Industrialisation et application du papier d’aluminium en nid d’abeille

Recherche sur l'application industrielle du papier d'aluminium en nid d'abeille

Les matériaux composites sandwich en nid d'abeille sont légers, avoir une bonne absorption d'énergie de compression, et possèdent une rigidité spécifique et une résistance spécifique élevées.

Avec une augmentation de poids minimale, ils peuvent améliorer efficacement la rigidité en flexion et améliorer la capacité à résister aux moments et aux pressions de flexion, ce qui en fait un matériau industriel léger idéal.

Actuellement, avec une collaboration interdisciplinaire croissante, Les matériaux sandwich en nid d'abeille attirent de plus en plus l'attention des chercheurs.

Le développement rapide et la maturation des processus de production ces dernières années ont conduit à une diminution significative des coûts de production., stimuler l'application de matériaux sandwich en nid d'abeille des domaines militaires et aérospatiaux aux secteurs civils et commerciaux.

Actuellement, les structures sandwich en nid d'abeille les plus utilisées sur le marché sont pour la plupart des structures en nid d'abeille hexagonales qui imitent les nids d'abeilles naturels.

Les plus couramment utilisés sont les nids d'abeilles en aluminium, Nid d'abeille Nomex, nid d'abeille en papier, et nid d'abeille en fibre de verre, qui sont largement utilisés dans l'automobile, construction navale, construction, et industries de l'emballage.

Cet article se concentrera sur la discussion des méthodes de production industrielle, processus, et propriétés mécaniques des matériaux sandwich en nid d'abeille en aluminium.

Noyau en nid d'abeille en papier d'aluminium

1. Structure sandwich en nid d'abeille en aluminium

Une structure sandwich en nid d'abeille en aluminium est constituée d'un panneau frontal, un panneau de base, et un épais, noyau en nid d'abeille en aluminium léger pris en sandwich entre eux.

Le panneau avant et le noyau sont liés ensemble avec un adhésif pour former un panneau rigide., structure intégrée.

Les panneaux supérieur et inférieur sont généralement constitués de 3003 ou 5052 feuilles d'aluminium en alliage, et peut également être laminé avec des panneaux ignifuges, pierre, ou céramique.

Les traitements de surface des panneaux avant incluent un revêtement en fluorocarbone, revêtement au rouleau, impression par transfert thermique, brossage, et oxydation. L'épaisseur des panneaux frontaux laminés est de 0,4 à 2,0 mm.

Le matériau du cadre est un profilé en aluminium 6063-T4 ou de l'acier inoxydable. Le matériau de noyau en nid d'abeilles en aluminium est principalement constitué de 3003 ou 5052 feuille d'aluminium.

En raison du coût de traitement plus élevé de 5052 alliage, 3003 l'alliage est actuellement le plus largement utilisé sur le marché commercial. L'épaisseur de la feuille d'aluminium dans l'âme en nid d'abeilles varie de 0.02 pour 0.08 millimètre, et les longueurs latérales du nid d'abeille en aluminium sont disponibles en 5 millimètre, 6 millimètre, 8 millimètre, 10 millimètre, et 12 millimètre.

Les noyaux en nid d'abeille peuvent être classés par forme, y compris carré, rhomboïde, circulaire, et hexagonal régulier.

Comparaison des structures et des performances de différentes formes, la structure hexagonale régulière est simple à fabriquer, utilise moins de matière, a une efficacité structurelle élevée, et offre une meilleure résistance à la pression et à la traction, ce qui en fait le type le plus utilisé. L'épaisseur totale du panneau en nid d'abeille est 15-25 millimètre.

2. Traitement des blancs en aluminium en nid d'abeille

Les flans de bandes laminées à froid sont principalement traités selon trois méthodes: coulée de lingots laminés à chaud, coulée continue et laminage à deux rouleaux, et Hazlett coulée continue et laminage.

Conventionnel 3003 les produits en aluminium en nid d'abeille en alliage utilisent un processus de moulage à chaud par refroidissement direct et par fusion.

Pendant la fusion, lingots d'aluminium contenant 99.7% ou plus, déchets solides, et 10% pour 30% le liquide électrolytique d'aluminium est placé dans un four de fusion.

L'aluminium fondu est transformé en lingots (gros lingots plats) de 400-600 mm d'épaisseur à travers des moules de différentes tailles.

Les lingots doivent être sciés aux deux extrémités, fraisé, et réchauffé à 480-550℃ et maintenu pendant 20-25 heures avant d'être envoyé dans un laminoir à chaud à double bobine.

