高压气体辅助熔渗制备金属基复合材料的装置及方法

摘要

本发明为一种高压气体辅助熔渗制备金属基复合材料的装置及方法，该装置由四大功能系统，即真空系统、配气系统、增压充气系统和制备系统相互连接组成；采用此装置的制备方法是应用高压气体提供压力，驱动熔融基体金属液体有效填充第二相或预制体孔隙，冷却后获得复合材料。本发明可以显著消除组织缺陷，通过保温保压处理实现对两相界面结构的有效控制，提高复合材料性能，以Al/Diamond复合材料为例热导率可达到649W/mK；通过合理的高压气体成分设计，可解决特殊金属基复合材料制备中存在的问题，提高复合材料制备质量，如基体金属Mg的活性和Diamond的高温石墨化问题等；实现大量类型金属基复合材料复杂形状零部件的近净成形；本发明制备质量高，可重复性强。

主权项

一种高压气体辅助熔渗制备金属基复合材料的装置，其特征是：该装置包括真空系统（1）、增压充气系统（2）、配气系统（3）、制备系统（4）和总电气控制柜（5），其中， 所述真空系统（1）包括机械真空泵(101)和扩散真空泵(102)，组成两级真空系统,真空度达到1.0×10‑2Pa；真空系统（1）与所述制备系统（4）通过管道直接连接,为制备系统（4）抽取真空； 所述配气系统（3）包括多条气路和与各气路相连的混气室(303)，所述气路由原始气源和气体质量流量控制器（302）组成，所述气体质量流量控制器（302）控制各气路原始气源中气体的进气速度，进而实现对压力气体组成成分的控制；所述混气室（303）用于混合压力气体；配气系统（3）通过管道与所述增压充气系统（2）相连，向所述增压充气系统（2）提供制备所需的设计成分压力气体； 所述增压充气系统（2）包括一个缓冲罐（205）、空气压缩机（201）和增压泵（204），所述空气压缩机（201）和增压泵（204）与所述缓冲罐（205）管道连接，为所述制备系统（4）提供所需的高压气体；所述空气压缩机（201）为所述增压泵（204）提供动力，将压力气体增压注入到所述缓冲罐（205）中，所述缓冲罐（205）最大压力为15MPa；所述增压充气系统（2）通过管道，并经由缓冲罐（205）与制备系统（4）相连，向制备系统（4）提供制备所需设计成分的高压气体； 所述制备系统（4）包括高温高压炉（401）和高频感应加热器（402），其中所述高温高压炉（401）采用高频感应加热和炉体水冷夹层设计，用于基体金属熔化和复合材料成型，所述制备系统（4）最高工作温度和压力分别为1350°C和10MPa，精度为1°C和 0.01MPa ；所述总电气控制柜（5）与真空系统（1）、增压充气系统（2）、配气系统（3）和制备系统（4）之间电气连接，对其进行远程操作和监控。