專利名稱：一種制備鋁基復合材料的裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及材料成形領域，具體是一種制備鋁基復合材料的裝置。
背景技術：
鋁基復合材料具有低密度、高比強度、高比模量、耐高溫、耐磨損、熱膨脹系數小、尺寸穩定性好以及優異的鑄造性能等優點，是一種輕量化、高性能的結構材料，在航空航天、軍事國防領域以及汽車、電子儀表等行業有著廣泛的應用。高真空度、高體積分數和高致密度是制備出高性能鋁基復合材料的關鍵因素。目前，鋁基復合材料常見的制備方法有攪拌鑄造法、粉末冶金法、真空壓力浸滲法等，但攪拌鑄造法體積分數低、易產生氣孔、增強體易團聚，粉末冶金法工藝設備復雜、成本偏高，制備復雜零件困難；真空壓力浸滲法具有真空度高，可實現高浸滲壓力等優勢，已成為一種制備 高性能鋁基復合材料的常用方法。經文獻檢索發現，中國專利公開號CN101323919A公布了一種真空壓力浸滲制備鋁基復合材料的方法。該方法具有真空度可達到I 10_3Pa、采用真空熱壓設備加壓較方便、成本較低、工藝相對簡單、復合材料致密度高等優點，但也存在著以下局限性文中提到靠液壓力傳載到密封塞上加壓金屬液體浸滲成形復合材料件，受真空熱壓設備內腔尺寸和模具形狀的限制，該過程更適宜于成形形狀簡單的小尺寸制件，對于尺寸較大、形狀結構較復雜的復合材料件，該裝置難以實現其整體成形；文中提到金屬液體在密封塞的壓力作用下滲入到預制體的孔隙，并經保溫冷卻后，將模具取出再利用車削方法將復合材料取出，取件過程不夠簡捷方便，不能直接便捷取出制件。且利用車削方法取出制件時，切削過程中也會對制件的形狀尺寸造成一定的破壞，采用該種方法成形的復合材料的毛坯件難以實現近凈成形，為獲得最終理想的復合材料件，還需要后續修整和加工，工序較多，過程復雜。
發明內容為克服現有技術中存在的高體積分數預制體臨界浸滲壓力大、高真空度難以保證、致密度不高的不足，并實現一些復雜鋁基復合材料件的整體和近終成形，本發明提出了一種制備鋁基復合材料的裝置。本發明所述的真空浸滲一固液直接擠壓制備鋁基復合材料的裝置包括熔煉坩堝、頂塊、凸模、底部墊盤、頂桿、模具支架、模具外套和凹形塊。熔煉坩堝安放在底部墊盤的上表面，底部墊盤和模具外套放置在模具支架的上表面。頂塊置于熔煉坩堝內腔底部。在所述模具支架的中心、底部墊盤的中心和熔煉坩堝的底板中心均有頂桿的過孔，并且所述位于模具支架中心、底部墊盤中心和熔煉坩堝底板中心的頂桿過孔同心。頂桿的一端裝入所述的頂桿過孔內，并使頂桿的上端面與頂塊配合，頂桿的下端面與四柱液壓機頂出缸的活塞桿相接觸。模具外套固定在模具支架的上表面。本發明保證了高真空度和熔化鋁合金的真空爐中抽真空和熔煉，并利用熔化的合金液覆蓋和密封了后續試驗工藝步驟中的碳布疊層穿刺預制體，使得碳布疊層穿刺預制體孔隙中的氣體雜質排出，從而提高浸滲質量和鋁基復合材料性能。本發明利用凸凹模的加壓配合實現鋁基復合材料件的擠壓浸滲，經過擠壓后的復合材料，縮孔、縮松、空洞等缺陷可明顯減少，致密度得到大大提高，顯著提高鋁基復合材料性能，并根據凸凹模配合形狀來近凈成形不同外形尺寸需求的鋁基復合材料件，并通過頂出結構能夠實現鋁基復合材料件的自動頂出，減少零部件的成形和加工工序，取件方便，可實現其近終成形。使用本發明制備鋁基復合材料時，采用分步制備，包括真空爐的真空狀態下熔煉和通入保護氣體氮氣加壓初步浸滲、重熔后的擠壓浸滲裝置以及實現擠壓浸滲的過程，其特點是在第一個階段中利用真空爐將碳布疊層穿刺預制體孔隙中的氣體被抽出、更易于浸滲。當鋁合金熔煉裝置從真空爐中轉移至電阻加熱爐重熔后，雖然已不是真空環境，但是熔化的鋁合金已經覆蓋在碳布疊層穿刺預制體表面，頂塊與熔煉坩堝及底部間隙也被熔化和滲流的合金液填充，形成了密封效果，碳布疊層穿刺預制體中的空隙依然沒有雜質氣體影響浸滲。當鋁合金熔煉裝置在真空爐中冷卻至室溫取出、并轉移至電阻加熱爐中重熔時，為保證鋁合金液在液相狀態下加壓浸滲，待鋁合金重熔到預定溫度后，鋁合金熔煉裝置迅速 轉移至模具外套中，然后啟動液壓機滑塊帶動凸模快速加壓浸滲壓緊密實。加壓浸滲完成之后，利用液壓機滑塊上固定的凸模、提前加工準備好的凹形塊和頂桿的配合實現了鋁基復合材料的自動頂出，取件容易，操作簡單方便。

