本發(fā)明涉及鎂基復(fù)合材料氣壓浸滲成形技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種翻轉(zhuǎn)式真空壓力近凈成型鎂基復(fù)合材料的裝置及方法。

背景技術(shù)：

鎂基復(fù)合材料因其密度低，比強(qiáng)度、比剛度高，熱膨脹系數(shù)低，尺寸穩(wěn)定性好以及阻尼減震性能優(yōu)越的特點(diǎn)，成為航空、航天、汽車及電子工業(yè)等領(lǐng)域最具發(fā)展前景的高性能材料之一。

目前制備鎂基復(fù)合材料的方法有很多，主要有原位法、噴射沉積法、粉末冶金法、液態(tài)浸滲法、攪拌鑄造法等，其中液態(tài)浸滲法是制備鎂基復(fù)合材料最為理想和成功的方法之一，具體包括無壓浸滲、真空浸滲、真空壓力浸滲以及擠壓浸滲等。由于鎂合金對(duì)氧有很高的化學(xué)親和力，特別是在熔融狀態(tài)下其活性更強(qiáng)，需要在保護(hù)氣氛下進(jìn)行熔煉和澆注，以避免出現(xiàn)燃燒、爆炸的危險(xiǎn)，因此在裝置設(shè)計(jì)方面需要進(jìn)行特殊考慮。

參見圖3，在發(fā)明專利cn101323919a“一種真空壓力浸滲制備金屬基復(fù)合材料的方法”中,公開了該方法制備金屬基復(fù)合材料的具體過程：首先將欲浸滲的預(yù)制體和金屬合金放置模具內(nèi)，然后對(duì)真空容器抽真空，使真空容器內(nèi)的真空度達(dá)到1pa～10^-3pa，利用加熱體加熱真空容器至金屬合金熔點(diǎn)以上5℃～200℃，并保溫10～90分鐘，待模具內(nèi)的合金完全熔化后，啟動(dòng)液壓油缸推動(dòng)壓頭使密封塞進(jìn)入模具內(nèi)，模具內(nèi)的壓強(qiáng)為0.1mpa～200mpa，熔融合金液在壓力作用下滲入預(yù)制體的孔隙內(nèi)，之后再保壓20～60分鐘，停止加熱，裝置冷卻至室溫后取出模具，利用車削加工方法將模具去除取出其內(nèi)的復(fù)合材料。該方法實(shí)現(xiàn)了合金熔煉與復(fù)合材料擠壓成形集成于一體，制備裝置具有成本低、加壓方便、安全性高的特點(diǎn)，但其不足：一是金屬熔煉與預(yù)制體預(yù)熱同步進(jìn)行，高溫下金屬液與預(yù)制體接觸時(shí)間長，易發(fā)生界面反應(yīng)生成脆性相影響復(fù)合材料性能的提高；二是復(fù)合材料難于取出，需通過車削方式去除模具，造成模具的不可重復(fù)使用；三是必須對(duì)鎂合金的量進(jìn)行精確計(jì)算，多余合金需通過切削方式去除，難以實(shí)現(xiàn)近凈成型；四是該方法只能制備形狀簡單的圓柱形復(fù)合材料，復(fù)合材料的形狀受到限制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了避免現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提出一種翻轉(zhuǎn)式真空壓力近凈成型鎂基復(fù)合材料的裝置及方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種翻轉(zhuǎn)式真空壓力近凈成型鎂基復(fù)合材料的裝置，其特征在于包括真空泵、真空表、ar氣瓶、a氣閥、b氣閥、壓力表、氣體管路、管路接口，加熱控制器、加熱體、熱電偶、上坩堝、下坩堝、預(yù)制體、預(yù)制體支架、外坩堝蓋、外坩堝、爐體、坩堝緊固螺栓、石墨密封圈、緊固螺栓、螺栓、坩堝安裝支架、翻轉(zhuǎn)支架、分度盤、定位銷、翻轉(zhuǎn)軸、壓緊彈簧、翻轉(zhuǎn)手柄、起銷桿，所述真空泵與ar氣瓶通過氣體管路和管路接口連接在外坩堝上部的外坩堝蓋上，真空泵與外坩堝蓋之間的氣體管路上安裝有真空表、b氣閥、壓力表,ar氣瓶與氣體管路上裝有a氣閥；

