一种新型轻质、高强、耐高温复合飞机蒙皮材料的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种新型轻质、高强、耐高温复合飞机蒙皮材料，该复合材料由三层组成：钛合金层、铝合金和钛合金层；钛合金的材料牌号为Ti-6Al-4V，其中：铝：5.5％-6.75％，钒：3.5％-4.5％，余量为钛；铝合金的材料为2024，厚度为8mm，2024化学成分：硅：0.5％，铁：0.5％，铜：3.8-4.9，锰：0.3-0.9，镁：1.2-1.8，铬：0.10，锌：0.25，钛：0.15，余量为铝；本发明复合材料的结合率达到100％，结合界面的强度达到铝合金的屈服强度，是一种新型的轻质、高强、耐高温复合飞机蒙皮材料。
【专利说明】一种新型轻质、高强、耐高温复合飞机蒙皮材料
【技术领域】
[0001]本发明是一种新型轻质、高强、耐高温复合飞机蒙皮材料，属于复合材料领域。
【背景技术】
[0002]飞机蒙皮是维持飞机外形，使之具有优良空气动力特性的一层结构材料。蒙皮承受空气动力作用后将作用力传递到相连的机身机翼骨架上，受力复杂，并直接与外界接触，不仅要求蒙皮材料强度高、塑性好，还要求表面光滑，有较高的抗蚀能力。常用的飞机蒙皮材料有铝合金、合金钢、碳纤维负荷材料和钛合金。铝合金的其密度小、强度较高，应用较广，但是其耐热性差，在150°C时比强度明显下降，工作温度在200°C以下。高强度合金钢可以承受高超音速飞行时的高热，但是合金钢的密度太大，将大大增加飞机飞行负荷。也有部分飞机蒙皮使用碳纤维材料和钛合金，但是碳纤维的耐冲击性能欠佳，且不耐高温，钛合金具有低密度和高比强度的特点，能有效减轻飞机重量，其耐用温度高，能适应高速飞行时的高热条件，但纯钛合金材料价格昂贵，难以推广。
[0003]由此可见，新一代飞机需要一种新型轻质、高强、耐高温蒙皮材料，从而满足飞机飞行速度越来越快、使用温度越来越高和减重的要求。
【发明内容】
[0004]发明目的:针对现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种轻质、高强、耐高温复合飞机蒙皮材料，其结合率为100%，其结合强度符合双金属固相冶金结合的强度规律。
[0005]技术方案:为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为:
[0006](I)该轻质、高强、耐高温复合飞机蒙皮材料由三层金属材料组成:上下两层钛合金层和中间的铝合金层。钛合金耐高温烧蚀，高温强度高，可以在高温下长期使用；钛合金层可以起到结构支撑作用，具有轻质和比强度高的特点。
[0007](2)用砂轮和抛光机将三层金属板的表面抛光打磨至表面粗糙度Ra < 6nm。
[0008](3)将三层金属板依次放置于地基上，其顺序为钛合金板、铝合金板和钛合金板，中间放间隙物将各层支撑起来，并在最上层布放炸药，上插雷管，点燃雷管，引爆炸药产生爆轰波，推动各层依次撞击，使得三层金属板结合为复合金属板。
[0009](4)为了消除爆炸焊接时爆轰波对金属板冲击留下的应力，优选适当的退火温度，将该复合金属板放入热处理炉中进行退火。
[0010](5)将该金属复合材料轧平、轧薄、并进行第二次退火。
[0011](6)将该金属复合板修边、校形、酸洗和抛光，即可制得轻质、高强、耐高温复合飞机蒙皮材料。
[0012]本发明有益效果:本发明最大的特点是三层夹心结构，解决了原来铝合金耐热差和钛合金价格昂贵的缺点，大大提高了复合材料的耐高温性能并减少造价，可用于航空器的蒙皮制造中，利于航空器的减重和飞行速度的提高。【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是轻质、高强、耐高温复合飞机蒙皮材料结构示意图。
