Industrialisierung und Anwendung von Wabenaluminiumfolie

Forschung zur industriellen Anwendung von Wabenaluminiumfolie

Wabensandwich-Verbundwerkstoffe sind leicht, haben eine gute Kompressionsenergieabsorption, und besitzen eine hohe spezifische Steifigkeit und spezifische Festigkeit.

Bei minimaler Gewichtszunahme, Sie können die Biegesteifigkeit effektiv verbessern und die Fähigkeit verbessern, Biegemomenten und -drücken standzuhalten, Dies macht sie zu einem idealen leichten Industriematerial.

Momentan, mit zunehmender interdisziplinärer Zusammenarbeit, Wabensandwichmaterialien erregen bei Forschern immer mehr Aufmerksamkeit.

Die rasante Entwicklung und Reifung der Produktionsprozesse hat in den letzten Jahren zu einer deutlichen Senkung der Produktionskosten geführt, Förderung der Anwendung von Wabensandwichmaterialien vom Militär- und Luft- und Raumfahrtbereich bis hin zum zivilen und kommerziellen Sektor.

Momentan, Die am weitesten verbreiteten Waben-Sandwichstrukturen auf dem Markt sind meist sechseckige Wabenstrukturen, die natürliche Waben nachahmen.

Am häufigsten werden Aluminiumwaben verwendet, Nomex-Wabe, Papierwabe, und Glasfaserwabe, die in der Automobilindustrie weit verbreitet sind, Schiffbau, Konstruktion, und Verpackungsindustrie.

Dieses Papier konzentriert sich auf die Diskussion der industriellen Produktionsmethoden, Prozesse, und mechanische Eigenschaften von Aluminium-Waben-Sandwichmaterialien.

Wabenkern aus Aluminiumfolie

1. Aluminium-Waben-Sandwichstruktur

Eine Aluminium-Waben-Sandwichstruktur besteht aus einer Frontplatte, eine Grundplatte, und eine dicke, dazwischen liegt ein leichter Wabenkern aus Aluminium.

Die Frontplatte und der Kern werden mit einem Klebstoff miteinander verbunden, um eine starre Struktur zu bilden, integrierte Struktur.

Die oberen und unteren Platten bestehen typischerweise aus 3003 oder 5052 legierte Aluminiumbleche, und kann auch mit feuerfesten Platten laminiert werden, Stein, oder Keramik.

Zu den Oberflächenbehandlungen für die Frontplatten gehört eine Fluorkohlenstoffbeschichtung, Walzenbeschichtung, Wärmeübertragungsdruck, Bürsten, und Oxidation. Die Dicke der laminierten Frontplatten beträgt 0,4–2,0 mm.

Das Rahmenmaterial ist 6063-T4 Aluminiumprofil oder Edelstahl. Der Aluminiumwabenkernmaterial besteht größtenteils aus 3003 oder 5052 Aluminiumfolie.

Aufgrund der höheren Bearbeitungskosten von 5052 Legierung, 3003 Legierung ist derzeit die am häufigsten verwendete Legierung auf dem kommerziellen Markt. Die Dicke der Aluminiumfolie im Wabenkern reicht von 0.02 Zu 0.08 mm, und die Seitenlängen der Aluminiumwabe sind in erhältlich 5 mm, 6 mm, 8 mm, 10 mm, Und 12 mm.

Wabenkerne können nach Form kategorisiert werden, inklusive Quadrat, Rhomboid, kreisförmig, und regelmäßig sechseckig.

Vergleich der Strukturen und Leistung verschiedener Formen, Die regelmäßige sechseckige Struktur ist einfach herzustellen, verbraucht weniger Material, hat eine hohe strukturelle Effizienz, und bietet eine bessere Druck- und Zugfestigkeit, Damit ist es der am weitesten verbreitete Typ. Die Gesamtdicke der Wabenplatte beträgt 15-25 mm.

2. Verarbeitung von Aluminiumwabenfolienzuschnitten

Kaltgewalzte Bandplatinen werden hauptsächlich nach drei Verfahren verarbeitet: Warmwalzbarrenguss, Doppelwalzen-Stranggießen und -Walzen, und Hazlett Stranggießen und Walzen.

Konventionell 3003 Wabenfolienprodukte aus Legierungen nutzen einen Schmelzguss-Warmwalzgussprozess mit direkter Kühlung.

Beim Schmelzen, Aluminiumbarren mit einem Inhalt von 99.7% oder höher, fester Abfall, Und 10% Zu 30% elektrolytische Aluminiumflüssigkeit werden in einen Schmelzofen gegeben.

Das geschmolzene Aluminium wird zu Barren geformt (große flache Barren) von 400-600 mm Dicke durch Formen unterschiedlicher Größe.

Die Barren müssen an beiden Enden gesägt werden, gemahlen, und erneut auf 480-550℃ erhitzt und dort gehalten 20-25 Stunden, bevor sie zu einem Doppelspulen-Warmwalzwerk geschickt werden.

Durch Hochdruck, Walzen in mehreren Durchgängen, warmgewalzte Aluminiumspulen von 6-8 mm Dicke hergestellt werden, die dann zum Weiterwalzen in den Kaltwalzprozess überführt werden.

