泡沫铝夹芯三明治结构制备及可靠性评价

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1、硕士学位论文泡沫铝夹芯三明治结构制备及可靠性评价PREPARATIONANDRELIABILITYEVALUTIONOFTHEALUMINUMFOAMSANDWICH于冲冲2012年7月图书分类号：TG457.1学校代码：10213国际图书分类号：621.791密级：公开工学硕士学位论文泡沫铝夹芯三明治结构制备及可靠性评价硕士研究生：于冲冲导师：耿正教授申请学位：工学硕士学科：材料加工工程所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2012年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TG457.1U.D.C:621.791DissertationfortheMasterDe

2、greeinEngineeringPREPARATIONANDRELIABILITYEVALUTIONOFTHEALUMINUMFOAMSANDWICHCandidate:YuChongchongSupervisor:ProffessorGengzhengAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpeciality:MaterialProcessingEngineeringAffiliation:SchoolofMaterialsScienceandEngineering.DateofDefenceJuly,2012Degree-Confer

3、ring-Institution:HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文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

4、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

5、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

6、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。关键词：夹芯三明治板；刮擦振动钎焊；界面组织；力学性能；润湿模型-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractAluminumFoamSandwich,withfoamaluminumasthecorelayer,metalforthepanel,isanewtypeofstructuralmaterials,whichhasaseriesofexcellentperformance,intheautomotive,aerospaceandconstructionando

7、therfieldshasbeenwidelyapplied.Thefoundationoftheapplicationistherealizationofeffectiveconnectionbetweenfoamaluminumandmetalplate,butthesurfaceporousandoxidationfilmmakesfoamaluminumconnectionproblems.Aimingatthi