[發明專利]鎂基復合材料分體預熱一次浸滲擠壓成形裝置及方法

有效

• 申請號: 201310713686.4
• 申請日: 2013-12-20
• 公開（公告）號: CN103695815A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 齊樂華;鞠錄巖;衛新亮;馬玉欽;周計明
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: C22C47/12
• 分類號: C22C47/12;C22C49/04;C22C49/14;C22C101/10
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

技術領域

本發明涉及一種鎂基復合材料成形裝置，特別涉及一種鎂基復合材料分體預熱一次浸滲擠壓成形裝置。還涉及采用該裝置的鎂基復合材料分體預熱一次浸滲擠壓成形方法。

背景技術

碳纖維增強鎂基復合材料是目前可應用的比強度比剛度最高的金屬基復合材料，集合了碳纖維與鎂合金的優點，具有密度及熱膨脹系數低、熱變形抗力好、阻尼性能高、尺寸穩定性好及導熱性好等優點，在航空航天、電子通訊以及汽車等領域應用日益廣泛。

在碳纖維增強鎂基復合材料的制備方法中，液態浸滲法被認為是最理想和最成功的方法，液態金屬在外界壓力的作用下，滲入纖維預制體內可以實現高壓快速浸滲。但是制備過程中，由于鎂合金與碳纖維接觸角大、浸滲困難，需要對碳纖維與制備模具進行預熱，目前常見的制備方法中，預制體與模具是一體預熱的，無法實現預制體與模具不同的預熱溫度。

參見圖2。文獻“專利公開號是CN101323919B的中國發明專利”公開了一種真空壓力浸滲制備金屬基復合材料的方法。該方法使用的設備由液壓油缸1、壓頭2、密封塞3、真空容器4、加熱體5、模具8和底座9組成，真空容器4設置在底座9上，真空容器4內設有加熱體5，模具8的底端與底座9的頂端相連接，液壓油缸1設置在真空容器4的上部，壓頭2設置在液壓油缸1的下端，密封塞3為石墨材料制成，密封塞3的直徑比模具8的內徑大0.5～2.5mm，密封塞3上的壓頭2為實心金屬材料或內部有冷卻水管道的金屬材料制成，壓頭2的直徑比模具8的內徑大0.5～10mm。所述方法由以下步驟實現：將碳纖維預制體和金屬合金放入到模具內，然后對真空容器抽真空至1～10^-3Pa，并將真空容器內的溫度加熱至金屬熔點以上5～200℃，保溫10～90分鐘，模具內的金屬合金熔化后，啟動液壓油缸推動壓頭使密封塞進入模具內，金屬液體在密封塞的壓力作用下滲入預制體的孔隙內，保持壓力2～60分鐘，停止加熱，待真空容器內溫度降至室溫，將模具取出利用切削方法將復合材料取出。

該技術的整個制備過程在一密閉環境中進行，可以有效避免復合材料制備過程中合金的氧化。但是由于模具與預制體在真空容器內一體預熱，不能協調模具與預制體的預熱溫度，而且模具不可重復使用。

發明內容

為了克服現有真空壓力浸滲裝置制備的金屬基復合材料性能差的不足，本發明提供一種鎂基復合材料分體預熱一次浸滲擠壓成形裝置。該裝置包括預制體預熱腔、擠壓筒、擠壓筒預熱爐、預制體預熱爐和底座；擠壓筒固定在底座上，同時置于擠壓筒預熱爐之內；預制體預熱腔固定于擠壓筒之上，同時置于預制體預熱爐內，預制體預熱腔與擠壓筒內徑相等且同軸。本發明將模具與預制體分開預熱，可以提高預制體預熱溫度，以提高液態合金在預制體內的流動性，減緩浸滲時預制體纖維之間的毛細現象以及液態合金與纖維之間的摩擦力，降低浸滲難度，保證制備質量，同時降低模具的預熱溫度，減少能耗節約成本，并降低模具對高溫性能的要求，提高了模具的經濟性和安全性；本發明整個制備過程在完全密閉的環境中進行，并且坩堝內安裝了過濾網，防止碳纖維和鎂合金的氧化，降低了雜質含量，提高復合材料性能；本發明可以實現自動脫模，不需要等待復合材料胚料降至室溫就能取出，提高了制備效率，并且減少了碳纖維在高溫下與鎂合金的反應時間，能有效減緩不良界面反應發生。本發明集浸滲、擠壓、近凈成型于一體，浸滲擠壓后可以得到近凈成型的復合材料胚料，避免了復合材料加工給構件帶來的性能損失，利于得到高性能的復合材料構件。

本發明還提供采用該裝置的鎂基復合材料分體預熱一次浸滲擠壓成形方法。