[0014]图2是轻质、高强、耐高温复合飞机蒙皮材料制备装置示意图。
【具体实施方式】
[0015]实施例1:
[0016]钛合金的材料牌号为T1-6A1-4V，厚度为2mm，其化学成分:铝:5.5%-6.75%，钒:
3.5%-4.5%，余量为钛。铝合金的材料为2024，厚度为8mm，2024化学成分:硅:0.5%、铁:
0.5%、铜:3.8-4.9、锰:0.3-0.9、镁:1.2-1.8、铬:0.10、锌:0.25、钛:0.15、余量为铝。炸药的装药高度为25mm,间隙均为4mm。
[0017]其中钛合金T1-6A1_4V，具有优良的耐蚀性、小的密度、高的比强度及较好的韧性和焊接性等一系列优点。而铝合金2024的主要合金元素是Cu、Mg、Mn，它具有较高的塑性、疲劳寿命、断裂韧性和抗疲劳裂纹扩展性能，但是抗腐蚀性较差。
[0018]具体步骤: [0019](I)该轻质、高强、耐高温复合飞机蒙皮材料由三层金属材料组成:上下两层钛合金层(2)、(5)和中间的铝合金层(4)。钛合金层(2)、(5)耐高温烧蚀，高温强度高，可以在高温下长期使用；铝合金层(4)可以起到结构支撑作用，具有轻质和比强度高的特点。
[0020](2)用砂轮和抛光机将三层金属板的表面抛光打磨至表面粗糙度Ra < 6nm。
[0021](3)将三层金属板依次放置于地基上，其顺序为钛合金板(2)、铝合金板(4)和钛合金板(5)，中间放间隙物(3)将各层支撑起来，并在最上层布放炸药(6)，上插雷管(7)，点燃雷管(7)，引爆炸药(6)产生爆轰波，推动各层依次撞击，使得三层金属板结合为复合金属板。
[0022](4)为了消除爆炸焊接时爆轰波对金属板冲击留下的应力，优选退火温度为350°C，将该复合金属板放入热处理炉中进行退火。
[0023](5)将该金属复合材料轧平、轧薄、并进行第二次退火，退火温度为350°C。
[0024](6)将该金属复合板修边、校形、酸洗和抛光，即可制得轻质、高强、耐高温复合飞机蒙皮材料。
[0025]经检验，该复合飞机蒙皮的焊合率为100%，双金属结合强度达到了 396MPa，经受剪切破坏时，破坏不发生在结合界面上，完全可以承受加工中变形，该材料结合强度高、密度低、耐高温,是一种优良的飞机蒙皮材料。
【权利要求】
1.一种新型轻质、高强、耐高温复合飞机蒙皮材料，其特征在于该轻质、高强、耐高温复合飞机蒙皮材料由三层金属材料组成:上下两层钛合金层和中间的铝合金层。钛合金耐高温烧蚀，高温强度高，可以在高温下长期使用；钛合金层可以起到结构支撑作用，具有轻质和比强度高的特点。
2.根据权利要求1所述的一种新型轻质、高强、耐高温复合飞机蒙皮材料，其特征在于其制备方法包括以下内容: (1)用砂轮和抛光机将三层金属板的表面抛光打磨至表面粗糙度Ra< 6nm。 (2)将三层金属板依次放置于地基上，其顺序为钛合金板、铝合金板和钛合金板，中间放间隙物将各层支撑起来，并在最上层布放炸药，上插雷管，点燃雷管，引爆炸药产生爆轰波，推动各层依次撞击，使得三层金属板结合为复合金属板。 (3)为了消除爆炸焊接时爆轰波对金属板冲击留下的应力，优选适当的退火温度，将该复合金属板放入热处理炉中进行退火。 (4)将该金属复合材料轧平、轧薄、并进行第二次退火。 (5)将该金属复合板修边、校形、酸洗和抛光，即可制得轻质、高强、耐高温复合飞机蒙皮材料。
【文档编号】B64C1/12GK103612431SQ201310424561
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2013年9月18日 优先权日:2013年9月18日
【发明者】张晓南, 段绵俊, 魏玲, 杜思良, 李静, 谭东东, 彭国良 申请人:魏玲, 张晓南, 段绵俊