專利名稱：鋁基復(fù)合材料熔塞真空吸鑄工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造鋁基復(fù)合材料的熔塞真空吸鑄工藝。
鋁基復(fù)合材料目前是金屬基復(fù)合材料中研究最多、用途最廣的一種，其制造工藝多為熱壓擴(kuò)散結(jié)合法、連續(xù)鑄造法和壓力鑄造法。這些方法均需專門設(shè)備，工序多、操作復(fù)雜，并且效率低、成本高。真空吸鑄工藝在普通金屬鑄造中也有一定的應(yīng)用，特別是對(duì)于銅合金和鋁合金。其方法是將水冷模一端插入金屬液中，啟動(dòng)抽氣系統(tǒng)，用負(fù)壓將金屬液吸入水冷模內(nèi)，使金屬在水冷模壁上凝固一定厚度，再釋放真空，使中間未凝固的金屬液流回坩堝中，于是得到管材。此類方法的不足之處是，由于吸鑄口不密封，吸鑄時(shí)才抽氣，真空度不高，鑄模不預(yù)熱或不能在真空下預(yù)熱，因而不適用于復(fù)合材料。另據(jù)日本昭62120448專利文獻(xiàn)提供的《纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料制造方法》是，預(yù)先把復(fù)合材料放入真空模內(nèi)預(yù)熱，吸鑄口倒放入融熔金屬液槽，進(jìn)行加壓浸滲吸鑄。此方法需要施加較大的氣壓，因而設(shè)備較復(fù)雜。
本發(fā)明的目的是，在無需提高鑄造溫度，不施加大的壓力和不需在纖維表面涂覆等較復(fù)雜的專門技術(shù)和設(shè)備的情況下，制造鋁基復(fù)合材料。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，以碳鋼管為鑄模，用可熔鋁塞密封鋼管的一端，另一端放入冷鐵并與抽真空系統(tǒng)連接，冷鐵與鋁塞之間填充增強(qiáng)纖維，裝配完成的鋼管鑄模經(jīng)抽真空、預(yù)熱后，鋁塞端朝下放入熔鋁坩堝中吸鑄，然后經(jīng)空氣冷卻再腐蝕掉鋼管。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，設(shè)備簡(jiǎn)單，工序少，吸鑄時(shí)間短，操作簡(jiǎn)便，工藝參數(shù)容易控制，纖維間隙很小，纖維表面無空氣附著，冷鐵與鋼管的間隙很小，鋁液進(jìn)入后很快被凍住，阻斷了鋁液的繼續(xù)流動(dòng)，做出的棒材表面光滑，直徑準(zhǔn)確。


圖1為填充纖維片的鋼管鑄模結(jié)構(gòu)2為填充纖維束的鋼管鑄模結(jié)構(gòu)3為預(yù)熱裝置示意4為坩堝爐示意圖實(shí)施例1以制造含化學(xué)氣相沉積碳化硅纖維50%(體積)的鋁合金基體的復(fù)合棒材為例。根據(jù)預(yù)制棒材50%截面積與每根纖維的截面積計(jì)算出相應(yīng)的纖維根數(shù)。把膠紙帶按軸向方向膠面朝上貼在一個(gè)滾筒上，然后，按每毫米5根纖維的密度纏繞上碳化硅纖維，纖維一上滾筒即被膠紙帶粘住，當(dāng)繞夠圈數(shù)后，在膠帶處沿膠帶中線切開取下，構(gòu)成兩頭有膠帶固定的纖維片(3)。截取一根碳素?zé)o縫鋼管(4)，用砂紙、棉紗、汽油將鋼管內(nèi)壁清洗干凈，再取一直徑小于鋼管(4)內(nèi)徑1mm的鋼棒(5)作為冷鐵，將一頭略砸扁，塞入鋼管內(nèi)使端頭與管口齊平，并卡在鋼管(4)內(nèi)。從鋼管(4)另一頭塞入一小團(tuán)紡絲碳化硅纖維(2)，直至冷鐵棒(5)處，搗緊。然后將纖維片(3)卷成細(xì)卷，去掉帶膠紙帶的部分，慢慢塞入鋼管(4)內(nèi)，在另一帶膠紙帶的端頭到達(dá)管口處時(shí)，將此部分剪掉，再用細(xì)鋼棒將纖維卷(3)推入管內(nèi)到底，再放入一團(tuán)紡絲碳化硅纖維團(tuán)(2)至纖維卷(3)處固定。最后用高10～15mm，底厚2mm，壁厚1.5～2mm的純鋁或基體鋁合金帽狀鋁塞(1)封密，鋁塞(1)的內(nèi)徑尺寸應(yīng)與鋼管(4)的外徑做過盈配合，鋼管(4)端口外壁清洗干凈并涂上水玻璃溶液，壓上鋁塞(1)，干燥。