金属叠层复合材料是将两种不同的金属使用复合工艺结合在一起新型材料[1]。金属叠层复合材料不仅继承了各组元的优良性能,还可以弥补了各组元的不足,相比单一金属具有优异的综合性能。
三明治泡沫金属夹芯板是指上下两层为金属薄板,芯材为有一定刚度的泡沫金属。具有减振、阻尼、吸音、隔热、散热、电磁屏蔽、高比强度等诸多优势[2]。如果能够开发出类似三明治泡沫金属夹芯板结构的内层含孔槽的金属叠层复合材料,则可以综合以上两种材料的优点,创造出更具优势和竞争力的新型叠层复合材料,使金属叠层复合材料的应用前景更加广阔。
1。1金属叠层复合材料
1。1。1 金属叠层复合材料的性能特点及其应用前景
金属叠层复合材料通过合理的材料设计,可以极大的提高单一组元金属材料的性能。主要有结合强度高,成型性好,机械性能良好;良好的耐腐性和耐高温性能;良好的导热导电性;生产成本低等优点[3]。
基于以上的优点,近年来金属层状复合板材的研制、生产和应用开始受到材料工作者的普遍重视。同时由于新技术的不断出现,金属层状复合材料的研究取得了极大的进展,材料的使用领域不断得到扩展。目前,金属复合材料由于其优良的性能,尤其是在航天、航空、国防、交通、电子和通讯等领域得到了普遍的应用[4-6]。
1。1。2 金属叠层复合材料的制备方法
一般常用来制备金属叠层复合材料的方法有:轧制复合法、爆炸复合法、爆炸+轧制复合法、扩散焊接法等[7-9]。
(1)轧制复合法
轧制复合法的基本原理是金属板受到轧辊施加给的轧制压力,金属的待复合表面发生很大的塑性变形,使金属表面氧化层层破裂。随后,新鲜的金属层从裂开的金属表面暴露,在强大压力作用下新鲜金属充分接触,形成牢固的结合。轧制复合板与单金属轧制的根本区别在于必须施以大的轧制压下量,促使复合面的接触[10]。采用轧制生产的复层材料具有成型板材结合强度高,操作简便等优点。轧制复合法按轧制前是否预热又可分为冷轧复合和热轧复合。
冷轧复合法是对材料进行完组装处理后,在室温下轧制,轧制完成后再退火的而使复合板紧密结合的一种方法。冷轧复合的优点有生产成本低,能生产较大的产品。缺点有轧件边裂和板型难以控制,对轧机功率要求较高,当两层金属的机械性能相差较大而承受变形抗力大的金属层较薄时,轧制中变形抗力大的金属会发生变形不稳定和横向断裂现象[11]。
热轧复合法是在轧前对金属组坯进行预热,在给其施加较大的轧制变形量,金属板在受到热和力的共同作用下而实现牢固的结合的一种方法。因为经加热后的金属塑性增大,为防止轧制中出现弯曲现象,金属板轧制前需经过合理的结构设计。
(2) 爆炸复合法
爆炸复合法是1960年左右产生的一种加工工艺。其成形工艺是:将一块板放在另一块板上,在上层板上放上炸药并引燃炸药,利用炸药爆炸时的瞬时冲击和瞬时高温使板之间形成牢固的结合。
复合界面有三部分构成,分别是直接结合区、熔化层和漩涡。结合界面存在原子扩散,结合区有着很大的塑性变形。结合面为波状结构,对复合板的强度提高有益[12]。
(3)爆炸+轧制复合法
爆炸+轧制复合工艺是在爆炸复合工艺的基础上发展起来的,是将大厚度的金属板材利用爆炸技术复合后,再利用轧制工艺将板坯加工到所需尺寸的生产工艺。此工艺克服了爆炸复合的诸多限制,提高了生产精度。但是在进行爆炸复合时应精确控制,避免在爆炸复合时在复合板内部造成缺陷,为随后的轧制带来不便[13]。