[发明专利]铝基复合材料熔塞真空吸铸工艺

说明书

本发明涉及一种制造铝基复合材料的熔塞真空吸铸工艺。

铝基复合材料目前是金属基复合材料中研究最多、用途最广的一种，其制造工艺多为热压扩散结合法、连续铸造法和压力铸造法。这些方法均需专门设备，工序多、操作复杂，并且效率低、成本高。真空吸铸工艺在普通金属铸造中也有一定的应用，特别是对于铜合金和铝合金。其方法是将水冷模一端插入金属液中，启动抽气系统，用负压将金属液吸入水冷模内，使金属在水冷模壁上凝固一定厚度，再释放真空，使中间未凝固的金属液流回坩埚中，于是得到管材。此类方法的不足之处是，由于吸铸口不密封，吸铸时才抽气，真空度不高，铸模不预热或不能在真空下预热，因而不适用于复合材料。另据日本昭62120448专利文献提供的《纤维增强金属基复合材料制造方法》是，预先把复合材料放入真空模内预热，吸铸口倒放入融熔金属液槽，进行加压浸渗吸铸。此方法需要施加较大的气压，因而设备较复杂。

本发明的目的是，在无需提高铸造温度，不施加大的压力和不需在纤维表面涂覆等较复杂的专门技术和设备的情况下，制造铝基复合材料。

本发明的技术解决方案是，以碳钢管为铸模，用可熔铝塞密封钢管的一端，另一端放入冷铁并与抽真空系统连接，冷铁与铝塞之间填充增强纤维，装配完成的钢管铸模经抽真空、预热后，铝塞端朝下放入熔铝坩埚中吸铸，然后经空气冷却再腐蚀掉钢管。

本发明的优点是，设备简单，工序少，吸铸时间短，操作简便，工艺参数容易控制，纤维间隙很小，纤维表面无空气附着，冷铁与钢管的间隙很小，铝液进入后很快被冻住，阻断了铝液的继续流动，做出的棒材表面光滑，直径准确。

图1为填充纤维片的钢管铸模结构图

图2为填充纤维束的钢管铸模结构图

图3为预热装置示意图

图4为坩埚炉示意图

实施例1：

以制造含化学气相沉积碳化硅纤维50%（体积）的铝合金基体的复合棒材为例。根据预制棒材50%截面积与每根纤维的截面积计算出相应的纤维根数。把胶纸带按轴向方向胶面朝上贴在一个滚筒上，然后，按每毫米5根纤维的密度缠绕上碳化硅纤维，纤维一上滚筒即被胶纸带粘住，当绕够圈数后，在胶带处沿胶带中线切开取下，构成两头有胶带固定的纤维片（3）。截取一根碳素无缝钢管（4），用砂纸、棉纱、汽油将钢管内壁清洗干净，再取一直径小于钢管（4）内径1mm的钢棒（5）作为冷铁，将一头略砸扁，塞入钢管内使端头与管口齐平，并卡在钢管（4）内。从钢管（4）另一头塞入一小团纺丝碳化硅纤维（2），直至冷铁棒（5）处，捣紧。然后将纤维片（3）卷成细卷，去掉带胶纸带的部分，慢慢塞入钢管（4）内，在另一带胶纸带的端头到达管口处时，将此部分剪掉，再用细钢棒将纤维卷（3）推入管内到底，再放入一团纺丝碳化硅纤维团（2）至纤维卷（3）处固定。最后用高10～15mm，底厚2mm，壁厚1.5～2mm的纯铝或基体铝合金帽状铝塞（1）封密，铝塞（1）的内径尺寸应与钢管（4）的外径做过盈配合，钢管（4）端口外壁清洗干净并涂上水玻璃溶液，压上铝塞（1），干燥。另一端口用厚壁塑料管（6）连接在抽真空系统上，对钢管铸模（19）抽真空，吸铸前纤维在3～10Pa的真空下在预热炉（13）中预热15～30分钟，温度达到700～850℃，与坩埚温度相同时，迅速从预热炉（13）中取出，铝塞端朝下放入熔化炉（14）中的熔铝坩埚炉（15）中，保持10～20秒钟，此时铝塞（1）在坩埚内熔化，铝液被吸入钢管，由于冷铁（5）的放入，铝液不会溢出被吸入真空管道。然后取出铸模管在空气下冷却，再将纤维部位锯下，放入浓度为1∶1的浓硝酸液中腐蚀掉钢管模，铝基复合棒材完成。

实施例2：

使用柔性较好的束状细纤维（一般应经表面处理，以增加浸润性）作为增强体，则将细纤维束（7）绕在周长略大于1倍所制造复合棒材长度的圆筒上，剪断后，用一细铁丝（8）拉入钢管（10）中，再将铁丝（8）的端头焊在钢管（10）口的内壁上，然后从另一端装入一根冷铁（11），另一端用纯铝或基体铝合金（尺寸同实施例1）加工的铝塞（9）封密钢管（10），余下步骤同实施例1。

本发明可将多根装配好的钢管铸模固定在一起，汇入一根总抽气管组成组合件，一次完成多根铝基复合棒材的制做。

图中（16）、（17）、（18）为热电偶。