CN202595235U

CN202595235U - 一种制备铝基复合材料的装置

Info

Publication number: CN202595235U
Application number: CN 201220208544
Authority: CN
Inventors: 齐乐华; 马玉钦; 刘健; 关俊涛; 卫新亮; 李贺军
Original assignee: Northwestern Polytechnical University
Current assignee: Northwestern Polytechnical University
Priority date: 2012-05-10
Filing date: 2012-05-10
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2022-05-10

Abstract

一种制备铝基复合材料的装置。熔炼坩埚安放在底部垫盘的上表面，底部垫盘和模具外套放置在模具支架的上表面。顶块置于熔炼坩埚内腔底部。顶杆的上端面与顶块配合，顶杆的下端面与四柱液压机顶出缸的活塞杆相接触。本实用新型将制备高性能铝基复合材料的所需的铝合金真空熔炼、浸渗、挤压、成形四种工艺，通过真空炉、电阻炉和四柱液压机、挤压浸渗模具完成，减少了复合材料的缩孔、缩松和空洞缺陷，增加了致密度，提高了铝基复合材料性能，并根据凸凹模的配合近净成形不同外形尺寸的铝基复合材料件。本实用新型通过顶出结构实现了铝基复合材料件的自动顶出，减少零部件的成形和加工工序。

Description

一种制备铝基复合材料的装置

技术领域

本发明涉及材料成形领域，具体是一种制备铝基复合材料的装置。

背景技术

铝基复合材料具有低密度、高比强度、高比模量、耐高温、耐磨损、热膨胀系数小、尺寸稳定性好以及优异的铸造性能等优点，是一种轻量化、高性能的结构材料，在航空航天、军事国防领域以及汽车、电子仪表等行业有着广泛的应用。

高真空度、高体积分数和高致密度是制备出高性能铝基复合材料的关键因素。目前，铝基复合材料常见的制备方法有搅拌铸造法、粉末冶金法、真空压力浸渗法等，但搅拌铸造法体积分数低、易产生气孔、增强体易团聚，粉末冶金法工艺设备复杂、成本偏高，制备复杂零件困难；真空压力浸渗法具有真空度高，可实现高浸渗压力等优势，已成为一种制备高性能铝基复合材料的常用方法。

经文献检索发现，中国专利公开号CN101323919A公布了一种真空压力浸渗制备铝基复合材料的方法。该方法具有真空度可达到1～10^-3Pa、采用真空热压设备加压较方便、成本较低、工艺相对简单、复合材料致密度高等优点，但也存在着以下局限性：文中提到靠液压力传载到密封塞上加压金属液体浸渗成形复合材料件，受真空热压设备内腔尺寸和模具形状的限制，该过程更适宜于成形形状简单的小尺寸制件，对于尺寸较大、形状结构较复杂的复合材料件，该装置难以实现其整体成形；文中提到金属液体在密封塞的压力作用下渗入到预制体的孔隙，并经保温冷却后，将模具取出再利用车削方法将复合材料取出，取件过程不够简捷方便，不能直接便捷取出制件。且利用车削方法取出制件时，切削过程中也会对制件的形状尺寸造成一定的破坏，采用该种方法成形的复合材料的毛坯件难以实现近净成形，为获得最终理想的复合材料件，还需要后续修整和加工，工序较多，过程复杂。

发明内容

为克服现有技术中存在的高体积分数预制体临界浸渗压力大、高真空度难以保证、致密度不高的不足，并实现一些复杂铝基复合材料件的整体和近终成形，本发明提出了一种制备铝基复合材料的装置。

本发明所述的真空浸渗－固液直接挤压制备铝基复合材料的装置包括熔炼坩埚、顶块、凸模、底部垫盘、顶杆、模具支架、模具外套和凹形块。熔炼坩埚安放在底部垫盘的上表面，底部垫盘和模具外套放置在模具支架的上表面。顶块置于熔炼坩埚内腔底部。在所述模具支架的中心、底部垫盘的中心和熔炼坩埚的底板中心均有顶杆的过孔，并且所述位于模具支架中心、底部垫盘中心和熔炼坩埚底板中心的顶杆过孔同心。顶杆的一端装入所述的顶杆过孔内，并使顶杆的上端面与顶块配合，顶杆的下端面与四柱液压机顶出缸的活塞杆相接触。模具外套固定在模具支架的上表面。

本发明保证了高真空度和熔化铝合金的真空炉中抽真空和熔炼，并利用熔化的合金液覆盖和密封了后续试验工艺步骤中的碳布叠层穿刺预制体，使得碳布叠层穿刺预制体孔隙中的气体杂质排出，从而提高浸渗质量和铝基复合材料性能。本发明利用凸凹模的加压配合实现铝基复合材料件的挤压浸渗，经过挤压后的复合材料，缩孔、缩松、空洞等缺陷可明显减少，致密度得到大大提高，显著提高铝基复合材料性能，并根据凸凹模配合形状来近净成形不同外形尺寸需求的铝基复合材料件，并通过顶出结构能够实现铝基复合材料件的自动顶出，减少零部件的成形和加工工序，取件方便，可实现其近终成形。