Par haute pression, roulement multi-passes, bobines d'aluminium laminées à chaud de 6-8 mm d'épaisseur sont produits, qui sont ensuite transférés au processus de laminage à froid pour un laminage ultérieur.

Les équipements de laminage à chaud nécessitent un investissement élevé, implique des processus complexes, consomme beaucoup d'énergie, a un long cycle de production, et entraîne des coûts de production relativement élevés.

Il est généralement utilisé pour produire des stocks de canettes, tôles d'acier pour l'automobile, plaques épaisses en alliage dur, plaques CTP haut de gamme, et feuille d'aluminium électronique.

La coulée continue et le laminage à deux rouleaux ont trois formes: top-pour, horizontal, et incliné. Leur processus de casting est en grande partie le même.

D'abord, lingots d'aluminium contenant 99.7% ou plus, déchets solides, et 20% pour 60% les liquides d'aluminium électrolytique sont utilisés comme matières premières.

Ceux-ci sont fondus dans un four pour former une fonte d'aluminium ou d'alliage d'aluminium.. La température est généralement inférieure à 760 ℃, 90 à 100 ℃ supérieur au point de fusion de l'aluminium ou de l'alliage d'aluminium, en utilisant la température la plus basse possible.

Huawei 3003 rouleau géant de papier d'aluminium

Après affinage et décantation, l'aluminium fondu est transféré dans un four de maintien où la température est contrôlée à 720-740℃. Il s'écoule ensuite par un bec verseur et une auge dans un dispositif de dégazage, où un raffineur de grains est ajouté en ligne.

Après filtration, il s'écoule dans une chambre avant où le niveau de liquide peut être contrôlé. Il passe ensuite à travers une buse de coulée en silicate d'aluminium avec diviseurs de débit., et pénètre dans l'espace entre les rouleaux de coulée qui tournent dans le même sens et sont équipés d'eau de refroidissement en circulation, formant un 6-8 mm bande coulée.

Cette bande est ensuite enroulée en une bobine coulée d'une certaine largeur à l'aide d'un dispositif d'enroulement. Le processus de coulée continue et de laminage à deux rouleaux nécessite moins d'investissement, est très efficace, a une faible consommation d'énergie, et de faibles coûts de production.

Pendant la production, le métal en fusion subit un refroidissement rapide dans la zone de coulée et de laminage, avec des taux de refroidissement atteignant 102-103 °C/s. La solidification se produit par un rapide, cristallisation thermique directionnelle, résultant en une croissance cristalline hautement directionnelle, presque perpendiculaire à la surface des rouleaux de coulée.

Ce processus se caractérise par la formation de nombreux cristaux dendritiques, accompagné d'une certaine ségrégation. Localement, les cristaux dendritiques au centre de la bande se transforment rapidement en cristaux colonnaires, formant un angle de 55°-65° avec le centre de la bande.

Lors de la production 6-7 mm d'épaisseur 3003 alliage, avec une vitesse de lancement de 600-800 mm/min, la microstructure résultante présente une ségrégation et localement des grains grossiers.

Cela augmente non seulement l'instabilité de la production, mais entraîne également une diminution de la stabilité des performances du produit après les processus de laminage ultérieurs..

Haut débit (Hazlett) la coulée et le laminage continus utilisent un four à fusion, employant 80%-85% aluminium fondu et 15%-20% matériau solide pour fusion au four, avec la température de fusion contrôlée à 740-760 °C.

Le processus utilise un broyeur de raffinage HD2000, où un rapport spécifique d'Ar et Cl₂ est injecté via un rotor en graphite rotatif à grande vitesse. Après s'être contenté de >1 heure, l'aluminium fondu s'écoule à travers un canal d'écoulement jusqu'à l'entrée de la chambre de dégazage SNIF.

Un raffineur de grains est ajouté à l'entrée. L'aluminium fondu s'écoule ensuite à travers une boîte filtrante dans une chambre avant avec un niveau de liquide stable et réglable.. Sous pression hydrostatique, l'aluminium fondu s'écoule dans une buse de coulée isolée sous vide et inclinée vers le bas à environ 6°.

La buse est remplie d'eau en circulation, soutenu par des rouleaux de support magnétiques, et jette continuellement un 19 dalle de mm d'épaisseur entre les bandes d'acier supérieure et inférieure avec un revêtement spécifique sur leur surface extérieure.

