[发明专利]镁基复合材料分体预热一次浸渗挤压成形装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种镁基复合材料成形装置，特别涉及一种镁基复合材料分体预热一次浸渗挤压成形装置。还涉及采用该装置的镁基复合材料分体预热一次浸渗挤压成形方法。

背景技术

碳纤维增强镁基复合材料是目前可应用的比强度比刚度最高的金属基复合材料，集合了碳纤维与镁合金的优点，具有密度及热膨胀系数低、热变形抗力好、阻尼性能高、尺寸稳定性好及导热性好等优点，在航空航天、电子通讯以及汽车等领域应用日益广泛。

在碳纤维增强镁基复合材料的制备方法中，液态浸渗法被认为是最理想和最成功的方法，液态金属在外界压力的作用下，渗入纤维预制体内可以实现高压快速浸渗。但是制备过程中，由于镁合金与碳纤维接触角大、浸渗困难，需要对碳纤维与制备模具进行预热，目前常见的制备方法中，预制体与模具是一体预热的，无法实现预制体与模具不同的预热温度。

参见图2。文献“专利公开号是CN101323919B的中国发明专利”公开了一种真空压力浸渗制备金属基复合材料的方法。该方法使用的设备由液压油缸1、压头2、密封塞3、真空容器4、加热体5、模具8和底座9组成，真空容器4设置在底座9上，真空容器4内设有加热体5，模具8的底端与底座9的顶端相连接，液压油缸1设置在真空容器4的上部，压头2设置在液压油缸1的下端，密封塞3为石墨材料制成，密封塞3的直径比模具8的内径大0.5～2.5mm，密封塞3上的压头2为实心金属材料或内部有冷却水管道的金属材料制成，压头2的直径比模具8的内径大0.5～10mm。所述方法由以下步骤实现：将碳纤维预制体和金属合金放入到模具内，然后对真空容器抽真空至1～10^-3Pa，并将真空容器内的温度加热至金属熔点以上5～200℃，保温10～90分钟，模具内的金属合金熔化后，启动液压油缸推动压头使密封塞进入模具内，金属液体在密封塞的压力作用下渗入预制体的孔隙内，保持压力2～60分钟，停止加热，待真空容器内温度降至室温，将模具取出利用切削方法将复合材料取出。

该技术的整个制备过程在一密闭环境中进行，可以有效避免复合材料制备过程中合金的氧化。但是由于模具与预制体在真空容器内一体预热，不能协调模具与预制体的预热温度，而且模具不可重复使用。

发明内容

为了克服现有真空压力浸渗装置制备的金属基复合材料性能差的不足，本发明提供一种镁基复合材料分体预热一次浸渗挤压成形装置。该装置包括预制体预热腔、挤压筒、挤压筒预热炉、预制体预热炉和底座；挤压筒固定在底座上，同时置于挤压筒预热炉之内；预制体预热腔固定于挤压筒之上，同时置于预制体预热炉内，预制体预热腔与挤压筒内径相等且同轴。本发明将模具与预制体分开预热，可以提高预制体预热温度，以提高液态合金在预制体内的流动性，减缓浸渗时预制体纤维之间的毛细现象以及液态合金与纤维之间的摩擦力，降低浸渗难度，保证制备质量，同时降低模具的预热温度，减少能耗节约成本，并降低模具对高温性能的要求，提高了模具的经济性和安全性；本发明整个制备过程在完全密闭的环境中进行，并且坩埚内安装了过滤网，防止碳纤维和镁合金的氧化，降低了杂质含量，提高复合材料性能；本发明可以实现自动脱模，不需要等待复合材料胚料降至室温就能取出，提高了制备效率，并且减少了碳纤维在高温下与镁合金的反应时间，能有效减缓不良界面反应发生。本发明集浸渗、挤压、近净成型于一体，浸渗挤压后可以得到近净成型的复合材料胚料，避免了复合材料加工给构件带来的性能损失，利于得到高性能的复合材料构件。

本发明还提供采用该装置的镁基复合材料分体预热一次浸渗挤压成形方法。