通过液相扩散焊的方式将热浸镀Zn-Al合金的钢板与粉末坯体进行连接;通过快速加热的方式使制备的夹芯板前驱体发泡来制备泡沫铝夹芯板(泡沫铝夹心管),并采用SEM、XRD对钢铝界面的结合情况和相组成进行分析,实验结果如下: (1)以铝粉、镁粉和TiH2粉末为原料,在球料比为2.5∶1,混料时间为3h、轴向压力为400MPa时,TiH2在制备的可发泡粉末坯体中能够实现均匀分布,粉末坯体具备获得均匀结构泡沫材料的发泡能力。 (2)以钢板表面化学镀镍为钢铝复合的过渡层,采用钎焊的方法只能使钢板和粉末坯体结合的局部界面达到冶金结合,在钢铝界面处形成NiAl3扩散相;以钢板表面热浸镀Zn-5%Al为钢铝复合的过渡层,采用液相扩散焊接能够使钢板和粉末坯体实现冶金结合,工艺参数为扩散温度390℃,保温时间60min,扩散压力6MPa。 (3)夹芯板前驱体发泡研究表明:利用钎焊制备的夹芯板前驱体不能制备出泡沫夹芯板材料;采用热浸镀Zn-5%Al系合金作为过渡层也小能制备出泡沫铝夹芯板材料,原因在于发泡期间过渡层过早熔化而导致面板脱落。 (4)以钢板表面热浸镀Zn-55%Al系合金作为过渡层,采用液相扩散焊接能够使钢板和粉末坯体实现冶金结合,工艺参数为扩散温度600℃,保温时间2~3min,扩散压力8MPa;采用该种工艺制备的夹芯板前驱体进行发泡,可以获得具有冶金结合界面的泡沫铝夹芯板材料,扩散相依次为Fe2Al7和FeAl3。 根据以上研究结论:以粉末冶金法制备可发泡粉末坯体、以热浸镀在普通碳钢表面镀覆Al-Zn合金、以液相扩散焊对粉末坯体和钢板进行复合、通过快速加热发泡能够制备出具有冶金结合界面的钢铝复合泡沫铝夹心板材料。