Le taux de refroidissement pendant la coulée atteint 30~80 ℃/s, se situant entre celui du laminage à chaud traditionnel et de la coulée continue à deux rouleaux. Lors de la production 3003 feuille d'aluminium, la structure des grains est proche de celle des lingots laminés à chaud.

La brame coulée est introduite directement dans un laminoir à trois cylindres pour un laminage continu à chaud, produire 3003 dalles en alliage d'une épaisseur de 2,5 ~ 4,5 mm. La vitesse de coulée est de 6,5 à 8 m/min, la vitesse de roulement est de 30 à 80 m/min, et le débit est de 35 à 50 t/h. Ce procédé de coulée et de laminage continus à haut débit offre une efficacité de production élevée..

Par rapport au laminage à chaud, cela élimine le sciage, fraisage, et processus d'homogénéisation, non seulement améliorer l'efficacité de la production et raccourcir le cycle de travail en cours, mais aussi des économies 500 kWh/t de consommation d'électricité et en réduisant les coûts globaux de plus de 600 yuans/t.

La recherche nationale actuelle se concentre principalement sur l'utilisation du moulage de lingots laminés à chaud pour produire 3003 matériaux sandwich en feuille de nid d'abeilles en alliage, tandis que la recherche sur les procédés de coulée continue et de laminage à haut débit pour la production 3003 Les matériaux sandwich en feuille de nid d'abeille en alliage sont presque inexistants.

Industrialisation et application de la feuille d'aluminium en nid d'abeille

3. Procédure expérimentale

Le traditionnel laminé à chaud 6-8 Le processus de laminage des billettes de mm est le suivant: 6-8 mm billet → homogénéisation → laminage à froid → 0.02-0.08 mm → refendage → revêtement → durcissement → produit fini à âme en nid d'abeille.

Le processus de coulée continue et de laminage à haut débit est: 2.5-4.5 mm billet → homogénéisation → laminage à froid → 0.02-0.08 mm → refendage → revêtement → durcissement. Cette expérience fait référence à la norme nationale 3003 composition de l'alliage, et le processus de fusion adopte une norme de contrôle unifiée.

La composition spécifique de l'alliage est indiquée dans le tableau 1.

Le processus d'homogénéisation du 3003 la billette en alliage est 550 ℃ pour 25-35 h. Après homogénéisation, le matériau laminé à chaud avait une épaisseur de 7.0 millimètre, une résistance à la traction de 106 MPa, et un allongement de 43%.

La billette coulée et laminée en continu avait une épaisseur de 3.5 millimètre, une résistance à la traction de 117 MPa, et un allongement de 39%.

Les deux billettes ont été homogénéisées et traitées selon la même méthode, ce qui donne une épaisseur de produit fini de 0.038 millimètre.

Des échantillons du produit fini ont été découpés en 30 mm × 180 pièces de mm, et leurs propriétés mécaniques et leur résistance au thermoscellage ont été testées.

Le matériau laminé à chaud avait une résistance à la traction de 264 MPa, un allongement de 4.5%, et une force de thermoscellage de 15 N.

Le matériau coulé et laminé en continu avait une résistance à la traction de 272 MPa, un allongement de 3.8%, et une force de thermoscellage de 16 N.

Selon les retours du marché, les propriétés mécaniques des produits finis en papier d'aluminium en nid d'abeille ordinaire nécessitent une résistance à la traction >260 MPa, élongation >3%, force de thermoscellage >14 N, et une surface plane et propre pour éviter d'affecter l'application de l'adhésif en aval.

En comparant ces données, il est clair que les matériaux sandwich en feuille d'aluminium en nid d'abeille produits à l'aide du processus de coulée et de laminage continus à haut débit présentent des avantages significatifs, y compris un processus de production plus court, rendement plus élevé, consommation d'énergie réduite, et de meilleures performances du produit.

4. Conclusion

Le procédé de coulée continue et de laminage à haut débit pour la production 3003 ébauches d'aluminium en nid d'abeille en alliage, par rapport au processus traditionnel de laminage à chaud, peut raccourcir considérablement le flux de processus et améliorer le rendement tout en garantissant la qualité du produit.

Coulée continue à haut débit et laminage de 3003 alliage 3.5 mm et laminage à chaud de 7.0 les flans de mm ont suivi le même processus de production, ce qui n'entraîne pratiquement aucune différence dans les propriétés mécaniques des produits finis, tous deux répondant aux exigences de qualité de la feuille d'aluminium en nid d'abeille.