CN1644275A - 金属基复合材料型材制备方法及其专用装置 - Google Patents

金属基复合材料型材制备方法及其专用装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种金属基复合材料型材的制备方法，将预制体(19)放入挤压桶(4)内预热到400～500℃时抽真空，当真空度达到0.09～0.1MPa时，将铝液通过进液管(17)送入挤压桶(4)内，凸模(3)下行加压使金属液浸渗到预制体(19)中，在保压10～20s后，对所得金属基复合材料进行挤压，得到复合材料型材。本发明还公开了前述制备方法的专用装置，包括挤压桶(4)上端口的密封盖(12)、密封盖(12)与挤压桶(4)上端口之间的上密封垫片(15)、顶杆(11)上端面的下密封垫片(13)、挤压桶(4)下端口的密封垫圈(14)。利用该专用设备，不但能一次成形出金属基复合材料型材，还可减少金属基复合材料型材中的气孔，增加复合材料型材的机械性能。

Description

金属基复合材料型材制备方法及其专用装置
技术领域
本发明涉及一种金属基复合材料型材的制备方法，还涉及制备这种金属基复合材料型材的专用装置。
背景技术
文献“Hu Lianxi，Luo Shoujing.Development of the technology of extrusiondirectly following infiltration for the manufacturing of metal-matrix composite.J.of materials processing technology，1995，49：287～292”提出使用挤压浸渗后直接挤压成形的方法制备金属基复合材料型材。具体做法是：加压使金属液在压力下渗入纤维预制体中，在压力下结晶凝固，利用金属半固态或准固态期间变形抗力低、容易流动的特点，对其直接进行塑性变形，以实现一次成形出复合材料型材的目的。
该方法所使用的挤压装置主要包括凸模3，挤压桶4、电阻丝加热炉18、凹模6、下垫板8、顶杆11、支座9及支座垫板10，无法实现对挤压桶4抽真空，所成型的复合材料有气孔，削弱材料机械性能。
现有技术存在以下不足：挤压浸渗过程中容易卷入气体形成气孔，虽然增大保压压强可以减少宏观气孔，但并不能减少微小气孔。文献“赵平，高升吉，陈睿等。挤压浸渗中的包抄现象及气孔形成机制。中国有色金属学报，1999，(1)：30～34”指出这些存留于复合材料中的气体，将以高压气体的状态存留于复合材料基体和纤维的界面上，成为削弱材料机械性能的因素之一。
发明内容
本发明针对现有技术使用挤压浸渗后直接挤压成形的方法制备金属基复合材料型材，挤压浸渗过程中容易卷入气体形成气孔，削弱材料机械性能的不足，提供一种金属基复合材料型材的制备方法，同时还提供这种金属基复合材料型材制备专用装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种金属基复合材料型材的制备方法，其特征在于下述步骤：
1)将预制体19放入挤压桶4内预热，当电阻丝加热炉18内温度达到400～500℃时，盖上密封盖12，液压机加压，使密封盖12压紧上密封垫片15，使顶杆11压紧下密封垫片13，然后使用抽真空设备通过抽气管16对挤压桶4抽真空；
2)当挤压桶4内真空度达到0.09～0.1MPa时，去掉进液管17一端的塞子，使坩锅中的铝液通过进液管17进入挤压桶4内，挤压桶4内的铝液液面低于进液管17；
3)当铝液全部吸入挤压桶4内后，挪开密封盖12，凸模3下行加压使金属液浸渗到预制体中，得到金属基复合材料；
4)在保压10～20s后，去掉顶杆11及下密封垫片13，并对步骤3)所得金属基复合材料进行挤压，得到复合材料型材。
前述的金属基复合材料型材制备方法的专用装置，包括上垫板1、凸模固定板2、凸模3、挤压桶4、挤压桶外套5、凹模6、凹模固定板7、下垫板8、支座9、支座垫板10、顶杆11以及电阻丝加热炉18，其特征在于：还包括挤压桶4上端口的密封盖12、密封盖12与挤压桶4上端口之间的上密封垫片15、顶杆11上端面的下密封垫片13、挤压桶4下端口的密封垫圈14，密封盖12和上密封垫片15的大小与挤压桶4上端口的外径等大，下密封垫片13与顶杆11上端面等大，密封垫圈14的内径略大于挤压桶4下端口的内径、外径略小于挤压桶4下端口的外径；挤压桶4的上端口下方设置抽气管16，在抽气管16的另一侧设置进液管17，进液管17管壁的顶部低于抽气管16管壁的底部，抽气管16和进液管17均开口于挤压桶4的内壁。
