超輕質泡沫鋁刮擦振動釺焊界面潤濕及結合機理的研究

《超輕質泡沫鋁刮擦振動釺焊界面潤濕及結合機理的研究》是依託哈爾濱工業大學，由黃永憲擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：超輕質泡沫鋁刮擦振動釺焊界面潤濕及結合機理的研究
• 依託單位：哈爾濱工業大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：黃永憲

項目摘要

隨著載人航天及高速列車等領域對超輕質多孔、大面積、高強度泡沫鋁夾芯板及異型件的迫切需求，泡沫鋁的連線顯得日益重要。針對泡沫鋁膠黏強度低、不耐高溫和腐蝕、易老化和真空放氣，熱壓粉末冶金易團聚和受大面積的限制，傳統釺焊方法難潤濕、電化學腐蝕及強度低等問題，提出了無釺劑機械刮擦和超聲振動輔助釺焊泡沫鋁的概念，即利用機械刮擦破除泡沫鋁表面緻密的氧化膜，為潤濕提供初始界面，利用超聲振動空化和流變、衝擊效應促進釺料的鋪展和氧化膜的去除，從而釺焊獲得泡沫鋁間及與緻密金屬間的冶金結合界面。在上述研究基礎上重點研究無序多孔泡沫鋁表面釺料的潤濕和界面行為，泡沫鋁與鋁合金板異材連線的冶金界面物理化學過程及其界面微觀結構、從微觀到巨觀結構和形態的控制，並基於能量最小原理建立具有初始潤濕界面和超聲振動促進的無序多孔泡沫鋁表面的釺料潤濕行為物理模型，以及泡沫鋁夾芯板承載特性和失效機理。

結題摘要

本項目針對泡沫鋁膠黏強度低、不耐高溫和腐蝕、易老化和真空放氣，熱壓粉末冶金易團聚和受大面積的限制，傳統釺焊方法難潤濕、電化學腐蝕及強度低等問題，提出了無釺劑機械刮擦和超聲振動輔助釺焊泡沫鋁的概念，即利用機械刮擦破除泡沫鋁表面緻密的氧化膜，為潤濕提供初始界面，利用超聲振動空化和流變、衝擊效應促進釺料的鋪展和氧化膜的去除，採用Zn-Al-Cu基合金為釺料，通過刮擦振動輔助的方法，釺焊獲得了泡沫鋁間及與緻密金屬間的冶金結合界面，釺焊界面連續無缺陷。機械刮擦去除表面的氧化膜，形成毛細通道，使潤濕鋪展順利進行。釺焊製備的夾芯三明治板，其鋁板與泡沫鋁的連線處，釺料與鋁板結合緻密，僅與泡沫鋁的孔壁端面結合，再次冷卻階段無振動作用時，釺料未進入泡沫鋁的孔隙中，機械振動時，釺料流布並填充進入孔隙中但填充不均勻，超聲振動時，釺料流布並填充進入孔隙且填充均勻。泡沫鋁與製備的夾芯結構板，壓縮試驗對應的應力－應變曲線均分為三個階段：彈性階段、應力平台階段和密實化階段；其壓縮的吸能－應變曲線形狀相似，隨著應變的增加，吸能-應變曲線的斜率逐漸增大，表明吸能效率增大。夾芯結構板的三點彎曲試驗，應力-應變曲線也由三個階段組成：面板局部屈曲、芯體剪下失效和面板的凹陷及芯層密實的變化過程。在三點彎曲與落錘衝擊的試驗中，夾芯結構板都表現出了比泡沫鋁更為優異的性能，強度與能量吸收為泡沫鋁的幾倍甚至幾十倍。試驗後，夾芯結構整體未斷裂，芯層破壞嚴重，界面連線依然良好。在上述研究基礎上重點研究了無序多孔泡沫鋁表面釺料的潤濕和界面行為，泡沫鋁與鋁合金板異材連線的冶金界面物理化學過程及其界面微觀結構、從微觀到巨觀結構和形態的控制，揭示了泡沫鋁夾芯板承載特性和失效機理，並建立了具有初始潤濕界面和振動促進的無序多孔泡沫鋁表面的釺料潤濕行為物理模型，釺料在泡沫鋁等多孔材料表面的潤濕行為，受表面狀態、釺料成分、孔隙率等因素的影響。本項目研究結果為泡沫多孔材料的連線提供了新的思路。