Warmwalzanlagen erfordern hohe Investitionen, beinhaltet komplexe Prozesse, verbraucht viel Energie, hat einen langen Produktionszyklus, und führt zu relativ hohen Produktionskosten.

Es wird im Allgemeinen zur Herstellung von Dosenvorräten verwendet, Automobilstahlbleche, dicke Hartlegierungsplatten, High-End-CTP-Platten, und elektronische Aluminiumfolie.

Beim Doppelwalzen-Stranggießen und -Walzen gibt es drei Formen: top-für, horizontal, und geneigt. Ihr Gießverfahren ist weitgehend gleich.

Erste, Aluminiumbarren mit einem Inhalt von 99.7% oder höher, fester Abfall, Und 20% Zu 60% Als Rohstoffe werden elektrolytische Aluminiumflüssigkeiten verwendet.

Diese werden in einem Ofen geschmolzen, um eine Aluminium- oder Aluminiumlegierungsschmelze zu bilden. Die Temperatur liegt im Allgemeinen unter 760℃, 90 bis 100℃ höher als der Schmelzpunkt von Aluminium oder Aluminiumlegierung, mit der niedrigstmöglichen Temperatur.

Huawei 3003 Jumborolle aus Aluminiumfolie

Nach dem Raffinieren und Absetzen, Das geschmolzene Aluminium wird in einen Warmhalteofen überführt, wo die Temperatur auf 720–740 °C geregelt wird. Anschließend fließt es über einen Auslauf und eine Rinne in eine Entgasungseinrichtung, wo ein Kornverfeinerer online hinzugefügt wird.

Nach der Filtration, Es fließt in eine vordere Kammer, in der der Flüssigkeitsstand kontrolliert werden kann. Anschließend passiert es eine Gießdüse aus Aluminiumsilikatmaterial mit Strömungsteilern, und gelangt in den Raum zwischen gleichsinnig rotierenden Gießwalzen, die mit zirkulierendem Kühlwasser ausgestattet sind, eine bilden 6-8 mm Gussband.

Dieses Band wird dann mit einer Aufwickelvorrichtung zu einem Gusscoil mit einer bestimmten Breite aufgewickelt. Das Doppelwalzen-Stranggieß- und Walzverfahren erfordert weniger Investitionen, ist hocheffizient, hat einen geringen Energieverbrauch, und niedrige Produktionskosten.

Während der Produktion, Die Metallschmelze erfährt in der Gieß- und Walzzone eine schnelle Abkühlung, mit Abkühlraten erreichen 102-103 °C/s. Die Erstarrung erfolgt durch schnelles, gerichtete thermische Kristallisation, Dies führt zu einem stark gerichteten Kristallwachstum, nahezu senkrecht zur Oberfläche der Gießwalzen.

Dieser Prozess ist durch die Bildung zahlreicher dendritischer Kristalle gekennzeichnet, begleitet von einer gewissen Segregation. Vor Ort, Die dendritischen Kristalle in der Streifenmitte wachsen schnell zu säulenförmigen Kristallen heran, einen Winkel von 55°-65° mit der Bandmitte bilden.

Beim Produzieren 6-7 mm dick 3003 Legierung, mit einer Wurfgeschwindigkeit von 600-800 mm/min, Die resultierende Mikrostruktur weist Entmischungen und lokal grobe Körner auf.

Dies erhöht nicht nur die Produktionsinstabilität, sondern führt auch zu einer verminderten Produktleistungsstabilität nach nachfolgenden Walzprozessen.

Hoher Durchsatz (Hazlett) Beim kontinuierlichen Gießen und Walzen wird ein Schmelzofen verwendet, beschäftigen 80%-85% geschmolzenes Aluminium und 15%-20% festes Material zum Schmelzen im Ofen, mit kontrollierter Schmelztemperatur 740-760 °C.

Der Prozess nutzt eine HD2000-Raffinationsmühle, Dabei wird ein bestimmtes Verhältnis von Ar und Cl₂ über einen schnell rotierenden Graphitrotor injiziert. Nachdem ich mich damit zufrieden gegeben habe >1 Stunde, Das geschmolzene Aluminium fließt durch einen Strömungskanal in den Einlass der SNIF-Entgasungskammer.

Am Einlass wird ein Kornfeiner hinzugefügt. Das geschmolzene Aluminium fließt dann durch einen Filterkasten in eine vordere Kammer mit einem stabilen und einstellbaren Flüssigkeitsspiegel. Unter hydrostatischem Druck, Das geschmolzene Aluminium fließt in eine vakuumisolierte Gießdüse, die um ca. 6° nach unten geneigt ist.

Die Düse ist mit zirkulierendem Wasser gefüllt, unterstützt durch magnetische Stützrollen, und wirft kontinuierlich a 19 mm dicke Platte zwischen oberen und unteren Stahlbändern mit einer speziellen Beschichtung auf ihrer Außenfläche.

Die Abkühlgeschwindigkeit beim Gießen erreicht 30~80 ℃/s, liegt zwischen dem traditionellen Warmwalzen und dem Doppelwalzen-Stranggießen. Beim Produzieren 3003 Aluminiumfolie, Die Kornstruktur ähnelt der von warmgewalzten Barren.

