三明治結構鋁鎂合金層狀復合板的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及工程材料領域，具體涉及一種三明治結構鋁鎂合金層狀復合板的制備方法。
【背景技術】
[0002]如今，能源問題日益嚴峻，采用輕質結構材料來減重已經成為汽車、國防、航空航天工業的一個重要手段。在現有的結構材料中，鋁合金強度高，可與鋼媲美，且密度低，有承受塑性變形的能力，并且具備一定抗腐蝕能力，因而被大量運用于民用和軍用領域。如采用鋁合金車架的特斯拉電動汽車，既保證了足夠的防護強度，也降低了能耗；如使用了鋁合金裝甲的戰斗車輛，防護性能和機動性大為提升。
[0003]同時，作為目前最輕的金屬結構材料的鎂合金，由于其低密度、高比強度以及優異的高應變率吸能特性，成為新型的輕質結構材料。但鎂合金室溫塑性和變形能力較差，易脆裂，常溫下難成形等缺點限制了其應用。鎂合金有較低的延展性和抗沖擊韌性，另外，鎂合金化學反應較活躍、耐磨性不夠理想。然而，通過給鎂合金表面覆一層其他輕金屬，可以有效解決鎂合金存在的這些缺點。如果將鎂合金和鋁合金結合起來實現鎂/鋁異種金屬的復合，獲得界面結合牢固的復合板，充分發揮兩者性能優勢。
[0004]但采用常規方法制備鋁合金和鎂合金復合板時，由于需要高溫處理，存在較多問題，如作為裝甲材料的7XXX系列鋁合金，強度最高可達700MPa，由于其力學性質和結構屬性很容易受熱處理的影響，在熱影響區域，就會失去強度，甚至產生裂紋，因此這類型鋁合金很難通過常規方法焊接。而鎂合金也由于較高的化學活性，在高溫處理時，易生成脆性的金屬化合物。
[0005]三明治結構復合板，也稱為夾層板，近幾十年來在航空、船舶和國防工業領域，得到越來越廣泛的重視。夾層結構由兩塊高強度薄表層和中心夾心層組成。通常將強度高、彈性模量大的材料制成面板，密度小、有一定承剪切能力的材料作為夾心層，具有較大的橫截面慣性矩和比抗彎剛度。而制備夾層板時，往往采用膠黏的方式來粘合面板和芯板，結合強度較低，影響了復合板的力學性能。
[0006]爆炸焊接作為一種高能率的加工技術，可以在瞬間將多層不同材料焊接到一起。在焊接過程中，高應變率加載導致的加工硬化效應使得各層板的結合界面存在硬度梯度，而且爆炸焊接形成的復合板，層間結合強度高于母材。但在常規爆炸焊接中，基板水平放置于基礎之上，在爆轟波及覆板的高速碰撞下，復合板將產生較大的彎曲變形。為減少這種變形，往往對基礎提出較高要求，即要平整、均勻、密實，降低了生產效率，增加了成本。
【發明內容】
[0007]有鑒于此，本發明提供了一種三明治結構鋁鎂合金層狀復合板的制備方法，目的在于制備具有高結合強度的鋁鎂合金三明治結構復合板。該方法應用爆炸焊接技術，將常規方法難以焊接的鋁-鎂材料焊接到一起，可以制備大尺寸復合板，且工藝簡單，易于操作。
[0008]實現本發明的技術方案如下:
[0009]一種三明治結構鋁鎂合金層狀復合板的制備方法，具體步驟如下:
[0010]步驟一、以鎂合金板為基板，以鋁合金板為覆板，對覆板與基板的表面均進行打磨處理，去除氧化層；將基板豎直放置，在基板兩面依次豎直對稱布置覆板與炸藥盒，所述炸藥盒內填充炸藥，炸藥盒與覆板粘接在一起，基板與兩面的覆板之間均通過間隙柱預留空隙；
[0011]步驟二、在安裝好的基板和覆板的兩側安裝側向動量塊，在安裝好的基板和覆板的底部安裝底部動量塊；
