应用浸渍技术制造铝合金复合材料

 

  众所周知,金属材料零部件在铸造过程中,会因其凝固收缩而产生收缩孔,这就不可避免地由氢气、氮气等气体引起气孔缺陷。另外,不用铸造法而用粉末冶金法制造的金属烧结体和陶瓷烧结体,本身就是多孔体。为了提高它们的机械性能,就必须消除和减少其内部的孔隙缺陷。因此,研究开发浸渍技术的目的就在于此。

 

  1 目前,据有关资料记录,浸渍技术主要有以下三种方法∶

 

  内部加压浸渍法;

 

  浸渍前抽真空一加压法;

 

  浸渍后抽真空一加压法。

 

  被浸渍的物体内部若有孔隙,就必须用浸渍液将其中的空气置换出来。而处于真空或减压状态下,浸渍液很容易置换其中的空气。另一方面,即使在浸渍液与被浸渍物之间的湿润性差、浸渍速度变快的情况下,可以通过升压泵有效地产生高液压,进而在真空加压下,通过加热被浸渍物,增加浸渍液流动性,这样就可以在温度分布均匀的情况下进行优质的浸渍处理。

 

  加压浸渍法有许多优点,但进行加压一真空一高温处理时,技术上也有一定的难度,同时关于压力容器的使用在法律上也有许多限制。图1所示的高温真空加压浸渍装置克服了上述问题。如前工序1(加热+加压处理)中,在加热的同时进行加压,槽内的气体分子数会增加,使对流传导效率提高,从而使浸渍液与被浸渍物的温度分布均匀。在前工序2(真空处理)中,可以排除被浸渍物中的空气、水分、有机气体等不纯物质。通过真空处理后,提高了浸渍液的渗透性。

 

  在浸渍工序1(浸渍处理)中,例如用升降机械将被浸渍物放到浸渍液中,使浸渍液渗透到被浸渍物内部。而浸渍工序2(加压浸渍处理)可以使浸渍液渗透到被浸渍物内部,若使用高黏性的浸渍液,就连真空处理不充分也能产生充分的渗透效果。同时,由于加压也可抑制浸渍时产生气泡。通过加工工序(冷却+排气处理)将被浸渍物提起进行冷却,使浸渍液硬化。随后,减压使被浸渍物回到大气中,而此时,被硬化的浸渍液中气泡也会膨胀。

 

  为了使浸渍技术应用于汽车发动机活塞的制造中,在浸渍过程中尽量把压力控制在一定范围内,以避免使用高压容器,并且对重力铸造装置进行改进。同时,还开发了0.8兆帕以下的低压浸渍法。

 

  2 低温浸渍法制造铝合金复合材料

 

  作为汽车发动机活塞等零部件用铝合金复合材料,重量必须要轻,且要耐高温。原来此类零部件是用高压铸造法和粉末冶金法生产的。但是,这两种方法难以生产大型且形状复杂的零部件。为了避免这些缺点,我们采用了金属纤维作强化材料的金属复合材料,并用低压浸渍法来生产大型且形状复杂的金属复合材料零部件。通过试验验证了低压浸渍法适用于制造铝合金复合材料,且可在有凝固收缩缺陷和流动性差的情况下获得无孔隙的复合材料。

 

  采用ASTM标准中的A3360(Al,13%Si,1.5%Ni,1.3%Cu,1.3%Mg)作为基体合金。选定日本弹簧株式会社生产的铁铬硅(Fe,20%Cr,5%Si)纤维作为强化材料,这种金属纤维与铝合金液的湿润性好,同时它是由熔液萃取法生产的微细晶粒,因而具有较高的强度特性。具体来说,它在室温及673K下,其抗拉强度分别达到950兆帕和650兆帕,其延伸率分别为15%和30%。

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