所述上坩堝與所述下坩堝扣合通過坩堝安裝支架固定在外坩堝內(nèi)，坩堝安裝支架的底部設(shè)置有坩堝緊固螺栓，外坩堝嵌套在u形爐體內(nèi)，外坩堝與爐體通過螺栓固連，爐體通過兩側(cè)固連的翻轉(zhuǎn)軸安裝在翻轉(zhuǎn)支架上,爐體壁內(nèi)嵌繞加熱體，加熱體和熱電偶與加熱控制器相連接，坩堝安裝支架與外坩堝蓋固連，外坩堝蓋位于外坩堝上部通過緊固螺栓固連，且外坩堝蓋與外坩堝之間加裝石墨密封圈，預(yù)制體通過預(yù)制體支架固定在上坩堝內(nèi)，并在下坩堝內(nèi)裝入鎂合金，下坩堝側(cè)壁上開有氣孔；

分度盤位于翻轉(zhuǎn)支架一側(cè)上部,且與翻轉(zhuǎn)支架固連，定位銷位于起銷桿頂部，翻轉(zhuǎn)手柄與起銷桿鉸接，壓緊彈簧連接在起銷桿與翻轉(zhuǎn)手柄之間；定位銷穿過翻轉(zhuǎn)手柄與分度盤上的銷孔配合，插入定位。

一種采用翻轉(zhuǎn)式真空壓力近凈成型鎂基復(fù)合材料的裝置制備鎂基復(fù)合材料的方法，其特征在于包括以下步驟:

步驟1.將預(yù)制體通過預(yù)制體支架固定在上坩堝與下坩堝扣合的腔體內(nèi)部，并在下坩堝內(nèi)裝入鎂合金，上下坩堝位于坩堝安裝支架上，并通過坩堝緊固螺栓將坩堝安裝支架與坩堝夾緊；

步驟2.關(guān)閉a氣閥，打開b氣閥，接通真空泵對(duì)外坩堝抽取真空，當(dāng)真空度達(dá)到10kpa～20kpa時(shí)，關(guān)閉b氣閥，并保持60s～100s，檢查氣密性，壓力降低值在10％內(nèi)符合氣密性要求；

步驟3.打開a氣閥，通入惰性保護(hù)氣體，氣體壓力為0.5mpa時(shí)，停止通入ar氣，關(guān)閉a氣閥，開啟加熱控制器，利用加熱體對(duì)外坩堝進(jìn)行加熱，使鎂合金在ar氣體保護(hù)氣氛中熔化；

步驟4.當(dāng)坩堝內(nèi)溫度達(dá)到750℃～850℃時(shí)，打開b氣閥，開啟真空泵對(duì)外坩堝抽真空，當(dāng)真空度達(dá)到10kpa～20kpa時(shí)，關(guān)閉b氣閥，并關(guān)閉真空泵，按下起銷桿轉(zhuǎn)動(dòng)翻轉(zhuǎn)手柄，使?fàn)t體翻轉(zhuǎn)180°，爐體倒置；打開a氣閥通入ar氣，保證氣壓達(dá)到0.7mpa～0.8mpa，氣體通過氣體管路和管路接口進(jìn)入外坩堝，實(shí)現(xiàn)真空氣壓浸滲過程，并保溫8min～10min；

步驟5.關(guān)閉a氣閥，按下起銷桿并轉(zhuǎn)動(dòng)翻轉(zhuǎn)手柄，使?fàn)t體翻轉(zhuǎn)180°，松開起銷桿將爐體正置，使多余合金熔液流回下坩堝；

步驟6.通過加熱控制器關(guān)閉加熱體，使裝置在空氣中冷卻；

步驟7.冷卻至200℃～250℃后，拆卸緊固螺栓，將上坩堝和下坩堝取出，上坩堝內(nèi)為鎂基復(fù)合材料，下坩堝內(nèi)為剩余的合金熔液。

有益效果

本發(fā)明提出的一種翻轉(zhuǎn)式真空壓力近凈成型鎂基復(fù)合材料的裝置及方法，克服了現(xiàn)有成型裝置易發(fā)生界面反應(yīng)、鎂基復(fù)合材料難于取出、難以實(shí)現(xiàn)近凈成型以及制備的復(fù)合材料形狀簡單的不足。