Die gegossene Bramme wird zum kontinuierlichen Warmwalzen direkt einem Dreiwalzwerk zugeführt, produzieren 3003 Legierungsplatten mit einer Dicke von 2,5 bis 4,5 mm. Die Gießgeschwindigkeit beträgt 6,5~8 m/min, Die Walzgeschwindigkeit beträgt 30 bis 80 m/min, und der Durchsatz beträgt 35~50 t/h. Dieses Stranggieß- und Walzverfahren mit hohem Durchsatz zeichnet sich durch eine hohe Produktionseffizienz aus.

Im Vergleich zum Warmwalzen, es macht das Sägen überflüssig, Mahlen, und Homogenisierungsprozesse, Dies verbessert nicht nur die Produktionseffizienz und verkürzt den Work-in-Process-Zyklus, aber auch sparen 500 kWh/t im Stromverbrauch und reduziert die Gesamtkosten um mehr als 100 % 600 yuan/t.

Die aktuelle inländische Forschung konzentriert sich hauptsächlich auf die Verwendung von Warmwalzbarrenguss zur Herstellung 3003 Sandwichmaterialien aus legierter Wabenfolie, während der Forschung an Hochdurchsatz-Stranggieß- und Walzverfahren für die Produktion 3003 Legierungswabenfolien-Sandwichmaterialien sind nahezu nicht vorhanden.

Industrialisierung und Anwendung von Wabenaluminiumfolie

3. Experimentelles Verfahren

Das traditionelle warmgewalzte 6-8 Der Walzprozess für mm-Blöcke ist wie folgt: 6-8 mm Knüppel → Homogenisierung → Kaltwalzen → 0.02-0.08 mm → Schlitzen → Beschichten → Aushärten → fertiges Produkt mit Wabenkern.

Das Stranggieß- und Walzverfahren mit hohem Durchsatz ist: 2.5-4.5 mm Knüppel → Homogenisierung → Kaltwalzen → 0.02-0.08 mm → Schlitzen → Beschichten → Aushärten. Dieses Experiment bezieht sich auf den nationalen Standard 3003 Legierungszusammensetzung, und der Schmelzprozess übernimmt einen einheitlichen Kontrollstandard.

Die spezifische Legierungszusammensetzung ist in der Tabelle aufgeführt 1.

Der Homogenisierungsprozess für die 3003 Legierungsbarren ist 550 ℃ für 25-35 H. Nach der Homogenisierung, Das warmgewalzte Material hatte eine Dicke von 7.0 mm, eine Zugfestigkeit von 106 MPa, und eine Verlängerung von 43%.

Der stranggegossene und gewalzte Knüppel hatte eine Dicke von 3.5 mm, eine Zugfestigkeit von 117 MPa, und eine Verlängerung von 39%.

Beide Knüppel wurden mit der gleichen Methode homogenisiert und verarbeitet, Dies führt zu einer Endproduktdicke von 0.038 mm.

Proben des fertigen Produkts wurden eingeschnitten 30 mm × 180 mm Stück, und ihre mechanischen Eigenschaften und Heißsiegelfestigkeit wurden getestet.

Das warmgewalzte Material hatte eine Zugfestigkeit von 264 MPa, eine Verlängerung von 4.5%, und eine Heißsiegelfestigkeit von 15 N.

Das stranggegossene und gewalzte Material hatte eine Zugfestigkeit von 272 MPa, eine Verlängerung von 3.8%, und eine Heißsiegelfestigkeit von 16 N.

Laut Marktfeedback, Die mechanischen Eigenschaften gewöhnlicher Wabenaluminiumfolien-Fertigprodukte erfordern eine Zugfestigkeit >260 MPa, Verlängerung >3%, Heißsiegelfestigkeit >14 N, und eine ebene und saubere Oberfläche, um eine Beeinträchtigung der nachfolgenden Klebstoffauftragung zu vermeiden.

Vergleich dieser Daten, Es ist klar, dass Aluminiumwabenfolien-Sandwichmaterialien, die im Stranggieß- und Walzverfahren mit hohem Durchsatz hergestellt werden, erhebliche Vorteile haben, einschließlich eines kürzeren Produktionsprozesses, höherer Ertrag, geringerer Energieverbrauch, und bessere Produktleistung.

4. Abschluss

Das Hochdurchsatz-Stranggieß- und Walzverfahren zur Herstellung 3003 Wabenfolienzuschnitte aus Legierung, im Vergleich zum herkömmlichen Warmwalzverfahren, kann den Prozessablauf erheblich verkürzen, die Ausbeute verbessern und gleichzeitig die Produktqualität gewährleisten.

Stranggießen und Walzen von Hochdurchsatz 3003 Legierung 3.5 mm und Warmwalzen von 7.0 mm-Rohlinge folgten dem gleichen Produktionsprozess, Dies führt zu praktisch keinem Unterschied in den mechanischen Eigenschaften der Endprodukte, Beide erfüllen die Qualitätsanforderungen an Aluminiumwabenfolie.