【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于復合材料成形，具體涉及利用熱模擬試驗機快速制備鋁基復合材料試樣的方法。
技術介紹
1、在鋁基復合材料常用的制備方法中，粉末冶金工藝制備復合材料不僅可以避免材料成分偏析，可以解決增強體分散問題，因此能提高加入增強相的含量，而且能夠細化組織，改善組織形態及分布特征，獲得其他復合材料制備方法不具備的優勢，因此粉末冶金法已成為制備高性能鋁鋁基復合材料的主要方法之一。
2、粉末冶金法常用的熱壓燒結工藝制備試樣在真空熱壓燒結爐中進行，根據設備差異一般熱壓燒結之前抽真空時間在15～60min，鋁基復合材料在460℃～560℃燒結后通過循環水持續對爐腔進行間接冷卻，降溫時間長甚至需要6～8小時，鋁基復合材料試樣時間長、制備效率低，大大影響材料試驗、開發的進程。此外熱壓燒結爐測溫熱電偶大都設置于爐壁處，爐腔越大溫度均勻性難控制；加之不同熱壓燒結模具結構和性質不同（如石墨模具和鋼質模具），造成試樣實際燒結溫度差異大、熱壓燒結工藝不易精確控制。為解決粉末冶金法制備鋁基復合材料使用真空熱壓燒結爐時熱壓燒結工藝總體時間長、熱壓燒結設備要求高、熱壓燒結效率低、試樣燒結工藝溫度難精確控制的問題，利用具備快速抽真空、加熱、加壓的試驗設備快速實現粉末冶金法熱壓燒結試樣的制備，具有重要的意義。
技術實現思路
1、本專利技術的目的是提出利用熱模擬試驗機快速制備鋁基復合材料試樣的方法，解決了現有技術中使用熱壓燒結爐制備試樣存在試驗周期長、制備效率低、工藝溫度難精確控制的問題。
2、本
3、本專利技術的特點還在于，
4、熱模擬試驗機的試驗艙，包括熱模擬試驗機試驗艙體，熱模擬試驗機試驗艙體內部墊塊，墊塊的上表面中心處設置有弧形槽；還包括熱壓燒結模具，熱壓燒結模具位于弧形槽內，熱壓燒結模具內部設置有兩個頂桿，兩個頂桿的一端置于熱壓燒結模具內，且該端分別與兩個溫熱電偶一端連接，兩個頂桿的另一端置于熱壓燒結模具外，頂桿能在熱壓燒結模具內進行滑動，兩個溫熱電偶與熱模擬試驗機接線柱電性連接；熱模擬試驗機試驗艙體兩側內壁還設置有熱模擬試驗機壓頭，兩個熱模擬試驗機壓頭的端部靠近頂桿，熱模擬試驗機試驗艙體內壁上還設置有充氣口和抽真空通道。
5、頂桿的滑動面設置有與測溫熱電偶直徑大小相等的凹槽。
6、混合粉末冷壓坯的形成過程，具體為：將鋁粉和增強相混合均勻后裝入熱壓燒結模具中，通過兩個頂桿上的凹槽將測溫熱電偶一端置于頂桿和混合粉末接觸面，進行冷壓致密化，形成混合粉末冷壓坯。
7、將粉末冷壓坯置于熱模擬試驗機中進行熱壓燒結的過程，具體為：將粉末冷壓坯連同熱壓燒結模具裝入熱模擬試驗機試驗艙體內的墊塊上，驅動熱模擬試驗機壓頭和頂桿接觸，并保證熱模擬試驗機壓頭與熱壓燒結模具同軸，通過抽真空通道或充氣口填充惰性氣體將熱模擬試驗機試驗艙體進行重復抽真空，并啟動熱模擬試驗機，進行熱壓燒結。
8、重復抽真空后最終保證熱模擬試驗機試驗艙的真空度為2～20pa惰性氣體的充填氣體壓力為0.01～0.05mpa。
9、熱壓燒結結束后，降溫降壓過程為：
