[发明专利]一种翻转式真空压力近净成型镁基复合材料的装置及方法

说明书

本发明公开了一种翻转式真空压力近净成型镁基复合材料的装置及方法,属于镁基复合材料气压浸渗成形技术领域。该装置将预制体通过预制体支架固定在上坩埚内，并在下坩埚内装入镁合金，利用加热体对外坩埚进行加热，使镁合金在Ar气保护气氛中熔化；加热过程中熔融合金液与预制体分离，可避免两者发生界面反应生成脆性相。金属熔化后，转动炉体使其倒置，并通过气体管路向外坩埚内加压，浸渗完成后正置炉体，使多余镁合金流回下坩埚。该装置体积小、操作简便，能实现复杂件的近净成型。由于采用气体加压，制备复合材料的形状不再受到限制；熔炼、浸渗、复合材料脱模在密闭环境下进行，可避免镁合金在整个成形过程中的氧化现象。

技术领域

本发明涉及镁基复合材料气压浸渗成形技术领域，具体地说，涉及一种翻转式真空压力近净成型镁基复合材料的装置及方法。

背景技术

镁基复合材料因其密度低，比强度、比刚度高，热膨胀系数低，尺寸稳定性好以及阻尼减震性能优越的特点，成为航空、航天、汽车及电子工业等领域最具发展前景的高性能材料之一。

目前制备镁基复合材料的方法有很多，主要有原位法、喷射沉积法、粉末冶金法、液态浸渗法、搅拌铸造法等，其中液态浸渗法是制备镁基复合材料最为理想和成功的方法之一，具体包括无压浸渗、真空浸渗、真空压力浸渗以及挤压浸渗等。由于镁合金对氧有很高的化学亲和力，特别是在熔融状态下其活性更强，需要在保护气氛下进行熔炼和浇注，以避免出现燃烧、爆炸的危险，因此在装置设计方面需要进行特殊考虑。

参见图3，在发明专利CN 101323919A“一种真空压力浸渗制备金属基复合材料的方法”中,公开了该方法制备金属基复合材料的具体过程：首先将欲浸渗的预制体和金属合金放置模具内，然后对真空容器抽真空，使真空容器内的真空度达到1Pa～10^-3Pa，利用加热体加热真空容器至金属合金熔点以上5℃～200℃，并保温10～90分钟，待模具内的合金完全熔化后，启动液压油缸推动压头使密封塞进入模具内，模具内的压强为0.1MPa～200MPa，熔融合金液在压力作用下渗入预制体的孔隙内，之后再保压20～60分钟，停止加热，装置冷却至室温后取出模具，利用车削加工方法将模具去除取出其内的复合材料。该方法实现了合金熔炼与复合材料挤压成形集成于一体，制备装置具有成本低、加压方便、安全性高的特点，但其不足：一是金属熔炼与预制体预热同步进行，高温下金属液与预制体接触时间长，易发生界面反应生成脆性相影响复合材料性能的提高；二是复合材料难于取出，需通过车削方式去除模具，造成模具的不可重复使用；三是必须对镁合金的量进行精确计算，多余合金需通过切削方式去除，难以实现近净成型；四是该方法只能制备形状简单的圆柱形复合材料，复合材料的形状受到限制。

发明内容

为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种翻转式真空压力近净成型镁基复合材料的装置及方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种翻转式真空压力近净成型镁基复合材料的装置，其特征在于包括真空泵、真空表、Ar气瓶、A气阀、B气阀、压力表、气体管路、管路接口，加热控制器、加热体、热电偶、上坩埚、下坩埚、预制体、预制体支架、外坩埚盖、外坩埚、炉体、坩埚紧固螺栓、石墨密封圈、紧固螺栓、螺栓、坩埚安装支架、翻转支架、分度盘、定位销、翻转轴、压紧弹簧、翻转手柄、起销杆，所述真空泵与Ar气瓶通过气体管路和管路接口连接在外坩埚上部的外坩埚盖上，真空泵与外坩埚盖之间的气体管路上安装有真空表、B气阀、压力表,Ar气瓶与气体管路上装有A气阀；

所述上坩埚与所述下坩埚扣合通过坩埚安装支架固定在外坩埚内，坩埚安装支架的底部设置有坩埚紧固螺栓，外坩埚嵌套在U形炉体内，外坩埚与炉体通过螺栓固连，炉体通过两侧固连的翻转轴安装在翻转支架上,炉体壁内嵌绕加热体，加热体和热电偶与加热控制器相连接，坩埚安装支架与外坩埚盖固连，外坩埚盖位于外坩埚上部通过紧固螺栓固连，且外坩埚盖与外坩埚之间加装石墨密封圈，预制体通过预制体支架固定在上坩埚内，并在下坩埚内装入镁合金，下坩埚侧壁上开有气孔；