[0012]步驟三、引爆炸藥，完成三明治結構鋁鎂合金層狀復合板的爆炸焊接。
[0013]進一步地，基板與覆板尺寸相同，炸藥尺寸比覆板大。
[0014]進一步地，所述炸藥盒的與覆板粘接的側壁為有機玻璃板。
[0015]有益效果:
[0016](I)采用雙向一次的爆炸焊接方式，一次性制備三明治結構復合板，對基礎參數無要求，且制備的板材平整度高，結合均勻，無需后續處理，提高了生產效率，降低了成本；
[0017](2)本發明可根據復合板的不同使用要求，選擇不同厚度、材質的基板和覆板，進行靈活的組合；
[0018](3)由于爆炸焊接的快熔快冷性，焊接界面熱沉積少，焊縫無孔隙且無脆性的金屬間化合物生成，結合強度高于母材，即獲得高質量的結合強度。
[0019](4)該方法使用炸藥為能量源，高效價廉。
【附圖說明】
[0020]圖1是立式雙向爆炸焊接制備層狀復合板的總體布置示意圖。
[0021]圖2是立式雙向爆炸焊接制備層狀復合板的實物布置圖。
[0022]圖3是本發明制備的三明治結構鋁鎂合金層狀復合板的實物圖。
[0023]圖4是本發明制備的三明治結構鋁鎂合金層狀復合板抗彈性能測試結果。
[0024]其中，1-電雷管；2_導爆索；3-間隙柱；4_側向動量塊；5-基板；6-覆板；7-有機玻璃板；8_炸藥盒；9_底部動量塊。
【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖并舉實施例，對本發明進行詳細描述。
[0026]本發明提供了一種三明治結構鋁鎂合金層狀復合板的制備方法，具體步驟如下:
[0027]步驟一、以鎂合金板為基板5，以鋁合金板為覆板6，對覆板6與基板5表面均進行打磨處理，去除氧化層；將基板5豎直放置，在基板5兩面依次豎直對稱布置覆板6與炸藥盒8，炸藥盒8內填充炸藥，炸藥盒8與覆板6粘接的側壁為厚度是2mm的有機玻璃板7，填充時，應將炸藥盒8垂直放置，然后向其中傾注粉狀炸藥，傾倒時上下輕微震蕩炸藥盒8，使炸藥墩實并均勻分布，同時通過有機玻璃板7也可觀察到炸藥填充情況，在本實施例中選擇有機玻璃板，也是考慮到有機玻璃板強度較大，當炸藥填充之后，有機玻璃板7不會受壓變形，仍然能與覆板6之間粘接緊密，無縫隙。有機玻璃板7和覆板6之間通過黃油粘接耦合，確保有機玻璃板7和覆板6之間無空氣；基板5與兩面的覆板6之間均通過間隙柱3預留空隙，間隙柱3通過膠粘的方式固定于基板5的四個角；
[0028]步驟二、在安裝好的基板5和覆板6的兩側安裝側向動量塊4，在底部安裝底部動量塊9，以消除稀疏波的影響，側向動量塊4和底部動量塊9均與基板5直接接觸，并采用黃油粘接耦合，整體布置結構如圖1所示，實物布置圖如圖2所示；
[0029]步驟三、將安裝好的覆板6、基板5、炸藥盒8及動量塊用膠帶固定，垂直放置于沙坑內，并確保炸藥盒8上沿水平；將兩根等長的導爆索2插入炸藥盒8頂端，導爆索2末端與電雷管I捆綁，電雷管I作為起爆源。待準備就緒，聯線起爆，完成三明治結構鋁鎂合金層狀復合板的爆炸焊接。
[0030]本發明中基板5與覆板6尺寸相同，炸藥盒8尺寸比覆板6大。
[0031]實例1:2024A1合金板與AZ31鎂合金板的三明治結構層狀復合板及抗彈性能測試
