【摘 要】
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泡沫铝兼具金属和多孔结构的特征,因其高的比强度、比刚度以及吸能、隔热等优良性质,在航天航空、交通运输、汽车工业等领域有广阔的应用前景,被认为是未来最具有发展前景的新型结构和功能材料之一。泡沫铝与金属面板复合制成的夹芯材料是一种非常有应用价值的新型轻量化结构材料,而目前普遍采用简单粘接方法制备的泡沫铝夹芯材料,存在着结合强度低、可靠性差、不耐高温等缺陷。因此,本文采用真空钎焊的方法制备泡沫铝/铝夹芯
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泡沫铝兼具金属和多孔结构的特征,因其高的比强度、比刚度以及吸能、隔热等优良性质,在航天航空、交通运输、汽车工业等领域有广阔的应用前景,被认为是未来最具有发展前景的新型结构和功能材料之一。泡沫铝与金属面板复合制成的夹芯材料是一种非常有应用价值的新型轻量化结构材料,而目前普遍采用简单粘接方法制备的泡沫铝夹芯材料,存在着结合强度低、可靠性差、不耐高温等缺陷。因此,本文采用真空钎焊的方法制备泡沫铝/铝夹芯板材料,重点研究了钎焊工艺参数(钎焊温度和保温时间)对泡沫铝/铝夹芯板中结合层组织和性能的影响,并分析其机理。用真空钎焊的方法制备泡沫铝/铝夹芯板,研究了钎焊温度和保温时间对钎焊接头结合层质量的影响,采用OM、SEM和EDS等现代分析测试方法,对泡沫铝/铝夹芯板钎缝界面处的多元合金相组成、形貌、分布特点以及元素扩散规律进行分析,以确定泡沫铝/铝夹芯板的最佳焊接工艺参数。研究结果表明:泡沫铝/铝夹芯板的钎焊接头主要分为铝板母材区、单相α(Al)固溶区、焊缝中心区和泡沫铝基体四个部分,其中,钎焊中心区的微观组织主要由α(Al)固溶体、块状CaAl2Si2化合物、骨骼状CaAl4组成;当焊接温度为605615℃保温30 min或焊接温度为625℃保温20 min时,母材与钎料之间产生元素的互扩散,形成良好的冶金结合,且结合层中脆性CaAl2Si2化合物分布均匀细小;当钎焊温度进一步升高,或保温时间延长时,母材会产生晶粒粗大的现象,降低了钎缝接头的冶金结合性能;而当焊接温度较低或保温时间较短时,板/芯不能形成良好的冶金结合,其结合界面较平直,且产生了CaAl2Si2化合物聚集的现象。对不同钎焊工艺下制备的泡沫铝/铝夹芯板进行了准静态三点弯曲实验,研究了钎焊泡沫铝/铝夹芯板的抗弯性能和弯曲变形行为及其失效模式。结果表明:在弯曲载荷下,泡沫铝/铝夹芯板存在三种主要的失效模式,分别为结合层分离失效、芯层剪切-结合层分离失效和面板屈服失效;当钎焊温度在605~625℃、保温时间在10~30 min范围内时,面板与芯层之间能形成优良的冶金结合层,所制备的泡沫铝/铝夹芯板的失效模式为面板屈服失效,其整体抗弯性能较高,最大抗弯强度高达67.97 MPa;当钎焊温度较低、保温时间较短时,面板与芯层结合强度较低,板/芯易产生开裂现象,夹芯板的最大抗弯强度较低,一般低于52.7 MPa;当钎焊温度过高、保温时间过长时,面板微观组织粗大,导致其力学性能降低,从而降低了夹芯板的最大抗弯强度。
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