一种铝基复合材料制备装置及方法

本发明属于复合材料热挤压，特别涉及一种铝基复合材料制备装置及方法。

背景技术：

1、铝基合金是一种新型轻质耐热结构材料，具有轻质、高强、耐蚀、耐磨、耐高温等优点，铝基合金的铸件和锻件主要应用于航空航天发动机的关键部件的结构材料，还可以用作超塑性成型的预成形材料，制备航空和航天发动机的零部件以及超高速飞行器的翼和壳体等。然而，由于铝基合金具有本质脆性，制备铝基合金板材的难度很大。

2、为了进一步提高铝基合金的室温和高温中的力学性能，人们又提出了通过在铝基合金中加入非连续陶瓷相的复合强韧化法制备出碳化硅陶瓷纤维增强硅铝合金基板。但是在碳化硅陶瓷纤维增强硅铝合金基板的制备过程中，还存在以下问题：第一，碳化硅陶瓷纤维与硅铝合金基润湿性差。第二，碳化硅陶瓷纤维存在团聚性，碳化硅陶瓷纤维的分布密度难以控制，严重影响了复合材料的机械性能。第三，无法实现碳化硅陶瓷纤维定向分布。因此，急需一种铝基复合材料制备装置及方法，以克服上述问题。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明的目的在于提供一种铝基复合材料制备装置及方法，以提高纤维增强铝基复合材料的强度、刚度和热稳定性能。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、本发明一方面提供一种铝基复合材料制备装置，包括分割填料线和热挤压输送线，其中热挤压输送线用于铝基板材的预热、热挤压、检验及下料；分割填料线用于对热挤压后铝基板材的分割、叠层及层间铺设增强纤维，制成预制叠层板体，将预制叠层板体再经过热挤压输送线进行热挤压成型，通过预制叠层板体制备和热挤压成型工艺的n次循环，最终获得目标厚度和金属特性的纤维增强铝基复合材料板。

4、在一种可能实现的方式中，所述热挤压输送线包括沿铝基板材输送方向依次布置的上料缓存输送线、步进热挤压线和下料缓存输送线，上料缓存输送线用于铝基板材的预热软化及上料输送；步进热挤压线用于接收被上料缓存输送线预热软化的铝基板材，且对预热软化的铝基板材进行热挤压变形，获得水平延展扩张的铝基板材；下料缓存输送线用于对水平延展扩张的铝基板材进行检验及加热输出。

5、在一种可能实现的方式中，所述上料缓存输送线包括上料动力辊及设置于上料动力辊下方的上料电磁加热模块，上料动力辊用于铝基板材的水平输送，上料电磁加热模块用于对铝基板材进行预热软化；

6、在一种可能实现的方式中，所述下料缓存输送线包括下料动力辊、下料电磁加热模块及挤压表面光学检验模块，其中下料动力辊用于水平延展扩张的铝基板材的下料输出，挤压表面光学检验模块设置于下料动力辊的前端上方，用于水平延展扩张的铝基板材的表面检测；下料电磁加热模块设置于下料动力辊的下方，用于对水平延展扩张的铝基板材进行加热。

7、在一种可能实现的方式中，所述步进热挤压线包括上辊组件、下辊组件及补充加热模块，其中上辊组件和下辊组件上下布置，且上辊组件和下辊组件之间的间隙沿铝基板材输送方向逐渐变窄，补充加热模块靠近下辊组件设置，用于对预热软化的铝基板材进行补充加热，加热温度高于铝基板材的结晶温度；铝基板材经过上辊组件和下辊组件之间的间隙后被步进挤压水平延展扩张变形。

8、在一种可能实现的方式中，所述上辊组件包括多个依次排列的上辊，所述下辊组件包括依次排列的多个下辊，且下辊与上辊一一对应，各下辊的前侧设置一所述补充加热模块。

9、在一种可能实现的方式中，所述分割填料线包括分割台、锁定机构、分割机构、增强纤维布料机及手爪组件，其中锁定机构和分割机构设置于分割台上，锁定机构用于对放置于分割台上的铝基板材进行锁定，分割机构用于对铝基板材进行分割成n等分的分割铝基板材；手爪组件设置于分割台上，或固定于地面，手爪组件用于铝基板材的搬运，且将n等分的分割铝基板材进行叠置；增强纤维布料机设置于分割台一侧，用于在每层分割铝基板材上进行增强纤维的布料。

10、在一种可能实现的方式中，所述分割机构包括分别设置于分割台横向端部的横向圆锯和设置于纵向端部的纵向圆锯，通过横向圆锯和纵向圆锯对铝基板材进行横向和纵向分割，获得四等分的分割铝基板材。

11、本发明另一方面提供一种铝基复合材料制备方法，利用如上所述的铝基复合材料制备装置实现，该方法包括以下步骤：

12、步骤s1：建立氩气工作环境；

13、步骤s2：铝基板材原料通过热挤压输送线进行预热、热挤压、检验及下料输出，获得水平延展扩张的铝基板材；

14、步骤s3：水平延展扩张的铝基板材通过分割填料线进行分割、叠层及层间铺设增强纤维，获得预制叠层板体；

15、步骤s4：将获得预制叠层板体多次重复步骤s2至步骤s3，最后由热挤压输送线输出达到工艺要求的纤维增强铝基复合材料板材。

16、在一种可能实现的方式中，制备所述水平延展扩张的铝基板材的过程，包括如下步骤：

17、步骤n1：上料缓存输送线对铝基板材原料进行预热软化后输送至步进热挤压线上；

18、步骤n2：铝基板材原料经过步进热挤压线的热挤压水平延展扩张变形，获得水平延展扩张的铝基板材；

19、步骤n3：水平延展扩张的铝基板材进入下料缓存输送线，下料缓存输送线对水平延展扩张的的铝基板材进行表面检测且加热输出。

20、在一种可能实现的方式中，制备所述预制叠层板体的过程，包括如下步骤：

21、步骤m1：通过手爪组件将水平延展扩张的铝基板材搬运至分割台上，水平延展扩张的铝基板材再通过锁定机构固定；

22、步骤m2：通过分割机构将水平延展扩张的铝基板材分隔成多等分，获得多张分割铝基板材；

23、步骤m3：通过增强纤维布料机在第一分割铝基板材上进行增强纤维的布料，增强纤维长度方向与铝基板材表面平行；

24、步骤m4：手爪组件将第二分割铝基板材铺设至第一分割铝基板材上；

25、步骤m5：通过增强纤维布料机在第二分割铝基板材的上表面进行增强纤维布料；

26、步骤m6：如此类推，直至完成最后一张分割铝基板材的铺设。

27、本发明的优点及有益效果是：本发明提供的一种铝基复合材料制备装置，以铝合金作为基体，采用叠层技术和热压固结技术，通过控制工艺条件，获得纤维增强铝基复合材料，该材料具有高强度、高刚度和良好的热稳定性能，适用于航空航天领域的高性能结构材料。

28、本发明提供的一种铝基复合材料制备方法，通过步进热挤压保证铝基和增强纤维层定向水平延展扩张变形，提高了铝基复合材料板材的组织均匀性，组织致密性好，从而确保了最终获得的纤维增强铝基复合材料没有内氧化现象，提高了力学性能及改善了塑性。

29、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

30、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。