[发明专利]镁基复合材料异型件真空压力浸渗连续制备的装置及制备方法

权利要求书

1.一种镁基复合材料异型件真空压力浸渗连续制备的装置，其特征在于包括挤压模具、熔炼坩埚（12）、电阻加热器（11）、进液管（10）和气压浇注系统；所述挤压模具包括硅碳棒加热器（7）、凸模（2）、石墨块（3）、挤压筒（4）、成形模（6）、底座（8）和顶杆（9）；所述气压浇注系统包括氩气瓶（15）、真空泵（23）、放气阀门（14）、进气阀门（16）、阀门（22）、抽真空控制阀门（22）和连接管路；挤压筒（4）固定在底座（8）上，并同时放置在硅碳棒加热器（7）中；成形模（6）位于挤压筒（4）底部，与挤压筒（4）采用间隙配合；在挤压筒（4）上端口上放置具有凸台结构的石墨块（3），石墨块同挤压筒（4）之间采用形成过盈配合；底座（8）的中心为一个通孔，通孔的直径小于挤压筒（4）的内径，通孔内设有能够转动和上下活动的顶杆（9）；顶杆（9）的上端设有锥形槽，槽的底部设有一个与顶杆（9）外部连通的通孔（9-1），该通孔通过进液管（10）与熔炼坩埚（12）内部连通；熔炼坩锅（12）上端固定坩锅盖（18）和密封垫圈（19），熔炼坩锅（12）放在电阻加热器（11）内；真空泵（23）通过管路连接至挤压筒（4）和熔炼坩锅（12）内，真空泵（23）与挤压筒（4）之间的管路上设有抽真空控制阀门（22），真空泵（23）与熔炼坩锅（12）之间的管路上设有阀门（21）；气瓶（15）通过管路连接至熔炼坩锅（12）内，气瓶（15）与熔炼坩锅（12）之间的管路上设有进气阀门（16），熔炼坩锅（12）内通过管路排气阀门（14）。

2.一种采用镁基复合材料异型件真空压力浸渗连续制备的装置制备镁基复合材料异型件的方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：将欲挤压的碳纤维预制体（5）放置于挤压筒（4）中，将石墨块（3）压入挤压筒（4），石墨块同挤压筒之间为过盈配合；将镁合金锭块放置于坩锅（12）中，密封熔炼装置；

步骤2：关闭进气阀门（16）和排气阀门（14），打开阀门（21）和抽真空控制阀门（22）；以真空泵（23）对模腔及熔炼坩锅腔内抽真空，当腔内真空度达到1～10KPa时，停止抽真空；

步骤3：采用电阻加热器（11）加热2～3小时左右，使坩埚温度保持在600～850℃，使得镁合金全部熔化；同时采用硅碳棒加热器（7）加热1～2小时，使预制体及成形模温度控制在温度在400～700℃；

步骤4：关闭阀门（21）和抽真空阀门（22），将凸模（2）下压将石墨块（3）固定至设定高度，打开进气阀门（16），气体压力控制在0.3～0.6MPa，利用气压将镁合金浇注至挤压筒（4）中；

步骤5：继续通入气体，使镁合金液在气压作用下渗流入碳纤维预制体（5）中，转动顶杆（9）使通孔（9-1）与进液管（10）错开，打开放气阀门（14），关闭进气阀门（16）使多余合金回流至熔炼坩埚（12）中；硅碳棒加热器（7）断电，空冷降温，当成形模（6）温度在440～590℃时，凸模（2）下压，对挤压筒（4）内的镁基复合材料进行加压致密，消除复合材料内部未浸渗缺陷；凸模（2）下压的压力为1MPa-200MPa；

步骤6：继续降温至350-400℃时，顶杆（9）将成形模（6）顶出，获得镁基复合材料制件。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：在步骤6完成后，重复步骤1～步骤6实现连续制备。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述碳纤维预制体的体积分数为15％～50％。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述碳纤维预制体过湿法制备，或者加工整体碳毡，或者穿刺碳布叠层。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述碳纤维预制体的表面涂层为通过电化学方法制备的Ni或Cu金属涂层，或为采用化学气相沉积法制备的PyC或SiC非金属涂层。