所述的抽气管16和进液管17与挤压桶4分别采用自密封管螺纹连接。
本发明的有益效果是，利用本发明提供的这种金属基复合材料型材制备专用装置，不仅能一次成形出金属基复合材料型材，而且由于这种金属基复合材料型材的制备方法是将金属液在真空状态下浸入到预制体中的，可以减少存留于金属基复合材料型材中的气孔，增加金属基复合材料型材的机械性能。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
附图说明
图1是本发明专用装置结构图
图2是本发明将预制体放入挤压桶内预热并对挤压桶抽真空时的示意图
图3是本发明金属液吸入挤压桶时的示意图
图4是本发明加压使金属液浸渗到预制体中得到复合材料的示意图
图5是本发明进行挤压形成复合材料型材的示意图
图6是挤压装置结构图
图7是向挤压桶内浇入金属液时的示意图
图8是加压使金属液浸入预制体时的示意图
图9是进行挤压时的示意图
图6～图9是现有技术图
图中，1-上垫板，2-凸模固定板，3-凸模，4-挤压桶，5-挤压桶外套，6-凹模，7-凹模固定板，8-下垫板，9-支座，10-支座垫板，11-顶杆，12-密封盖，13-下密封垫片，14-密封垫圈，15-上密封垫片，16-抽气管，17-进液管，18-电阻丝加热炉，19-预制体，20-金属液，21-复合材料型材，22-浇杯
具体实施方式
实施例1：参照图1。本发明的装置部分：上垫板1和凸模固定板2采用螺栓连接，用压块把上垫板1固定在压机横梁上，凸模3与凸模固定板2固连；挤压桶4和挤压桶外套5采用圆锥过盈配合，挤压桶4的上端口有一密封盖12，密封盖12与挤压桶4的上端口之间是上密封垫片15；挤压桶4的下端口放置一个密封垫圈14，在顶杆11的上面放置下密封垫片13，在挤压桶4的上端口下方设置一抽气管16，抽气管16开口于挤压桶4的内壁，抽气管16的另一端连接抽真空设备；在挤压桶4的上端口抽气管16的另一侧稍低于抽气管16的位置设置一进液管17，进液管17也开口于挤压桶4的内壁，进液管17的另一端连接熔化铝的坩锅。凹模6和凹模固定板7也采用圆锥过盈配合；挤压桶外套5、凹模固定板7、下垫板8及支座9用螺栓紧固；下垫板8上放置电阻丝加热炉18；支座9与支座垫板10用沉头螺栓连接；抽气管16和进液管17分别同挤压桶4采用自密封管螺纹连接，进液管的顶部低于抽气管的底部，避免由于惯性使铝液直接流入抽气管中而造成抽气管堵塞。
实施例2：在本发明方法实施过程中，金属液是LY12铝液，预制体由洛阳耐火材料研究所生产的Al2O3短纤维制成，另外使用的设备还有液压机、抽真空设备、用于熔化铝的坩锅及塞子。
在具体实施过程中，用压块把支座垫板10固定在压机工作台上；用压块把上垫板1固定在压机横梁上；抽气管16的另一端连接抽真空设备；进液管17的另一端连接熔化铝的坩锅并用塞子塞紧。
参照图2，按上述方式连接装配完成后，挪开密封盖12，将预制体19放入挤压桶4内预热，当电阻丝加热炉18内温度达到400℃时，重新盖上密封盖12，液压机加压，使密封盖12压紧上密封垫片15，使顶杆11压紧下密封垫片13，从而使挤压桶4及凹模6内处于密封状态，然后抽真空设备通过抽气管16对挤压桶4抽真空。
参照图3，当挤压桶4内真空度达到0.09MPa时，去掉塞子使坩锅中的铝液通过进液管17进入挤压桶4内，要求最终吸入挤压桶4内的铝液液面低于进液管17，避免进液管的堵塞。
参照图4，当铝液全部吸入挤压桶4内后，挪开密封盖12，凸模3下行加压使金属液浸渗到预制体中从而得到金属基复合材料。
参照图5，保压10s后，去掉顶杆11及下密封垫片13，并对金属基复合材料进行挤压，得到复合材料型材。
实施例3：参照图2，按上述方式连接装配完成后，挪开密封盖12，将预制体19放入挤压桶4内预热，当电阻丝加热炉18内温度达到500℃时，重新盖上密封盖12，液压机加压，使密封盖12压紧上密封垫片15，使顶杆11压紧下密封垫片13，从而使挤压桶4及凹模6内处于密封状态，然后抽真空设备通过抽气管16对挤压桶4抽真空。
参照图3，当挤压桶4内真空度达到0.1MPa时，去掉塞子使坩锅中的铝液通过进液管17进入挤压桶4内，要求最终吸入挤压桶4内的铝液液面低于进液管17，避免进液管的堵塞。
参照图4，当铝液全部吸入挤压桶4内后，挪开密封盖12，凸模3下行加压使金属液浸渗到预制体中从而得到金属基复合材料。
参照图5，保压20s后，去掉顶杆11及下密封垫片13，并对金属基复合材料进行挤压，得到复合材料型材。

