Near net forming method and device of the invention discloses a liquid continuous carbon fiber reinforced aluminum matrix composites (i.e.: vacuum assisted pressure extraction method and device, the method includes casting infiltration) alloy melting and fiber preheating, vacuum pressure infiltration, solidification under high pressure and fast cooling device is composed of four processes, alloy melting device, vacuum assisted pressure infiltration device and casting rapid cooling device. The invention is characterized by: (1) the preheating temperature control hypoxia nickel plated carbon fiber; (2) a low pressure aluminum matrix composite infiltration and solidification under high pressure preparation; (3) the cooling rate of solidification composite castings in control. The invention solves the problem of the oxidation burning loss of the carbon fiber during preheating, the preform deformation during the infiltration and the interface reaction when the composite is solidified. The invention can realize the liquid near net forming of the continuous carbon fiber reinforced aluminum matrix composite, and the prepared composite material has the advantages of compact structure, little interfacial reaction and high mechanical performance.
【技术实现步骤摘要】
一种连续碳纤维增强铝基复材的液态近净成形方法及装置
本专利技术属于高性能金属基复合材料液态近净成形领域,具体是涉及一种连续碳纤维增强铝基复材的液态近净成形方法及装置。
技术介绍
碳纤维连续增强铝基复合材料具有优异的力学和物理性能,在航空航天和先进武器等高新技术工程领域具有广泛的应用前景,目前该复合材料主要的制备方法有:固态高温扩散连接法、挤压铸造法、真空吸铸法和真空压力浸渗法。其中,高温扩散连接法具有对纤维损伤小、复合材料可设计性强等优点,缺点是:工艺过程复杂、生产成本高;挤压铸造法具有复合压力高、液态浸渗完整、可消除孔隙及缩孔等缺陷、提高复合材料力学性能等优点,但缺点在于:铸件形状受到限制,难以实现近净成形,高压力下易使预制体受损开裂而产生铸造缺陷;真空吸铸法可降低复合材料中气泡、夹杂等铸造缺陷的产生,真空环境还可避免铝液和纤维氧化,但缺点在于:纤维与铝液的润湿性差,高温铝液易与纤维之间发生严重的界面反应而损伤复合材料性能。真空压力浸渗法的优势在于:制备工艺简单,可以制备形状复杂的复合材料零件,实现复合材料的近净成型,但其缺点是:浸渗温度较高,易导致基体合金与碳纤维反应,需对碳纤维进行表面改性以提高其与铝熔液的浸润性和控制界面反应。以上制备方法各有特点,一般而言,对于连续纤维增强铝基复合材料的制备,真空压力浸渗法具有制备工艺简单、压力容易控制、不易引起预制体的变形和破坏、可实现近净成型等优点,因此适合于制造性能要求高的复杂精密零件。为了解决真空压力浸渗中碳纤维与铝熔液的低浸润性和控制二者之间的界面反应问题,一般需对碳纤维进行表面改性处理,表面镀 ...
【技术保护点】
一种连续碳纤维增强铝基复材的液态近净成形方法,其特征在于:步骤如下:A、按照纤维体积分数35%?55%的要求,制备连续碳纤维预制体,定量切取铝合金锭得到基体铝合金,将碳纤维预制体和基体铝合金分别装入铸型中和坩埚中,将整个装置连接密封后进行气密性检查;B、纤维预热与合金熔炼:打开坩埚加热器和铸型加热器同时进行铝合金熔炼和碳纤维预热,开启真空泵阀门和铸型阀门,同时对坩埚和铸型抽真空并保持二者的气压平衡,当坩埚气管压力表和铸型气管压力表的真空度达到5?10Pa后停止抽真空,关闭真空泵阀门,开启氩气阀门向坩埚和铸型中通入高纯度的氩气,坩埚气管压力表和铸型气管压力表的氩气压力达到20?30KPa后,关闭氩气阀门并保持压力10?20分钟;开启真空泵阀门抽真空至真空度5?10Pa,然后关闭真空泵阀门,打开氩气阀门通入氩气并保压,到20?30KPa后,关闭氩气阀门并保持压力10?20分钟,重复以上步骤,通过抽真空和通氩气的交替进行,实现低氧气氛下的合金熔炼和纤维预热,直至合金熔炼和纤维预热结束,通过坩埚热电偶控制铝合金的熔炼温度650?800℃,通过铸型热电偶控制碳纤维的预热温度400?650℃;C、 ...
【技术特征摘要】
1.一种连续碳纤维增强铝基复材的液态近净成形方法,其特征在于:步骤如下: A、按照纤维体积分数35%-55%的要求,制备连续碳纤维预制体,定量切取铝合金锭得到基体铝合金,将碳纤维预制体和基体铝合金分别装入铸型中和坩埚中,将整个装置连接密封后进行气密性检查; B、纤维预热与合金熔炼:打开坩埚加热器和铸型加热器同时进行铝合金熔炼和碳纤维预热,开启真空泵阀门和铸型阀门,同时对坩埚和铸型抽真空并保持二者的气压平衡,当坩埚气管压力表和铸型气管压力表的真空度达到5-10Pa后停止抽真空,关闭真空泵阀门,开启氩气阀门向坩埚和铸型中通入高纯度的氩气,坩埚气管压力表和铸型气管压力表的氩气压力达到20-30KPa后,关闭氩气阀门并保持压力10-20分钟;开启真空泵阀门抽真空至真空度5-10Pa,然后关闭真空泵阀门,打开氩气阀门通入氩气并保压,到20-30KPa后,关闭氩气阀门并保持压力10-20分钟,重复以上步骤,通过抽真空和通氩气的交替进行,实现低氧气氛下的合金熔炼和纤维预热,直至合金熔炼和纤维预热结束,通过坩埚热电偶控制铝合金的熔炼温度650-800°C,通过铸型热电偶控制碳纤维的预热温度400-650°C ; C、真空辅助气压浸渗:铝合金加热至液相线温度以上50-10(TC,碳纤维预制体加热至400-650°C,二者均保温I小时后,关闭坩埚加热器和铸型加热器,关闭氩气阀门,打开真空泵阀门,同时对坩锅和铸型抽真空,保持二者相同的环境真空度,坩埚气管压力表和铸型气管压力表的真空度至5-10Pa,关闭真空泵阀门和铸型阀门;开启氩气阀门,对坩埚内的铝熔体液面通入压力为200-500KPa的氩气,在坩埚和铸型的压差作用下,使高温铝液以可控的压力渗透到铸型内的碳纤维预制体中并填充碳纤维的空隙,实现铝合金与碳纤维的复合,完成复合材料的真空辅助低压浸渗; D、高压凝固成形:通过若干个嵌入铸型壁内...
【专利技术属性】
技术研发人员:王振军,余欢,徐志锋,蔡长春,卢百平,严青松,熊博文,
申请(专利权)人:南昌航空大学,
类型:发明
国别省市:
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