目录
第一章绪论 (1)
1.1多孔金属材料 (1)
1.2泡沫铝的制备、结构特点及其应用 (1)
1.2.1泡沫铝的制备工艺 (1)
1.2.2泡沫铝的结构特征与表征 (1)
1.2.3泡沫铝材料的性能 (3)
1.2.4泡沫铝的应用 (4)
1.3泡沫铝三明治结构简介 (5)
1.4泡沫铝连接技术综述 (6)
1.4.1黏结剂法 (6)
1.4.2激光焊(Laser Welding) (7)
1.4.3钨极惰性气体保护焊(Tungsten Inert Gas Arc Welding) (8)
1.4.4搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding) (8)
1.4.5超声波焊接（Ultrasonic Welding） (9)
1.4.6扩散焊(Diffusion Welding) (9)
1.4.7钎焊(Braze Welding) (10)
1.5本课题研究目的及主要内容 (12)
1.5.1研究目的 (12)
1.5.2研究内容 (13)
第二章试验材料及方法 (15)
2.1试验材料 (15)
2.1.1母材 (15)
2.1.2钎料 (15)
2.1.3钎剂 (16)
2.2试验设备 (16)
2.3接头形式 (18)
2.4试验方法 (18)
2.4.1润湿试验 (18)
2.4.2钎料差热试验 (19)
V
2.4.3钎料腐蚀试验 (19)
2.4.4显微组织观察 (20)
2.4.5形貌及能谱分析 (20)
第三章钎料成分与性能分析 (23)
3.1润湿性结果分析 (23)
3.2钎料腐蚀试验分析 (24)
3.3钎料微观组织及成分分析 (25)
3.3.1微观组织 (25)
3.3.2成分分析 (26)
3.4本章小结 (29)
第四章钎焊工艺制定 (31)
4.1钎剂与含Cu钎料熔点测定 (31)
4.2钎焊工艺制定 (31)
4.2.1工艺参数的确定 (31)
4.2.2钎焊工艺过程 (34)
第五章泡沫铝钎焊结构接头分析及力学性能测试 (37)
5.1泡沫铝钎焊结构接头微观组织及成分分析 (37)
5.1.1微观组织 (37)
5.1.2成分分析 (38)
5.2泡沫铝钎焊结构三点弯曲试验 (38)
5.3本章小结 (40)
第六章泡沫铝三明治结构接头分析及力学性能测试 (41)
6.1泡沫铝三明治结构接头微观组织及成分分析 (41)
6.1.1微观组织 (41)
6.1.2成分分析 (41)
6.2含Cu与不含Cu钎料钎焊泡沫铝三明治结构冲击性能对比 (43)
6.3不同结构冲击性能对比 (44)
6.3.1泡沫铝冲击性能 (45)
6.3.2未焊三明治冲击性能 (45)
6.3.3不同结构冲击性能对比 (46)
6.4泡沫铝三明治结构三点弯曲试验 (47)
6.4.1含Cu与不含Cu钎料钎焊泡沫铝三明治结构三点弯曲试验对比 (47)
6.4.2不同结构三点弯曲试验对比 (49)
6.4.3泡沫铝三明治结构的失效形式 (51)
VI
6.5泡沫铝三明治结构剪切试验 (53)
6.6本章小结 (54)
第七章试验结论、创新点及不足之处 (57)
7.1主要结论 (57)
7.2创新点 (57)
7.3不足之处 (57)
参考文献 (59)
攻读学位期间所取得的相关科研成果 (63)
致谢 (65)
VII
VIII
图表清单
图1.1泡沫铝结构 (2)
表1.1泡沫铝的力学性能 (3)
图1.2泡沫铝三明治板 (6)
图1.3泡沫铝/树脂/铝合金叠层复合材料热压固化工艺图 (7)
图1.4激光焊接示意图 (7)
图1.5搅拌摩擦焊原理示意图 (8)
图1.6超声波焊接设备与焊接试件 (9)
图1.7扩散焊示意图 (10)
图1.8液体在固体表面的润湿 (11)
图1.9课题研究流程图 (13)
图2.1泡沫铝试样 (15)
表2.1泡沫铝的化学成分（质量分数，%） (15)
表2.2常用铝基钎料 (16)
表2.3钎剂的化学成分（质量分数，%） (16)
图2.2感应加热设备 (16)
图2.3腐蚀试验设备图 (16)
图2.4气氛保护井式电炉 (17)
图2.5冲击试验模拟与实际图 (17)
图2.6三点弯曲试验设备 (17)
图2.7钎焊接头示意图 (18)
表2.4润湿性试验钎料成分表（质量分数，%） (18)
图2.8铺展试验示意图 (19)
图2.9电炉内部结构图 (19)
图2.10钎焊试件宏观形貌及尺寸 (21)
图2.11泡沫铝三明治结构剪切试样 (21)
图3.1加Cu钎料润湿面积 (23)