本發(fā)明翻轉(zhuǎn)式真空壓力近凈成型鎂基復(fù)合材料的裝置及方法，將預(yù)制體通過預(yù)制體支架固定在上坩堝內(nèi)，并在下坩堝內(nèi)裝入鎂合金，利用加熱體對(duì)外坩堝進(jìn)行加熱，通過熱電偶進(jìn)行測量并控制溫度，使鎂合金在ar氣體保護(hù)氣氛中熔化；加熱過程中熔融合金液與預(yù)制體分離，可避免兩者發(fā)生界面反應(yīng)生成脆性相。金屬熔化后，轉(zhuǎn)動(dòng)爐體使其倒置，并通過氣體管路向外坩堝內(nèi)加壓，浸滲完成后將爐體正置，使多余鎂合金熔液流回下坩堝。該裝置體積小、操作簡便，能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜件的近凈成型。由于采用氣體加壓，制備復(fù)合材料的形狀不再受到限制；熔煉、浸滲、復(fù)合材料脫模在密閉環(huán)境下進(jìn)行，可避免鎂合金在整個(gè)成形過程中的氧化現(xiàn)象。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明一種翻轉(zhuǎn)式真空壓力近凈成型鎂基復(fù)合材料的裝置及方法作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

圖1為本發(fā)明翻轉(zhuǎn)式真空壓力近凈成型鎂基復(fù)合材料的裝置示意圖。

圖2為本發(fā)明翻轉(zhuǎn)式真空壓力近凈成型鎂基復(fù)合材料的裝置側(cè)視圖。

圖3為現(xiàn)有技術(shù)真空壓力浸滲制備金屬基復(fù)合材料裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中:

1.翻轉(zhuǎn)手柄2.起銷桿3.ar氣瓶4.壓緊彈簧5.定位銷6.分度盤7.a氣閥8.真空泵9.真空表10.b氣閥11.壓力表12.氣體管路13.管路接口14.加熱控制器15.外坩堝蓋16.石墨密封圈17.緊固螺栓18.外坩堝19.螺栓20.熱電偶21.上坩堝22.翻轉(zhuǎn)軸23.預(yù)制體24.氣孔25.下坩堝26.預(yù)制體支架27.加熱體28.合金熔液29.坩堝安裝支架30.爐體31.坩堝緊固螺栓32.翻轉(zhuǎn)支架

具體實(shí)施方式

本實(shí)施例是一種翻轉(zhuǎn)式真空壓力近凈成型鎂基復(fù)合材料的裝置及方法。將預(yù)制體通過預(yù)制體支架固定在上坩堝內(nèi)，合金置于下坩堝內(nèi)，加熱過程中熔融合金液與預(yù)制體分離，避免兩者發(fā)生界面反應(yīng)生成脆性相；金屬熔化后，轉(zhuǎn)動(dòng)爐體使其倒置，并通過氣體管路向外坩堝內(nèi)加壓，浸滲完成后正置爐體，使多余鎂合金熔液流回下坩堝。該裝置體積小、操作簡便，能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜件的近凈成型。由于采用氣體加壓，制備復(fù)合材料的形狀不再受到限制；熔煉、浸滲、復(fù)合材料脫模在密閉環(huán)境下進(jìn)行，可避免鎂合金在整個(gè)成形過程中的氧化現(xiàn)象。

參閱圖1、圖2，本實(shí)施例翻轉(zhuǎn)式真空壓力近凈成型鎂基復(fù)合材料的裝置，由真空泵8、真空表9、ar氣瓶3、a氣閥7、b氣閥10、壓力表11、氣體管路12、管路接口13，加熱控制器14、加熱體27、熱電偶20、上坩堝21、下坩堝25、預(yù)制體23、預(yù)制體支架26、外坩堝蓋15、外坩堝18、爐體30、坩堝緊固螺栓31、石墨密封圈16、緊固螺栓17、螺栓19、坩堝安裝支架29、翻轉(zhuǎn)支架32、分度盤6、定位銷5、翻轉(zhuǎn)軸22、壓緊彈簧4、翻轉(zhuǎn)手柄1、起銷桿2組成；其中,真空泵8與ar氣瓶3通過氣體管路12和管路接口13連接在外坩堝18上部的外坩堝蓋15上，真空泵8與外坩堝蓋15之間的氣體管路12上安裝有真空表9、b氣閥10、壓力表11，ar氣瓶3與氣體管路12上裝有a氣閥7。上坩堝21與下坩堝25扣合通過坩堝安裝支架29固定在外坩堝18內(nèi)，坩堝安裝支架29的底部設(shè)置有坩堝緊固螺栓31，外坩堝18嵌套在u形爐體30內(nèi),外坩堝18與爐體30通過螺栓19固定連接，爐體30通過兩側(cè)固連的翻轉(zhuǎn)軸22安裝在翻轉(zhuǎn)支架32上。爐體30壁內(nèi)嵌繞加熱體27,加熱體27和熱電偶20與加熱控制器14相連；坩堝安裝支架29與外坩堝蓋15固連，外坩堝蓋15安裝在外坩堝18上部通過緊固螺栓17固連，外坩堝蓋15與外坩堝18之間加裝石墨密封圈16；預(yù)制體23通過預(yù)制體支架26固定在上坩堝21內(nèi),并在下坩堝內(nèi)裝入鎂合金，下坩堝25側(cè)壁開有氣孔24。分度盤6位于翻轉(zhuǎn)支架32一側(cè)上部，且與翻轉(zhuǎn)支架32固定連接，定位銷5安裝在起銷桿2頂部，翻轉(zhuǎn)手柄1與起銷桿2鉸接；壓緊彈簧4連接在起銷桿2與翻轉(zhuǎn)手柄1之間，定位銷5穿過翻轉(zhuǎn)手柄1與分度盤6上的銷孔配合，插入定位。

