Công nghiệp hóa và ứng dụng lá nhôm tổ ong

Research on the Industrial Application of Honeycomb Aluminum Foil

Honeycomb sandwich composite materials are lightweight, have good compressive energy absorption, and possess high specific stiffness and specific strength.

With minimal weight increase, they can effectively improve bending stiffness and enhance the ability to withstand bending moments and pressures, biến chúng thành vật liệu công nghiệp nhẹ lý tưởng.

Hiện nay, với sự hợp tác liên ngành ngày càng tăng, Nguyên liệu làm bánh sandwich tổ ong ngày càng thu hút sự quan tâm của các nhà nghiên cứu.

Sự phát triển và trưởng thành nhanh chóng của quy trình sản xuất trong những năm gần đây đã dẫn đến chi phí sản xuất giảm đáng kể, thúc đẩy ứng dụng vật liệu bánh sandwich tổ ong từ các lĩnh vực quân sự và hàng không vũ trụ đến các lĩnh vực dân sự và thương mại.

Hiện nay, Cấu trúc bánh sandwich tổ ong được sử dụng rộng rãi nhất trên thị trường hầu hết là cấu trúc tổ ong hình lục giác bắt chước tổ ong tự nhiên.

Được sử dụng phổ biến nhất phải kể đến nhôm tổ ong, Tổ ong Nomex, tổ ong giấy, và tổ ong sợi thủy tinh, được sử dụng rộng rãi trong ô tô, đóng tàu, sự thi công, và ngành bao bì.

Bài viết này sẽ tập trung thảo luận về các phương pháp sản xuất công nghiệp, quy trình, và tính chất cơ học của vật liệu bánh sandwich tổ ong nhôm.

Lõi tổ ong lá nhôm

1. Aluminum Honeycomb Sandwich Structure

Cấu trúc bánh sandwich tổ ong bằng nhôm bao gồm một tấm mặt, một bảng cơ sở, và dày, lõi tổ ong nhôm nhẹ kẹp giữa chúng.

Tấm mặt và lõi được liên kết với nhau bằng chất kết dính để tạo thành một lớp cứng, cấu trúc tích hợp.

Các tấm trên và dưới thường được làm bằng 3003 hoặc 5052 tấm nhôm hợp kim, và cũng có thể được ép bằng ván chống cháy, cục đá, hoặc gốm sứ.

Xử lý bề mặt cho tấm mặt bao gồm lớp phủ fluorocarbon, lớp phủ con lăn, in chuyển nhiệt, đánh răng, và quá trình oxy hóa. Độ dày của tấm mặt nhiều lớp là 0,4–2,0 mm.

Chất liệu khung là nhôm định hình 6063-T4 hoặc thép không gỉ. Các vật liệu lõi tổ ong nhôm chủ yếu được làm bằng 3003 hoặc 5052 giấy nhôm.

Do chi phí xử lý cao hơn 5052 hợp kim, 3003 hợp kim hiện đang được sử dụng rộng rãi nhất trên thị trường thương mại. Độ dày của lá nhôm trong lõi tổ ong dao động từ 0.02 ĐẾN 0.08 mm, và chiều dài bên của tổ ong nhôm có sẵn trong 5 mm, 6 mm, 8 mm, 10 mm, Và 12 mm.

Lõi tổ ong có thể được phân loại theo hình dạng, bao gồm cả hình vuông, hình thoi, hình tròn, và lục giác đều.

So sánh cấu trúc và hiệu suất của các hình dạng khác nhau, cấu trúc lục giác đều đặn rất đơn giản để sản xuất, sử dụng ít vật liệu hơn, có hiệu quả kết cấu cao, và cung cấp áp lực tốt hơn và khả năng chịu kéo, làm cho nó trở thành loại được sử dụng rộng rãi nhất. Độ dày tổng thể của bảng tổ ong là 15-25 mm.

2. Aluminum Honeycomb Foil Blank Processing

Dải phôi cán nguội chủ yếu được xử lý bằng ba phương pháp: đúc phôi cán nóng, đúc và cán liên tục hai cuộn, và Hazlett đúc và lăn liên tục.

thông thường 3003 các sản phẩm lá tổ ong hợp kim sử dụng quy trình đúc nóng chảy làm mát trực tiếp.

Trong quá trình luyện kim, thỏi nhôm có hàm lượng 99.7% hoặc cao hơn, chất thải rắn, Và 10% ĐẾN 30% chất lỏng điện phân nhôm được đưa vào lò luyện.

Nhôm nóng chảy được tạo thành các thỏi (thỏi phẳng lớn) của 400-600 độ dày mm thông qua các khuôn có kích cỡ khác nhau.

Các thỏi cần phải được cưa ở cả hai đầu, xay xát, và hâm nóng lại đến 480-550oC và giữ trong 20-25 giờ trước khi được gửi đến máy cán nóng cuộn đôi.

