CN112296314B - 复合制备表面覆有铝箔的Cf/Mg复合材料构件的装置及方法 - Google Patents

复合制备表面覆有铝箔的Cf/Mg复合材料构件的装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种复合制备表面覆有铝箔的Cf/Mg复合材料构件的装置及方法，是一种覆有金属铝箔耐蚀防护层的Cf/Mg复合材料(Al‑Cf/Mg复合材料)构件的一次复合制备方法，用于实现“复合材料”与“防护处理”过程的复合，改变复合材料制备与防护涂层制备先后分开的模式。技术方案通过预先在阴模上铺置铝箔，通过控制温度与压力条件，使镁合金熔化而铝箔保持固态；利用液固挤压方式实现Al‑Cf/Mg复合材料构件的复合制备。

Description

复合制备表面覆有铝箔的Cf/Mg复合材料构件的装置及方法
技术领域
本发明属于连续长纤维增强镁基复合材料领域，是耐腐蚀Al-Cf/Mg复合材料构件的一次复合制备方法，具体涉及一种具有表面铝金属耐蚀防护层的Cf/Mg复合材料 (Al-Cf/Mg复合材料)构件的一次复合制备方法。
背景技术
Cf/Mg复合材料具有高比强度、高比刚度等一系列优点，但其耐蚀性差，严重制约了它的应用。
目前，Cf/Mg复合材料的腐蚀防护方法多借鉴于镁合金的表面改性与防护方法。铝及其合金由于优良的耐蚀性能，常被用于镁合金及其复合材料的防护材料。Bakkar等人利用等离子喷涂与激光重熔技术在碳纤维增强镁基复合材料表面制备了铝合金涂层，使复合材料的腐蚀电流密度降低了两个数量级(Laser cladding of carbon/magnesium metalmatrix composites.Lasers In Engineering,15:63-73.)。该工艺方法先制备Cf/Mg复合材料再利用耐蚀性良好的铝合金进行防护处理，改善了 Cf/Mg复合材料的耐蚀性能。但从复合材料制备到防护处理整个过程工序较多，制备效率低，相应成本也较高。本领域尚缺乏一种一次复合制备具有耐蚀防护层Cf/Mg复合材料的高效低成本制备方法。
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，本发明提出一种复合制备表面覆有铝箔的Cf/Mg复合材料构件的装置及方法，出一种耐腐蚀Al-Cf/Mg复合材料构件的一次复合制备方法，改变“复合材料”与“防护处理”先后分开的制备模式，解决现行模式工序多、效率低、成本高的问题。
技术方案
一种复合制备表面覆有铝箔的Cf/Mg复合材料构件的装置，其特征在于包括阴模1、加热器3、挤压桶6、密封块7、压力控制器8、压头9、真空压力表11、真空阀 12、真空泵13和温度控制器14；挤压桶6的底部为阴模1，上部为密封块7，顶部为压头9，***设有加热器3；挤压桶6内通过气体管路10与真空泵13相连；所述气体管路10设有真空压力表11和真空阀12；温度控制器14的热传感器置于挤压桶6内，温度控制单元与加热器3电连接；压头9与压力控制器8连接，并受其控制实现挤压过程。
所述阴模1与挤压筒6两者之间为过渡配合。
所述挤压桶6与密封块7两者之间为过盈配合。
一种利用所述装置复合制备表面覆有铝箔的Cf/Mg复合材料构件的方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：将0.05～0.2mm厚的铝箔与构件预制体置于挤压桶内部，使之与阴模贴合，再装入镁合金，并将密封块压入挤压桶，使密封块与挤压桶形成过盈配合；
步骤2：打开真空阀，接通真空泵对挤压桶抽取真空，当真空度达到10KPa～20KPa时，先后关闭真空阀与真空泵，并保持60s～100s，检查气密性，压力降低值在10％内符合气密性要求；
步骤3：开启加热控制器，利用加热体进行加热，温度至580～620℃时，保温20～90min，使镁合金熔化而铝箔未熔化；
步骤4：关闭加热控制器，开启压力控制器，使压头下行加压至10～60MPa，将液态镁合金压入构件预制体并与铝箔充分接触，保持压力至合金完全凝固；
步骤5：待温度降至室温，压头下行压出构件。
有益效果
本发明提出的一种复合制备表面覆有铝箔的Cf/Mg复合材料构件的装置及方法，是一种覆有金属铝箔耐蚀防护层的Cf/Mg复合材料(Al-Cf/Mg复合材料)构件的一次复合制备方法，用于实现“复合材料”与“防护处理”过程的复合，改变复合材料制备与防护涂层制备先后分开的模式。技术方案通过预先在阴模上铺置铝箔，通过控制温度与压力条件，使镁合金熔化而铝箔保持固态；利用液固挤压方式实现Al-Cf/Mg复合材料构件的复合制备。
本发明的有益效果：本发明通过预先铺设耐蚀性良好的铝箔的方式，可以将Cf/Mg复合材料制备构件与其耐蚀防护涂层的制备过程集合起来，实现Al-Cf/Mg复合材料构件的复合制备。如此，经一次制备过程，既可制备复合材料构件，又能保障构件使用的耐蚀性要求。
附图说明
图1是本发明耐腐蚀Al-Cf/Mg复合材料构件一次复合制备成形装置的结构示意图。
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
本发明一种耐腐蚀Al-Cf/Mg复合材料构件一次复合制备的装置，其特征在于包括：阴模1、铝加热器3、挤压桶6、密封块7、压力控制器8、压头9、气体管路10、真空压力表11、真空阀12、真空泵13、温度控制器14。
阴模1置于挤压筒6中底部，两者之间为过渡配合。阴模1上铺放铝箔2，再放置纤维预制体4。镁合金5放置于预制体4之上。挤压筒6顶部有上密封块7，两者之间为过盈配合，以达到密封作用。挤压桶6通过气体管路10与真空泵13相连；气体管路10上装有真空压力表11和真空阀12。以此实现挤压桶6内的真空状态。挤压桶 6***置有加热器3。温度控制器14通过监测挤压桶6内温度，来控制加热器的工作。压头9通过压力控制器8来实现挤压过程。
本实施例中所用的铝箔2为在0.05～0.2mm厚的的1060工业纯铝分别选择了0.05、0.1、0.15及0.2mm。
基体金属镁合金5为AZ91D镁合金，液相线为596℃，构件预制体4采用T300碳纤维编制而成。
首先将阴模1压入挤压筒6底部，并将挤压筒6固定好。然后，将铝箔2置于阴模1之上；将纤维预制体4置于铝箔2之上；最后将镁合金5置于纤维预制体4上。接着将密封块7压入挤压筒6，使之两者间形成过盈配合。而后，装配连接加热器3、温度控制器14、气体管路10、真空压力表11、真空阀12和真空泵13。之后，开启真空泵13抽真空至10KPa～20KPa，然后先后关闭真空阀12和真空泵13，并保持60s～ 100s，检查气密性，压力降低值在10％内符合气密性要求。使加热器3工作，加热到 590～630℃，并保温20～90分钟，之后关闭加热器3；然后温度控制器14，使压头9下行加压至10～60MPa，将液态镁合金压入预制体并与铝箔充分接触，实现浸渗并使复合材料致密化。待温度降至室温，压头下行压出构件。
首先将阴模1压入挤压筒6底部，并将挤压筒6固定好。
然后，将铝箔2置于阴模1之上；将纤维预制体4置于铝箔2之上；最后将镁合金5置于纤维预制体4上。接着将密封块7压入挤压筒6，使之两者间形成过盈配合。
而后，装配连接加热器3、温度控制器14、气体管路10、真空压力表11、真空阀 12和真空泵13。
之后，开启真空泵13抽真空至10KPa～20KPa，
然后先后关闭真空阀12和真空泵13，并保持60s～100s，检查气密性，压力降低值在10％内符合气密性要求。使加热器3工作，加热到590～630℃，并保温20～ 90分钟，
之后关闭加热器3；然后温度控制器14，使压头9下行加压至10～60MPa，将液态镁合金压入预制体并与铝箔充分接触，实现浸渗并使复合材料致密化。待温度降至室温，压头下行压出构件。

