[发明专利]一种基于搅拌摩擦焊的磁性粉末材料的增材制造方法

说明书

本发明涉及一种基于搅拌摩擦焊的磁性粉末材料的增材制造方法，包括以下步骤：(1)将磁性粉末材料置于上端开口的固定容器中，并在固定容器上放置有可沿其上表面移动的带有通孔的上端盖；(2)穿过所述上端盖放置有深入磁性粉末材料内部的焊接用搅拌头，启动搅拌头沿设定方向移动进行焊接，并带动上端盖随搅拌头同步移动，即实现磁性粉末材料的增材制造。与现有技术相比，本发明首次实现了磁性材质和粉末形式材料相结合的增材制造方法。

技术领域

本发明属于增材制造技术领域，涉及一种基于搅拌摩擦焊的磁性粉末材料的增材制造方法。

背景技术

现有的磁性粉末材料一般采用热压烧结等方式制成板材或棒状等制品，这种方式制备得到的磁性制品虽然比较简单，但是制品的强度等方面的性能比较低，难以适应特殊领域的应用需求。

而为实现节能减排和绿色环保的要求，由传统的剪材制造正迅速发展过渡到等材和增材制造中，而搅拌摩擦焊就是其中一种增材制造方法，同时由于其不需要产生电弧来熔化金属，只需让金属达到热塑性状态就能使金属连接，其不产生弧光、烟尘等污染的优点完全好于传统熔焊加工。

传统搅拌摩擦焊主要应用于铝合金、镁合金、铜合金、钛合金和钢材等非磁性材料的同种金属和异种金属之间的连接，而且材料形式只为板材，没有其他任何材料形式，这局限了搅拌摩擦焊的应用。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于搅拌摩擦焊的磁性粉末材料的增材制造方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于搅拌摩擦焊的磁性粉末材料的增材制造方法，包括以下步骤：

(1)将磁性粉末材料置于上端开口的固定容器中，并在固定容器上放置有可沿其上表面移动的带有通孔的上端盖；

(2)穿过所述上端盖放置有深入磁性粉末材料内部的焊接用搅拌头，启动搅拌头沿设定方向移动进行焊接，并带动上端盖随搅拌头同步移动，即实现磁性粉末材料的增材制造。

进一步的，上端盖上的通孔的尺寸与搅拌头的轴肩尺寸匹配。

进一步的，焊接过程中，上端盖上还施加有朝向固定容器的压力，以防止磁性粉末材料因搅拌头插入和搅拌而溢出。

进一步的，所述搅拌头由外套筒、轴肩和搅拌针装配而成，其中，搅拌针固定安装在轴肩底端，外套筒套设在轴肩上。优选的，外套筒的底端可以设置成略低于轴肩底端。外套筒的作用是在搅拌针插入粉末时防止粉末外泄，将粉末收集到套筒内轴肩下的内部空间中，随后通过轴肩的摩擦下压作用将多出的粉末随着焊接过程的进行回填到粉末基体中。同时，在焊接过程中，套筒还有铺平前端粉末和为尾部焊缝成型的作用。

更进一步的，搅拌头的轴肩直径D_s为15-40mm，外套筒直径D_o范围为30-70mm，搅拌针的直径D_p不大于10mm，搅拌针的长度l不大于10mm；

焊接过程中，搅拌头的下压量D不大于0.5mm，搅拌头转速ω为600-3000rpm，焊接速度v为不大于20mm/min。由于采用的是带套筒的“针肩分离式”的搅拌头，搅拌头各零件可自由多变灵活运动。所以当焊接速度v＝0时，随着搅拌针的有无回抽过程可实现有匙孔和无匙孔搅拌摩擦点焊；随着搅拌针在焊接过程中是否露出轴肩，可实现传统搅拌摩擦焊和塑流搅拌摩擦焊。正是基于这种零活的搅拌头，可实现对粉末成型的多种搅拌摩擦焊接工艺加工，从而适应不同的工艺要求，达到不同的材料性能。

进一步的，所述的磁性粉末材料为合金粉末、铁氧体或以金属和树脂粉末为基体的掺杂磁性粉体材料。