10、熱模擬試驗機壓頭在冷卻介質作用下開始連同頂桿、試樣一同降溫至100℃以下；將熱模擬試驗機壓頭后退1-3mm，打開熱模擬試驗機試驗艙體上的抽真空通道或充氣口，放氣/充氣到常壓，打開試驗艙門后將熱壓燒結模具的取出，冷卻至室溫。
11、本專利技術的有益效果是：
12、（1）利用本專利技術的熱模擬試驗機的試驗艙進行復合材料試樣熱壓燒結試驗，不需要添加其他配件，試驗艙的體積比較小，抽真空或者充氣時間比熱壓燒結爐短，試驗成本低；
13、（2）熱模擬試驗機上試樣采用電阻直接加熱，最高不超過
14、800℃/s的速率加熱試樣或保持±1℃以內的穩定平衡溫度，較熱壓燒結爐熱輻射式加熱方式提高材料整體的熱通量，試樣溫度控制精度和溫度穩定性更高，試樣加熱效率提升50倍以上。
15、（3）相比現有熱壓燒結技術，本專利技術的方法操作簡單，試樣直接電阻加熱效率高，同時最大軸向可控冷卻速率可達到400℃/s，省去了循環水冷卻試驗艙降溫環節，熱壓燒結試樣制備效率提高2倍以上。
16、（4）相比現有熱壓燒結技術，本專利技術的方法中，測溫熱電偶不需要焊接到試樣上，冷壓階段直接裝入模具內，解決了中高體積分數增強相的鋁基復合材料試樣不易與測溫熱電偶焊接連接的問題。
17、（5）相比現有熱壓燒結技術，采用熱模擬試驗機進行鋁合金、鋁基復合材料試樣制備，拓展了可進行熱壓燒結設備的范圍，試樣制備效率提高的同時能解決普通熱壓燒結前序準備時間和升溫長、后續降溫時間長等輔助工序耗時、低效的問題，工藝方法簡單有效，可操作性強，具有較廣泛的推廣應用前景。
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1.利用熱模擬試驗機快速制備鋁基復合材料試樣的方法，其特征在于，具體為：將鋁粉和增強相混合均勻后，進行冷壓致密化，形成混合粉末冷壓坯；將粉末冷壓坯置于熱模擬試驗機中進行熱壓燒結，熱壓燒結結束后進行降溫降壓，最終得到鋁基復合材料試樣。
2.如權利要求1所述的利用熱模擬試驗機快速制備鋁基復合材料試樣的方法，其特征在于，所述熱模擬試驗機的試驗艙，包括熱模擬試驗機試驗艙體（4），熱模擬試驗機試驗艙體（4）內部墊塊（5），所述墊塊（5）的上表面中心處設置有弧形槽；還包括熱壓燒結模具（1），所述熱壓燒結模具（1）位于弧形槽內，所述熱壓燒結模具（1）內部設置有兩個頂桿（3），兩個所述頂桿（3）的一端置于熱壓燒結模具（1）內，且該端分別與兩個溫熱電偶（2）一端連接，兩個所述頂桿（3）的另一端置于熱壓燒結模具（1）外，所述頂桿（3）能在熱壓燒結模具（1）內進行滑動，兩個所述溫熱電偶（2）與熱模擬試驗機接線柱（6）電性連接；所述熱模擬試驗機試驗艙體（4）兩側內壁還設置有熱模擬試驗機壓頭（9），兩個所述熱模擬試驗機壓頭（9）的端部靠近頂桿（3），所述熱模擬試驗機試驗艙體（4）內壁上還設置有
3.如權利要求2所述的利用熱模擬試驗機快速制備鋁基復合材料試樣的方法，其特征在于，所述頂桿（3）的滑動面設置有與測溫熱電偶（2）直徑大小相等的凹槽。