采用翻轉(zhuǎn)式真空壓力近凈成型鎂基復(fù)合材料的裝置制備鎂基復(fù)合材料的方法，包括以下步驟:

本實(shí)施例中所用基體合金為az91d鎂合金，預(yù)制體23采用分?jǐn)?shù)為10％的al2o3，預(yù)制體23制備過程：用mgcl2·mgf2作為粘結(jié)劑，采用真空加壓濕法成型工藝，制備強(qiáng)度適中、界面優(yōu)良的預(yù)制體。

(1)連接裝置的各個(gè)部件；將浸滲的預(yù)制體23通過預(yù)制體支架26固定在上坩堝21的上部，在下坩堝25內(nèi)裝入鎂合金，并將上坩堝21和下坩堝25通過坩堝安裝支架29固定在外坩堝18內(nèi)，并用坩堝緊固螺栓31夾緊，外坩堝蓋15與外坩堝18通過緊固螺栓17連接，外坩堝蓋15與外坩堝18之間加裝石墨密封圈16密封。

(2)檢查裝置的氣密性；關(guān)閉a氣閥7，打開b氣閥10，開啟真空泵8對(duì)外坩堝18抽真空，當(dāng)真空度達(dá)到10kpa時(shí)，關(guān)閉b氣閥10并關(guān)閉真空泵8，保持100s檢查氣密性，壓力降低值在10％內(nèi)符合氣密性要求；否則檢查漏氣源，并重復(fù)步驟(1)進(jìn)行連接。

(3)成形裝置加熱；打開a氣閥7，通入惰性保護(hù)氣ar氣，氣體壓力為0.5mpa時(shí)，停止通入ar氣，關(guān)閉a氣閥7，利用加熱體27對(duì)外坩堝18進(jìn)行加熱，使鎂合金能在ar氣體保護(hù)氣氛中熔化。

(4)真空氣壓浸滲；當(dāng)坩堝內(nèi)溫度達(dá)到850℃時(shí)，打開b氣閥10，開啟真空泵8對(duì)外坩堝18抽真空；當(dāng)真空度達(dá)到10kpa時(shí)，關(guān)閉b氣閥10并關(guān)閉真空泵8，按下起銷桿2并轉(zhuǎn)動(dòng)翻轉(zhuǎn)手柄1，使?fàn)t體30翻轉(zhuǎn)180°，松開起銷桿2，使?fàn)t體30倒置；然后打開a氣閥7，通入ar氣，保證氣壓達(dá)到0.8mpa，使氣體通過氣體管路12和管路接口13進(jìn)入外坩堝18，實(shí)現(xiàn)真空氣壓浸滲過程，并保溫10min。

(5)回收剩余合金熔液；關(guān)閉a氣閥7，按下起銷桿2并轉(zhuǎn)動(dòng)翻轉(zhuǎn)手柄1，使?fàn)t體30翻轉(zhuǎn)180°，松開起銷桿2，將爐體30正置，使多余合金熔液流回下坩堝25。

(6)裝置冷卻；關(guān)閉加熱體27，使整個(gè)裝置在空氣中冷卻。

(7)冷卻至200℃后，拆卸緊固螺栓17，將上坩堝21和下坩堝25取出，上坩堝21內(nèi)為鎂基復(fù)合材料，下坩堝25內(nèi)為剩余的合金熔液28。