Qua áp suất cao, cán nhiều đường, cuộn nhôm cán nóng 6-8 độ dày mm được sản xuất, sau đó được chuyển sang quy trình cán nguội để cán tiếp.

Thiết bị cán nóng đòi hỏi đầu tư cao, bao gồm các quá trình phức tạp, tiêu thụ rất nhiều năng lượng, có chu kỳ sản xuất dài, và dẫn đến chi phí sản xuất tương đối cao.

Nó thường được sử dụng để sản xuất đồ hộp, tấm thép ô tô, tấm hợp kim cứng dày, tấm CTP cao cấp, và lá nhôm điện tử.

Đúc và cán liên tục hai cuộn có ba dạng: hàng đầu cho, nằm ngang, và nghiêng. Quá trình casting của họ phần lớn giống nhau.

Đầu tiên, thỏi nhôm có hàm lượng 99.7% hoặc cao hơn, chất thải rắn, Và 20% ĐẾN 60% chất lỏng điện phân nhôm được sử dụng làm nguyên liệu.

Chúng được nấu chảy trong lò để tạo thành nhôm hoặc hợp kim nhôm nóng chảy. Nhiệt độ thường dưới 760oC, 90 cao hơn tới 100oC so với điểm nóng chảy của nhôm hoặc hợp kim nhôm, sử dụng nhiệt độ thấp nhất có thể.

Huawei 3003 giấy nhôm cuộn jumbo

Sau khi tinh chế và lắng, nhôm nóng chảy được chuyển đến lò nung nơi nhiệt độ được kiểm soát ở mức 720-740oC. Sau đó nó chảy qua vòi và máng vào thiết bị khử khí, nơi một máy tinh chế ngũ cốc được thêm vào trực tuyến.

Sau khi lọc, nó chảy vào buồng phía trước nơi có thể kiểm soát mức chất lỏng. Sau đó nó đi qua một vòi đúc làm bằng vật liệu nhôm silicat có bộ chia dòng chảy, và đi vào khoảng trống giữa các cuộn đúc quay cùng chiều và được trang bị nước làm mát tuần hoàn, hình thành một 6-8 dải đúc mm.

Dải này sau đó được cuộn thành cuộn đúc có chiều rộng nhất định bằng thiết bị cuộn. Quá trình đúc và cán liên tục hai cuộn đòi hỏi ít đầu tư hơn, có hiệu quả cao, có mức tiêu thụ năng lượng thấp, và chi phí sản xuất thấp.

Trong quá trình sản xuất, kim loại nóng chảy trải qua quá trình làm nguội nhanh chóng trong khu vực đúc và cán, với tốc độ làm mát đạt 102-103 °C/s. Sự đông đặc xảy ra nhanh chóng, kết tinh nhiệt định hướng, dẫn đến sự phát triển tinh thể có tính định hướng cao, gần như vuông góc với bề mặt của cuộn đúc.

Quá trình này được đặc trưng bởi sự hình thành nhiều tinh thể đuôi gai, kèm theo một số sự phân biệt. Tại địa phương, các tinh thể đuôi gai ở trung tâm dải nhanh chóng phát triển thành các tinh thể cột, tạo thành một góc 55°-65° với tâm dải.

Khi sản xuất 6-7 mm dày 3003 hợp kim, với tốc độ đúc là 600-800 mm/phút, cấu trúc vi mô thu được thể hiện sự phân tách và các hạt thô cục bộ.

Điều này không chỉ làm tăng tính không ổn định trong sản xuất mà còn dẫn đến giảm tính ổn định về hiệu suất của sản phẩm sau các quá trình cán tiếp theo..

Thông lượng cao (Hazlett) đúc và cán liên tục sử dụng lò giữ nóng chảy, tuyển dụng 80%-85% nhôm nóng chảy và 15%-20% vật liệu rắn để nấu chảy trong lò, với nhiệt độ nóng chảy được kiểm soát ở 740-760 °C.

Quá trình này sử dụng nhà máy tinh chế HD2000, trong đó một tỷ lệ cụ thể của Ar và Cl₂ được bơm qua rôto than chì quay tốc độ cao. Sau khi giải quyết xong >1 giờ, nhôm nóng chảy chảy qua kênh dòng chảy vào đầu vào của buồng khử khí SNIF.

Một máy tinh chế ngũ cốc được thêm vào ở đầu vào. Nhôm nóng chảy sau đó chảy qua hộp lọc vào buồng phía trước với mức chất lỏng ổn định và có thể điều chỉnh được.. Dưới áp suất thủy tĩnh, nhôm nóng chảy chảy vào vòi đúc cách nhiệt chân không nghiêng xuống khoảng 6°.

Vòi phun chứa đầy nước tuần hoàn, được hỗ trợ bởi các con lăn hỗ trợ từ tính, và liên tục ném một 19 tấm dày mm giữa các dải thép trên và dưới với lớp phủ đặc biệt trên bề mặt bên ngoài của chúng.