表3.1润湿性试验结果 (23)
图3.2含Cu钎料在纯铝板表面铺展性能 (24)
图3.3不同钎料极化曲线对比 (24)
IX
表3.2电化学测试参数 (25)
图3.4Al-Si钎料腐蚀后XRD图 (25)
图3.5加Cu钎料腐蚀后XRD图 (25)
图3.6不同钎料微观组织对比图 (26)
图3.7Al-Si钎料的能谱分析 (26)
图3.8各区域处能谱分析 (27)
表3.3M、N、O、P四处元素含量（原子百分比） (27)
图3.9Al-Si钎料的XRD图 (27)
图3.10加Cu钎料显微组织及能谱图 (28)
图3.11加Cu元素Al-Si钎料的XRD图谱 (28)
表4.1钎焊试验设计表 (32)
图4.3钎焊试验结果 (33)
图4.4泡沫铝三明治结构SEM分析 (34)
图4.5钎焊炉中工艺流程 (35)
图5.1泡沫铝结构微观组织 (37)
图5.2泡沫铝基体组织 (38)
图5.3泡沫铝钎焊接头能谱分析图 (38)
图5.4泡沫铝钎焊宏观结构 (39)
图5.5泡沫铝钎焊结构三点弯曲断裂后试样 (39)
图5.6泡沫铝钎焊结构三点弯曲载荷-位移曲线 (40)
图6.1泡沫铝三明治结构截面形貌 (41)
图6.2泡沫铝三明治结构钎缝微观组织 (41)
图6.3泡沫铝三明治结构钎缝处EDS分析 (42)
图6.4泡沫铝三明治结构钎缝处各区域EDS分析图谱 (42)
图6.5泡沫铝三明治结构接头处EDS分析 (43)
图6.6泡沫铝三明治结构试样冲击试块 (44)
图6.7泡沫铝三明治结构冲击后试块 (44)
图6.8泡沫铝三明治结构冲击功 (44)
图6.9泡沫铝冲击试样 (45)
图6.10泡沫铝冲击功 (45)
图6.11未焊三明治结构冲击后试样 (46)
图6.12未焊三明治结构冲击功 (46)
图6.13不同结构的冲击功对比 (47)
图6.14泡沫铝三明治结构三点弯曲试验过程 (48)
X
图6.15不同钎料三明治结构三点弯曲载荷-位移曲线 (48)
表6.1不同钎料三明治结构弯曲模量与弯曲刚度对比 (48)
图6.16不同结构弯曲试样对比 (49)
图6.17不同结构三点弯曲载荷-位移图像 (50)
表6.2不同结构弯曲模量与弯曲刚度对比 (50)
图6.18泡沫铝三明治结构三点弯曲失效图 (51)
图6.19泡沫铝三明治芯层微观断裂形貌 (52)
图6.20泡沫铝三明治结构内部失效示意图 (52)
图6.21泡沫铝三明治结构内部失效载荷-位移曲线 (52)
图6.22剪切断裂模式一及载荷-位移曲线 (53)
图6.23剪切断裂模式二及载荷-位移曲线 (53)
图6.24剪切断裂模式三及载荷-位移曲线 (54)
XI
XII
河北工业大学硕士学位论文
第一章绪论
1.1多孔金属材料
孔洞结构物质一直存在于奇妙的大自然中，与现代先进的材料相比在古代被误认为是一种不完整的结构，这是因为孔洞是裂纹形成及扩展的来源，这些孔洞对材料的物理特性、内部结构以及力学性能都产生或多或少的影响。但是当材料中的孔洞数量、孔径大小、厚度达到一定的程度且呈现出一定的规律时，一些奇特的且非常适用的性能就赋予了多孔结构。这就是泡沫材料或称为多孔材料[1]。
美国人Benjamin Sosnick[2]在1943年首次尝试将汞加入了熔融的金属铝中，从而制备了多孔金属。在1950年到1960年这十年里，一些比较发达国家也开始相继研究和制备泡沫金属[3]。上世纪六十年代中期，美国Ethly公司率先成立了泡沫铝研发中心[4]，20世纪80年代日本神钢线工业株式会社（Shinko Wire Company Ltd.）提出熔体发泡法制备泡沫金属的工艺[5]，20世纪90年代初德国弗朗霍夫应用材料研究所（Fraunhofer Institute for Applied Materials Research）提出粉末压实熔化发泡（粉末冶金法）工艺[6]，标志着一个全新时代的开始。
1.2泡沫铝的制备、结构特点及其应用
1.2.1泡沫铝的制备工艺
泡沫铝，作为泡沫家族中最为重要的一员，其制备方法与生产实体金属有不尽相同的地方。在制备泡沫金属过程中由于不同金属或合金所呈现的物理状态不同制备方法不同，主要有三类：固相法、液相法、气相法[7]。
固相法有：散粉烧结法、粉末冶金法、浆料发泡法、中空球烧结法。
液相法有：吹气法、熔体发泡法、固气共晶凝固法、渗流铸造法。
气相法有：电沉积法、气相蒸发、沉积法溅射法。
1.2.2泡沫铝的结构特征与表征
由基体金属铝及内部充满的气体构成不均匀不规律的复合结构为多孔泡沫铝[8,9]，
1