Claims (3)

1.一种采用复合制备表面覆有铝箔的Cf/Mg复合材料构件的装置制备表面覆有铝箔的Cf/Mg复合材料构件的方法，其特征在于：复合制备表面覆有铝箔的Cf/Mg复合材料构件的装置包括阴模(1)、加热器(3)、挤压桶(6)、密封块(7)、压力控制器(8)、压头(9)、真空压力表(11)、真空阀(12)、真空泵(13)和温度控制器(14)；挤压桶(6)的底部为阴模(1)，上部为密封块(7)，顶部为压头(9)，***设有加热器(3)；挤压桶(6)内通过气体管路(10)与真空泵(13)相连；所述气体管路(10)设有真空压力表(11)和真空阀(12)；温度控制器(14)的热传感器置于挤压桶(6)内，温度控制单元与加热器(3)电连接；压头(9)与压力控制器(8)连接，并受其控制实现挤压过程；
所述方法的具体步骤如下：
步骤1：将0.05～0.2mm厚的铝箔与构件预制体置于挤压桶内部，使之与阴模贴合，再装入镁合金，并将密封块压入挤压桶，使密封块与挤压桶形成过盈配合；
步骤2：打开真空阀，接通真空泵对挤压桶抽取真空，当真空度达到10KPa～20KPa时，先后关闭真空阀与真空泵，并保持60s～100s，检查气密性，压力降低值在10％内符合气密性要求；
步骤3：开启加热控制器，利用加热体进行加热，温度至580～620℃时，保温20～90min，使镁合金熔化而铝箔未熔化；
步骤4：关闭加热控制器，开启压力控制器，使压头下行加压至10～60MPa，将液态镁合金压入构件预制体并与铝箔充分接触，保持压力至合金完全凝固；
步骤5：待温度降至室温，压头下行压出构件。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于：所述阴模(1)与挤压筒(6)两者之间为过渡配合。
3.根据权利要求1所述方法，其特征在于：所述挤压桶(6)与密封块(7)两者之间为过盈配合。
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