[发明专利]镁基复合材料异型件真空压力浸渗连续制备的装置及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备镁基复合材料异型件的装置。还涉及使用该装置制备镁基复合材料异型件的方法。

背景技术

镁基复合材料具有低密度、高比强度、高比模量、优异的阻尼减振性能和低的热膨胀系数等特点，是一种轻量化、高性能的结构材料，在航空、航天、汽车及电子工业等领域具有广阔的应用前景。

真空压力浸渗法是制备镁基复合材料异型件的常用方法。目前，真空压力浸渗法多采用气体压力作为浸渗载荷，对于非润湿的增强相/基体体系，所需的临界浸渗压力较大，浸渗难以进行。此外，制备复合材料的尺寸受到真空容器的限制，而且难以实现复合材料的连续制备。经文献检索发现，中国专利申请号：200810064995.2，发明名称：“一种真空压力浸渗制备金属基复合材料的方法”，参见图2，该方法针对真空气压浸渗法工作压力低、一次投资设备昂贵、工艺复杂的问题，提出一种机械加载浸渗载荷的方案，浸渗载荷在0.1MPa-200MPa之间，可以用于气压浸渗法无法制备的临界浸渗压力过大的金属基复合材料。其基本过程如下：首先将金属基复合材料的预制体5和金属合金13放入到成形模6内，然后抽真空，并将真空容器24内的温度加热至金属合金熔点以上并保温，成形模6内部的金属合金13熔化后，启动液压油缸1推动凸模2使石墨块3进入成形模6内，金属液在石墨块3的压力作用下浸渗至预制体5中，待真空容器24内温度降低至室温，将成形模6取出，利用车削方法将复合材料取出。

该技术能够提供较大的浸渗载荷，但仍存在以下问题需要改进：一是真空容器内温度降低至室温后复合材料才能够通过车削的方式取出，仍不能实现复合材料的连续制备；二是难以近净成形复合材料制件，仅能制备形状简单的复合材料圆柱形；三是成形复合材料的尺寸仍受到真空容器的限制。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种镁基复合材料异型件真空压力浸渗连续制备的装置及制备方法，克服现有真空压力浸渗技术设备要求高、难以连续成形和近净成形镁基复合材料异形制件的不足。该装置将镁合金熔炼、定量浇注、气压浸渗和液固态致密化四个步骤在一个完全密封的装置内进行，可以一次近净成形镁基复合材料及其异型件，能够依据制件尺寸设计相应的模具，并实现镁基复合材料的连续制备。

技术方案

一种镁基复合材料异型件真空压力浸渗连续制备的装置，其特征在于包括挤压模具、熔炼坩埚12、电阻加热器11、进液管10和气压浇注系统；所述挤压模具包括硅碳棒加热器7、凸模2、石墨块3、挤压筒4、成形模6、底座8和顶杆9；所述气压浇注系统包括氩气瓶15、真空泵23、放气阀门14、进气阀门16、阀门22、抽真空控制阀门22和连接管路；挤压筒4固定在底座8上，并同时放置在硅碳棒加热器7中；成形模6位于挤压筒4底部，与挤压筒4采用间隙配合；在挤压筒4上端口上放置具有凸台结构的石墨块3，石墨块同挤压筒4之间采用形成过盈配合；底座8的中心为一个通孔，通孔的直径小于挤压筒4的内径，通孔内设有能够转动和上下活动的顶杆9；顶杆9的上端设有锥形槽，槽的底部设有一个与顶杆9外部连通的通孔9-1，该通孔通过进液管10与熔炼坩埚12内部连通；熔炼坩锅12上端固定坩锅盖18和密封垫圈19，熔炼坩锅12放在电阻加热器11内；真空泵23通过管路连接至挤压筒4和熔炼坩锅12内，真空泵23与挤压筒4之间的管路上设有抽真空控制阀门22，真空泵23与熔炼坩锅12之间的管路上设有阀门21；气瓶15通过管路连接至熔炼坩锅12内，气瓶15与熔炼坩锅12之间的管路上设有进气阀门16，熔炼坩锅12内通过管路排气阀门14。

一种采用镁基复合材料异型件真空压力浸渗连续制备的装置制备镁基复合材料异型件的方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：将欲挤压的碳纤维预制体5放置于挤压筒4中，将石墨块3压入挤压筒4，石墨块同挤压筒之间为过盈配合；将镁合金锭块放置于坩锅12中，密封熔炼装置；

步骤2：关闭进气阀门16和排气阀门14，打开阀门21和抽真空控制阀门22；以真空泵23对模腔及熔炼坩锅腔内抽真空，当腔内真空度达到1～10KPa时，停止抽真空；

步骤3：采用电阻加热器11加热2～3小时左右，使坩埚温度保持在600～850℃，使得镁合金全部熔化；同时采用硅碳棒加热器7加热1～2小时，使预制体及成形模温度控制在温度在400～700℃；

步骤4：关闭阀门21和抽真空阀门22，将凸模2下压将石墨块3固定至设定高度，打开进气阀门16，气体压力控制在0.3～0.6MPa，利用气压将镁合金浇注至挤压筒4中；