圖I是鋁合金熔煉裝置結構示意圖。圖2是真空爐中真空熔煉合金和初步浸滲結構示意圖。圖3是電阻加熱爐中合金重熔結構示意圖。圖4是本發明的結構示意圖。圖中I.熔煉坩堝2.鋁合金3.碳布疊層穿刺預制體4.頂塊5.真空爐外殼6.真空爐發熱體7.電阻爐外殼8.電阻爐發熱體9.凸模10.底部墊盤11.頂桿12.模具支架13.模具外套14.凹形塊15.氮氣加壓口16.抽真空口
具體實施方式
實施例I本實施例是一種真空浸滲一固液直接擠壓制備鋁基復合材料的裝置，包括熔煉坩堝I、頂塊4、凸模9、底部墊盤10、頂桿11、模具支架12、模具外套13和凹形塊14，以及配合使用的真空爐，電阻加熱爐和四柱液壓機等。熔煉坩堝I安放在底部墊盤10的上表面，而底部墊盤10和模具外套13直接放置在模具支架12上面，模具支架12在試驗中被固定在四柱液壓機的工作臺上。頂塊4在試驗前被置于熔煉坩堝I內腔底部。在所述的模具支架12的中心、底部墊盤10的中心和熔煉坩堝I的底板中心均有頂桿11的過孔，并且所述位于12模具支架中心、底部墊盤10中心和熔煉坩堝I底板中心的頂桿11過孔同心。頂桿11的一端裝入所述的頂桿過孔內，并使頂桿11的上端面與頂塊配合，頂桿的下端面與四柱液壓機頂出缸的活塞桿相接觸。模具外套13試驗前后一直被固定在模具支架12的上表面。使用時，碳布疊層穿刺預制體3安放在位于熔煉坩堝I內頂塊的上表面，鋁合金塊2安放在碳布疊層穿刺預制體的上表面。制備鋁基復合材料時需經歷以下過程，首先按照圖I裝好鋁合金熔煉裝置，然后將該裝置放入真空爐當中抽真空加壓和初步浸滲，然后冷卻至室溫，取出放入電阻加熱爐當中重熔至合金液相線以上，再迅速轉移鋁合金熔煉裝置至提前安裝固定好模具外套13中，啟動和操作四柱液壓機使滑塊帶動固定在它上面的凸模下 行加壓浸滲成形復合材料。最后，在頂桿11和凹形塊14，凸模9的配合下，實現復合材料的自動頂出。
權利要求1.一種制備鋁基復合材料的裝置，其特征在于，包括熔煉坩堝、頂塊、凸模、底部墊盤、頂桿、模具支架、模具外套和凹形塊；熔煉坩堝安放在底部墊盤的上表面，底部墊盤和模具外套放置在模具支架的上表面；頂塊置于熔煉坩堝內腔底部；在所述模具支架的中心、底部墊盤的中心和熔煉坩堝的底板中心均有頂桿的過孔，并且所述位于模具支架中心、底部墊盤中心和熔煉坩堝底板中心的頂桿過孔同心；頂桿的一端裝入所述的頂桿過孔內，并使頂桿的上端面與頂塊配合，頂桿的下端面與四柱液壓機頂出缸的活塞桿相接觸；模具外套固定在模具支架的上表面。
專利摘要一種制備鋁基復合材料的裝置。熔煉坩堝安放在底部墊盤的上表面，底部墊盤和模具外套放置在模具支架的上表面。頂塊置于熔煉坩堝內腔底部。頂桿的上端面與頂塊配合，頂桿的下端面與四柱液壓機頂出缸的活塞桿相接觸。本實用新型將制備高性能鋁基復合材料的所需的鋁合金真空熔煉、浸滲、擠壓、成形四種工藝，通過真空爐、電阻爐和四柱液壓機、擠壓浸滲模具完成，減少了復合材料的縮孔、縮松和空洞缺陷，增加了致密度，提高了鋁基復合材料性能，并根據凸凹模的配合近凈成形不同外形尺寸的鋁基復合材料件。本實用新型通過頂出結構實現了鋁基復合材料件的自動頂出，減少零部件的成形和加工工序。
文檔編號C22C1/10GK202595235SQ20122020854
公開日2012年12月12日 申請日期2012年5月10日 優先權日2012年5月10日
發明者齊樂華, 馬玉欽, 劉健, 關俊濤, 衛新亮, 李賀軍 申請人:西北工業大學