使用本发明制备铝基复合材料时，采用分步制备，包括真空炉的真空状态下熔炼和通入保护气体氮气加压初步浸渗、重熔后的挤压浸渗装置以及实现挤压浸渗的过程，其特点是在第一个阶段中利用真空炉将碳布叠层穿刺预制体孔隙中的气体被抽出、更易于浸渗。当铝合金熔炼装置从真空炉中转移至电阻加热炉重熔后，虽然已不是真空环境，但是熔化的铝合金已经覆盖在碳布叠层穿刺预制体表面，顶块与熔炼坩埚及底部间隙也被熔化和渗流的合金液填充，形成了密封效果，碳布叠层穿刺预制体中的空隙依然没有杂质气体影响浸渗。当铝合金熔炼装置在真空炉中冷却至室温取出、并转移至电阻加热炉中重熔时，为保证铝合金液在液相状态下加压浸渗，待铝合金重熔到预定温度后，铝合金熔炼装置迅速转移至模具外套中，然后启动液压机滑块带动凸模快速加压浸渗压紧密实。加压浸渗完成之后，利用液压机滑块上固定的凸模、提前加工准备好的凹形块和顶杆的配合实现了铝基复合材料的自动顶出，取件容易，操作简单方便。

附图说明

图1是铝合金熔炼装置结构示意图。

图2是真空炉中真空熔炼合金和初步浸渗结构示意图。

图3是电阻加热炉中合金重熔结构示意图。

图4是本发明的结构示意图。图中：

1.熔炼坩埚 2.铝合金 3.碳布叠层穿刺预制体 4.顶块 5.真空炉外壳

6.真空炉发热体 7.电阻炉外壳 8.电阻炉发热体 9.凸模 10.底部垫盘

11.顶杆 12.模具支架 13.模具外套 14.凹形块 15.氮气加压口

16.抽真空口

具体实施方式

实施例1

本实施例是一种真空浸渗－固液直接挤压制备铝基复合材料的装置，包括熔炼坩埚1、顶块4、凸模9、底部垫盘10、顶杆11、模具支架12、模具外套13和凹形块14，以及配合使用的真空炉，电阻加热炉和四柱液压机等。熔炼坩埚1安放在底部垫盘10的上表面，而底部垫盘10和模具外套13直接放置在模具支架12上面，模具支架12在试验中被固定在四柱液压机的工作台上。顶块4在试验前被置于熔炼坩埚1内腔底部。在所述的模具支架12的中心、底部垫盘10的中心和熔炼坩埚1的底板中心均有顶杆11的过孔，并且所述位于12模具支架中心、底部垫盘10中心和熔炼坩埚1底板中心的顶杆11过孔同心。顶杆11的一端装入所述的顶杆过孔内，并使顶杆11的上端面与顶块配合，顶杆的下端面与四柱液压机顶出缸的活塞杆相接触。模具外套13试验前后一直被固定在模具支架12的上表面。

使用时，碳布叠层穿刺预制体3安放在位于熔炼坩埚1内顶块的上表面，铝合金块2安放在碳布叠层穿刺预制体的上表面。制备铝基复合材料时需经历以下过程，首先按照图1装好铝合金熔炼装置，然后将该装置放入真空炉当中抽真空加压和初步浸渗，然后冷却至室温，取出放入电阻加热炉当中重熔至合金液相线以上，再迅速转移铝合金熔炼装置至提前安装固定好模具外套13中，启动和操作四柱液压机使滑块带动固定在它上面的凸模下行加压浸渗成形复合材料。最后，在顶杆11和凹形块14，凸模9的配合下，实现复合材料的自动顶出。

Claims

1.一种制备铝基复合材料的装置，其特征在于，包括熔炼坩埚、顶块、凸模、底部垫盘、顶杆、模具支架、模具外套和凹形块；熔炼坩埚安放在底部垫盘的上表面，底部垫盘和模具外套放置在模具支架的上表面；顶块置于熔炼坩埚内腔底部；在所述模具支架的中心、底部垫盘的中心和熔炼坩埚的底板中心均有顶杆的过孔，并且所述位于模具支架中心、底部垫盘中心和熔炼坩埚底板中心的顶杆过孔同心；顶杆的一端装入所述的顶杆过孔内，并使顶杆的上端面与顶块配合，顶杆的下端面与四柱液压机顶出缸的活塞杆相接触；模具外套固定在模具支架的上表面。