另一端口用厚壁塑料管(C)連接在抽真空系統(tǒng)上，對(duì)鋼管鑄模(19)抽真空，吸鑄前纖維在3～10Pa的真空下在預(yù)熱爐(13)中預(yù)熱15～30分鐘，溫度達(dá)到700～850℃，與坩堝溫度相同時(shí)，迅速從預(yù)熱爐(13)中取出，鋁塞端朝下放入熔化爐(14)中的熔鋁坩堝爐(15)中，保持10～20秒鐘，此時(shí)鋁塞(1)在坩堝內(nèi)熔化，鋁液被吸入鋼管，由于冷鐵(5)的放入，鋁液不會(huì)溢出被吸入真空管道。然后取出鑄模管在空氣下冷卻，再將纖維部位鋸下，放入濃度為1∶1的濃硝酸液中腐蝕掉鋼管模，鋁基復(fù)合棒材完成。
實(shí)施例2使用柔性較好的束狀細(xì)纖維(一般應(yīng)經(jīng)表面處理，以增加浸潤性)作為增強(qiáng)體，則將細(xì)纖維束(7)繞在周長略大于1倍所制造復(fù)合棒材長度的圓筒上，剪斷后，用一細(xì)鐵絲(8)拉入鋼管(10)中，再將鐵絲(8)的端頭焊在鋼管(10)口的內(nèi)壁上，然后從另一端裝入一根冷鐵(11)，另一端用純鋁或基體鋁合金(尺寸同實(shí)施例1)加工的鋁塞(9)封密鋼管(10)，余下步驟同實(shí)施例1。
本發(fā)明可將多根裝配好的鋼管鑄模固定在一起，匯入一根總抽氣管組成組合件，一次完成多根鋁基復(fù)合棒材的制做。
圖中(16)、(17)、(18)為熱電偶。
權(quán)利要求
1.一種鋁基復(fù)合材料熔塞真空吸鑄工藝，其特征在于，以碳鋼管為鑄模，用可熔鋁塞密封鋼管的一端，另一端放入冷鐵并與抽真空系統(tǒng)連接，冷鐵與鋁塞之間填充增強(qiáng)纖維，裝配完成的鋼管鑄模經(jīng)抽真空、預(yù)熱后，鋁塞端朝下放入熔鋁坩堝中吸鑄，然后經(jīng)空氣冷卻再腐蝕掉鋼管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁基復(fù)合材料熔塞真空吸鑄工藝，其特征在于，帽狀鋁塞用純鋁或基體鋁合金制造，高10～15mm，底厚2mm，壁厚1.5～2mm，鋁塞的內(nèi)徑與鋼管模的外徑做過盈配合，壓鋁塞前在接觸面涂以水玻璃溶液。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁基復(fù)合材料熔塞真空吸鑄工藝，其特征在于，鋼管鑄模抽真空到3～10Pa，預(yù)熱15～30分鐘，溫度達(dá)到700～850℃。即刻放入熔鋁坩堝爐。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁基復(fù)合材料熔塞真空吸鑄工藝，其特征在于，鋼管鑄模在溶鋁坩堝中吸鑄保持10～20秒鐘取出空冷，用濃度為1∶1的濃硝酸溶液腐蝕掉鋼管模。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁基復(fù)合材料熔塞真空吸鑄工藝，其特征在于，冷鐵直徑小于鋼管內(nèi)徑1mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制造鋁基復(fù)合材料的熔塞法真空吸鑄工藝。它是以一個(gè)碳鋼管做為鑄模，其中填充增強(qiáng)纖維材料，碳鋼管的一端用基體鋁材做成的鋁塞封密，另一端放入一根冷鐵棒并與抽真空系統(tǒng)連接。組裝完成鑄模管后，將鑄模管放入預(yù)熱爐預(yù)熱，抽真空，待溫度、真空度達(dá)到預(yù)定要求后，立刻取出鑄模管放入熔鋁坩堝中吸鑄。最后取出吸鑄完成的鑄模管在空氣中冷卻，鋸下含纖維部位，用硝酸腐蝕掉鋼管，即可得到表面光滑、直徑準(zhǔn)確的復(fù)合棒材。
文檔編號(hào)B22D18/06GK1071870SQ9211217
公開日1993年5月12日 申請(qǐng)日期1992年10月21日 優(yōu)先權(quán)日1992年10月21日
發(fā)明者于琨 申請(qǐng)人:航空航天工業(yè)部第六二一研究所