[0032]覆板鋁合金采用2024A1，厚度為2.5mm，基板鎂合金采用AZ31，厚度為10mm，覆板基板間隙為I?2mm。炸藥選用爆速為2100?2300m/s的膨化硝銨炸藥，裝藥厚度為10mm，采用導爆索和8號工業電雷管引爆炸藥。制備的三明治結構復合板宏觀形貌如圖3所示，尺寸為 250*200*15mm。
[0033]采用測定殘余穿深法(即DOP法)法對制備的復合板進行抗彈性能評估。分別對15mm厚的純2024A1板和15mm厚的Al-Mg-Al爆炸復合板進行測試。測試子彈口徑7.62mm，子彈速度為730m/s，測試的革E板尺寸均為100*100mm，測試用背板為25mm厚的均質45號鋼板。圖4所示即為抗彈測試后的剖面圖，其中圖4a為15mm厚的純2024A1靶板與背板的截面，圖4b為15mm厚的三明治結構Al-Mg復合靶板與背板的截面。從背板的殘余穿深來看，二者的防護性能基本一致，但復合板的重量減輕了 25%。
[0034]實例2:1060A1與AZ31鎂合金板的三明治結構層狀復合板
[0035]按實例I中參數，將覆板換為1060A1，焊接后進行了金相觀察，波紋均勻，結合良好，進行了界面剪切強度測試，在鋁側出現斷裂，剪切強度大于50MPa。
[0036]綜上所述，以上僅為本發明的較佳實施例而已，并非用于限定本發明的保護范圍。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種三明治結構鋁鎂合金層狀復合板的制備方法，其特征在于，具體步驟如下: 步驟一、以鎂合金板為基板，以鋁合金板為覆板，對覆板與基板的表面均進行打磨處理，去除氧化層；將基板豎直放置，在基板兩面依次豎直對稱布置覆板與炸藥盒，所述炸藥盒內填充炸藥，炸藥盒與覆板粘接在一起，基板與兩面的覆板之間均通過間隙柱預留空隙； 步驟二、在安裝好的基板和覆板的兩側安裝側向動量塊，在安裝好的基板和覆板的底部安裝底部動量塊； 步驟三、引爆炸藥，完成三明治結構鋁鎂合金層狀復合板的爆炸焊接。
2.如權利要求1所述的一種三明治結構鋁鎂合金層狀復合板的制備方法，其特征在于，基板與覆板尺寸相同，炸藥尺寸比覆板大。
3.如權利要求1所述的一種三明治結構鋁鎂合金層狀復合板的制備方法，其特征在于，所述炸藥盒的與覆板粘接的側壁為有機玻璃板。
【專利摘要】本發明公開了一種三明治結構鋁鎂合金層狀復合板的制備方法，該方法應用爆炸焊接技術，將常規方法難以焊接的鋁-鎂材料焊接到一起，可以制備大尺寸復合板，且工藝簡單，易于操作；該方法包括：步驟一、以鎂合金板為基板，以鋁合金板為覆板，對覆板與基板的表面均進行打磨處理，去除氧化層；將基板豎直放置，在基板兩面依次豎直對稱布置覆板與炸藥盒，所述炸藥盒內填充炸藥，炸藥盒與覆板粘接在一起，基板與兩面的覆板之間均通過間隙柱預留空隙；步驟二、在安裝好的基板和覆板的兩側安裝側向動量塊，在安裝好的基板和覆板的底部安裝底部動量塊；步驟三、引爆炸藥，完成三明治結構鋁鎂合金層狀復合板的爆炸焊接。
【IPC分類】B23K101-18, B23K103-18, B23K20-233, B23K20-08, B23K20-24
【公開號】CN104759749
【申請號】CN201510105173
【發明人】陳鵬萬, 周強, 馮健銳, 戴開達, 安二峰
【申請人】北京理工大學
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2015年3月10日