4.如權利要求2所述的利用熱模擬試驗機快速制備鋁基復合材料試樣的方法，其特征在于，所述混合粉末冷壓坯的形成過程，具體為：將鋁粉和增強相混合均勻后裝入熱壓燒結模具（1）中，通過兩個頂桿（3）上的凹槽將測溫熱電偶（2）一端置于頂桿（3）和混合粉末接觸面，進行冷壓致密化，形成混合粉末冷壓坯。
5.如權利要求4所述的利用熱模擬試驗機快速制備鋁基復合材料試樣的方法，其特征在于，所述將粉末冷壓坯置于熱模擬試驗機中進行熱壓燒結的過程，具體為：將粉末冷壓坯連同熱壓燒結模具（1）裝入熱模擬試驗機試驗艙體（4）內的墊塊（5）上，驅動熱模擬試驗機壓頭（9）和頂桿（3）接觸，并保證熱模擬試驗機壓頭（9）與熱壓燒結模具（1）同軸，通過抽真空通道（7）或充氣口（8）填充惰性氣體將熱模擬試驗機試驗艙體（4）進行重復抽真空，并啟動熱模擬試驗機，進行熱壓燒結。
6.如權利要求5所述的利用熱模擬試驗機快速制備鋁基復合材料試樣的方法，其特征在于，重復抽真空后最終保證熱模擬試驗機試驗艙體（4）的真空度為2～20Pa惰性氣體的充填氣體壓力為0.01～0.05MPa。
7.如權利要求5所述的利用熱模擬試驗機快速制備鋁基復合材料試樣的方法，其特征在于，熱壓燒結結束后，降溫降壓過程為：
8.如權利要求7所述的利用熱模擬試驗機快速制備鋁基復合材料試樣的方法，其特征在于，降溫速度為50～100℃/min。
...【技術特征摘要】
1.利用熱模擬試驗機快速制備鋁基復合材料試樣的方法，其特征在于，具體為：將鋁粉和增強相混合均勻后，進行冷壓致密化，形成混合粉末冷壓坯；將粉末冷壓坯置于熱模擬試驗機中進行熱壓燒結，熱壓燒結結束后進行降溫降壓，最終得到鋁基復合材料試樣。
2.如權利要求1所述的利用熱模擬試驗機快速制備鋁基復合材料試樣的方法，其特征在于，所述熱模擬試驗機的試驗艙，包括熱模擬試驗機試驗艙體（4），熱模擬試驗機試驗艙體（4）內部墊塊（5），所述墊塊（5）的上表面中心處設置有弧形槽；還包括熱壓燒結模具（1），所述熱壓燒結模具（1）位于弧形槽內，所述熱壓燒結模具（1）內部設置有兩個頂桿（3），兩個所述頂桿（3）的一端置于熱壓燒結模具（1）內，且該端分別與兩個溫熱電偶（2）一端連接，兩個所述頂桿（3）的另一端置于熱壓燒結模具（1）外，所述頂桿（3）能在熱壓燒結模具（1）內進行滑動，兩個所述溫熱電偶（2）與熱模擬試驗機接線柱（6）電性連接；所述熱模擬試驗機試驗艙體（4）兩側內壁還設置有熱模擬試驗機壓頭（9），兩個所述熱模擬試驗機壓頭（9）的端部靠近頂桿（3），所述熱模擬試驗機試驗艙體（4）內壁上還設置有充氣口（8）和抽真空通道（7）。
3.如權利要求2所述的利用熱模擬試驗機快速制備鋁基復合材料試樣的方法，其特征在于，所述頂桿（3）的滑動面設置有與測溫熱電偶（2）直徑大小相等的凹槽。
4.如權利...
【專利技術屬性】
技術研發人員：王成輝，余申衛，王惠梅，
申請(專利權)人：中國船舶集團有限公司第十二研究所，
類型：發明
國別省市：
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