Claims (3)

1、一种金属基复合材料型材的制备方法，其特征在于下述步骤：
1)将预制体19放入挤压桶4内预热，当电阻丝加热炉18内温度达到400～500℃时，盖上密封盖12，液压机加压，使密封盖12压紧上密封垫片15，使顶杆11压紧下密封垫片13，然后使用抽真空设备通过抽气管16对挤压桶4抽真空；
2)当挤压桶4内真空度达到0.09～0.1MPa时，去掉进液管17一端的塞子，使坩锅中的铝液通过进液管17进入挤压桶4内，挤压桶4内的铝液液面低于进液管17；
3)当铝液全部吸入挤压桶4内后，挪开密封盖12，凸模3下行加压使金属液浸渗到预制体中，得到金属基复合材料；
4)在保压10～20s后，去掉顶杆11及下密封垫片13，并对步骤3)所得金属基复合材料进行挤压，得到复合材料型材。
2、一种根据权利要求1所述的金属基复合材料型材制备方法的专用装置，包括上垫板1、凸模固定板2、凸模3、挤压桶4、挤压桶外套5、凹模6、凹模固定板7、下垫板8、支座9、支座垫板10、顶杆11以及电阻丝加热炉18，其特征在于：还包括挤压桶4上端口的密封盖12、密封盖12与挤压桶4上端口之间的上密封垫片15、顶杆11上端面的下密封垫片13、挤压桶4下端口的密封垫圈14，密封盖12和上密封垫片15的大小与挤压桶4上端口的外径等大，下密封垫片13与顶杆11上端面等大，密封垫圈14的内径略大于挤压桶4下端口的内径、外径略小于挤压桶4下端口的外径；挤压桶4的上端口下方设置抽气管16，在抽气管16的另一侧设置进液管17，进液管17管壁的顶部低于抽气管16管壁的底部，抽气管16和进液管17均开口于挤压桶4的内壁。
3、根据权利要求2所述的专用装置，其特征在于：所述的抽气管16和进液管17与挤压桶4分别采用自密封管螺纹连接。
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