[发明专利]镁基复合材料成形装置及利用该装置成形镁基复合材料的方法

权利要求书

1.一种镁基复合材料成形装置，其特征在于：包括熔炼浇注系统、真空气压浸渗系统和挤压浸渗成形系统三部分；熔炼浇注系统包括第一加热炉（9）、环形坩埚（10）、熔炼腔上盖（7）、第一螺栓组（8）、坩埚外套（20）、短流道（21）、截止阀（22）、A气阀（2）、B气阀（3）、气管（4）、真空表（6）、真空泵（1）和Ar气瓶（26）；坩埚外套（20）是环筒形结构，坩埚（10）置于环筒内，第一加热炉（9）置于环筒外壁，熔炼腔上盖（7）覆于坩埚外套（20）上，通过第一螺栓组（8）连接，从而形成一密闭的熔炼腔（18），气管（4）通过两条支路分别与真空泵（1）和Ar气瓶（26）连接，真空表（6）固定于熔炼腔上盖（7）上，位于气管（4）两条支路上的气阀A（2）和气阀B（3）分别控制真空泵（1）和Ar气瓶（26）与熔炼腔（18）的联通状态；真空气压浸渗系统包括B气阀（3）、气管（4）、通气孔（19）和Ar气瓶（26）；Ar气瓶（26）提供的气压通过气管（4）、熔炼腔（18）、通气孔（19）进入挤压筒，对浇注到挤压筒内的合金液（11）施加气压，使其在气压下渗入预制体（24）；挤压浸渗成形系统包括凸模（5）、第三螺栓组（23）、第二螺栓组（17）、第二加热炉（14）、底板（25）和挤压筒（15）；第二加热炉（14）环绕挤压筒（15）放置，凸模（5）伸入挤压筒（15）下行提供挤压力，挤压筒（15）底部通过第二螺栓组（17）固定在底板（25）上，用于固定镁基复合材料成形装置，挤压筒（15）顶部采用凸模（5）密封；坩埚外套（20）和挤压筒（15）上分别设置第一热电偶孔（12）和第二热电偶孔（16），用于放置热电偶监测合金液（11）熔炼温度和预制体（24）的预热温度。

2.一种利用权利要求1所述镁基复合材料成形装置成形镁基复合材料的方法，其特征在于包括以下步骤：

（a）将欲浸渗的预制体放置于挤压筒（15）内，利用第二螺栓组（17）将挤压筒（15）与底板（25）连接；将坩埚外套（20）置于挤压筒（15）上，并通过第三螺栓组（23）将坩埚外套（20）与挤压筒（15）连接为一体，坩埚外套（20）与挤压筒（15）之间放置隔热环13；将固体镁合金放入熔炼腔（18）内，盖上熔炼腔上盖（7），通过第一螺栓组（8）将熔炼腔上盖（7）与坩埚外套（20）紧固，密封熔炼浇注系统，将气管（4）由熔炼腔上盖（7）接出，一端与真空泵（1）连接，另一端与Ar气瓶（26）连接，在与真空泵连接的支路上安装A气阀（2），在与氩气瓶连接的支路上安装B气阀（3）；而后凸模（5）下行进入挤压筒（15）内，将挤压筒密封；检查截止阀（22）处于关闭状态；

（b）关闭B气阀（3），打开A气阀（2），启动真空泵（1），对挤压筒（15）和熔炼腔（18）抽真空，当真空表（6）的真空度达到10kPa～20kPa时，保持60～100s以检验装置的气密性，压降低于10％时符合气密性要求，关闭真空泵（1）；否则检验漏气源，重复步骤（a）、（b）再进行连接；

（c）关闭A气阀（2），打开B气阀（3），持续通入惰性保护气Ar气，气体压力为0.1MPa～0.2MPa，使后续步骤中镁合金能在Ar气保护气体环境下熔化；

（d）利用第一加热炉（9）对环形坩埚（10）进行加热，使镁合金熔化，利用第二加热炉（14）对挤压筒（15）内的预制体（24）进行预热，当环形坩埚（10）内的温度达到750℃～800℃，挤压筒（15）内的温度达到300℃～400℃时，断开电源，停止加热；

（e）关闭B气阀（3），开启A气阀（2），启动真空泵（1），对环形坩埚（10）和挤压筒（15）抽真空，使真空度达到10kPa～20kPa；

（f）打开旋转截止阀（22），此时短流道（21）与挤压筒（15）连通，镁合金在自身重力作用下通过短流道（21）注入挤压筒（15），关闭截止阀（22），关闭A气阀（2）；

（g）打开B气阀（3），通入0.5MPa～0.6MPaAr气，Ar气通过通气孔（19）进入挤压筒（15），作用于合金液（11）的液面上，实现气压浸渗，Ar气保压时间为10～20s；

（h）凸模（5）下行接触到合金液（11）并对其施加挤压力，继续下行增大挤压力，实现合金液固高压浸渗以及成形复合材料的致密化，此阶段压力为50MPa～100MPa，保压时间60～100s；

（i）先后取下第一加热炉（9）和第二加热炉（14），将镁基复合材料成形装置在空气中冷却；

（j）冷却后拆卸第二螺栓组（17）和第三螺栓组（23），将挤压筒（15）取下置于压机上，将复合材料顶出，得到镁基复合材料。