Tốc độ làm mát trong quá trình đúc đạt 30 ~ 80oC/s, nằm giữa phương pháp đúc nóng truyền thống và đúc liên tục hai cuộn. Khi sản xuất 3003 giấy nhôm, cấu trúc hạt gần giống với phôi cán nóng.

Tấm đúc được đưa trực tiếp vào máy nghiền ba trục để cán nóng liên tục, sản xuất 3003 tấm hợp kim có độ dày 2,5 ~ 4,5 mm. Tốc độ đúc là 6,5 ~ 8 m/phút, tốc độ lăn là 30 ~ 80 m/phút, và thông lượng là 35~50 t/h. Quá trình đúc và cán liên tục có năng suất cao này mang lại hiệu quả sản xuất cao.

So với cán nóng, nó giúp loại bỏ việc cưa, xay xát, và quá trình đồng nhất, không chỉ nâng cao hiệu quả sản xuất và rút ngắn chu trình làm việc trong quá trình, mà còn tiết kiệm 500 kWh/t trong mức tiêu thụ điện và giảm tổng chi phí hơn 600 nhân dân tệ/tấn.

Nghiên cứu trong nước hiện nay chủ yếu tập trung vào việc sử dụng phôi đúc cán nóng để sản xuất 3003 vật liệu bánh sandwich hợp kim tổ ong, đồng thời nghiên cứu các quy trình đúc và cán liên tục có năng suất cao để sản xuất 3003 vật liệu bánh sandwich lá tổ ong hợp kim gần như không có.

Công nghiệp hóa và ứng dụng lá nhôm tổ ong

3. Experimental Procedure

Cán nóng truyền thống 6-8 Quá trình cán phôi mm như sau: 6-8 phôi mm → đồng nhất → cán nguội → 0.02-0.08 mm → rạch → lớp phủ → xử lý → lõi tổ ong thành phẩm.

Quá trình đúc và cán liên tục có năng suất cao là: 2.5-4.5 phôi mm → đồng nhất → cán nguội → 0.02-0.08 mm → rạch → lớp phủ → bảo dưỡng. Thí nghiệm này đề cập đến tiêu chuẩn quốc gia 3003 thành phần hợp kim, và quá trình nấu chảy thông qua một tiêu chuẩn kiểm soát thống nhất.

Thành phần hợp kim cụ thể được thể hiện trong Bảng 1.

Quá trình đồng nhất hóa cho 3003 phôi hợp kim là 550 oC cho 25-35 h. Sau khi đồng nhất, nguyên liệu cán nóng có độ dày 7.0 mm, độ bền kéo của 106 MPa, và độ giãn dài của 43%.

Phôi được đúc và cán liên tục có độ dày khoảng 3.5 mm, độ bền kéo của 117 MPa, và độ giãn dài của 39%.

Cả hai phôi đều được đồng nhất và xử lý bằng cùng một phương pháp, dẫn đến độ dày thành phẩm là 0.038 mm.

Các mẫu thành phẩm được cắt thành 30 mm × 180 miếng mm, và các tính chất cơ học cũng như độ bền bịt kín nhiệt của chúng đã được thử nghiệm.

Vật liệu cán nóng có độ bền kéo là 264 MPa, sự kéo dài của 4.5%, và độ bền bịt kín nhiệt của 15 N.

Vật liệu được đúc và cán liên tục có độ bền kéo bằng 272 MPa, sự kéo dài của 3.8%, và độ bền bịt kín nhiệt của 16 N.

Theo phản hồi của thị trường, các tính chất cơ học của thành phẩm lá nhôm tổ ong thông thường đòi hỏi độ bền kéo >260 MPa, sự kéo dài >3%, sức mạnh con dấu nhiệt >14 N, và bề mặt phẳng và sạch sẽ để tránh ảnh hưởng đến quá trình dán keo ở phía sau.

So sánh những dữ liệu này, Rõ ràng là vật liệu bánh sandwich lá nhôm tổ ong được sản xuất bằng quy trình đúc và cán liên tục công suất cao có những ưu điểm đáng kể, bao gồm một quy trình sản xuất ngắn hơn, năng suất cao hơn, tiêu thụ năng lượng thấp hơn, và hiệu suất sản phẩm tốt hơn.

4. Phần kết luận

Quá trình đúc và cán liên tục có năng suất cao để sản xuất 3003 phôi giấy tổ ong hợp kim, so với quy trình cán nóng truyền thống, có thể rút ngắn đáng kể quy trình và cải thiện năng suất đồng thời đảm bảo chất lượng sản phẩm.

Đúc và cán liên tục công suất cao 3003 hợp kim 3.5 mm và cán nóng 7.0 Khoảng trống mm tuân theo quy trình sản xuất tương tự, dẫn đến hầu như không có sự khác biệt về tính chất cơ học của thành phẩm, vừa đáp ứng yêu cầu chất lượng của lá nhôm tổ ong.