[发明专利]一种自进料搅拌头、自进料搅拌摩擦挤出方法及装置

说明书

本发明公开一种自进料搅拌头、自进料搅拌摩擦挤出方法及装置，首先进行元素粉末或合金粉末的机械混合，然后自进料并送料，再然后搅拌针驱动材料向模具出口迁移，最后使材料从模具出口被挤出成形；自进料搅拌头包括夹持段、进料段和搅拌针，所述进料段与所述搅拌针连通，元素粉末或合金粉末能够通过所述进料段进入所述搅拌针的凹槽中；自进料搅拌摩擦挤出装置中包含有上述自进料搅拌头。本发明自进料搅拌头、自进料搅拌摩擦挤出方法及装置实现了复合材料的充分搅拌、混合及挤出成型，同时提高了挤出材料的均匀性。

技术领域

本发明涉及材料成型技术领域，特别是涉及一种自进料搅拌头、自进料搅拌摩擦挤出方法及装置。

背景技术

制备工艺是影响复合材料性能及应用的一个关键因素。在以往的制备方法中如搅拌铸造法等是先将基体金属熔化，再向熔融状态的基体金属中加入增强相如CNTs，SiC颗粒等。这种方法的不足是容易造成增强相与基体金属的分离以及在材料冷却过程中的晶粒长大和成分偏析。

英国焊接研究所在1993年发明了搅拌摩擦挤出工艺，将一个高速旋转的无针搅拌头压入到一个装有复合材料粉体或材料碎屑的筒形件中，筒形件内的材料接触到旋转的搅拌头并与之发生摩擦，摩擦产生大量的热使得材料塑化并从搅拌头上设置的出口处挤出成型。该工艺可用在复合材料的制备以及金属材料的回收中，其优势在于材料在挤出过程中时发生了塑化，还保持着固相状态，避免了熔化过程中易出现的相变缺陷。在金属回收领域，这种固相挤出工艺相比于传统的熔炼回收过程，更是极大地节约了能源。

但在复合材料制备领域，由于在挤出过程中经过轴肩搅拌后的材料会夹杂未充分搅拌的材料一起从搅拌头上设置的出口处被挤出成型，导致挤出的材料的不均匀。

发明内容

本发明的目的是提供一种自进料搅拌头、自进料搅拌摩擦挤出方法及装置，以解决上述现有技术存在的问题，实现复合材料的充分搅拌、混合及挤出成型，同时提高挤出材料的均匀性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种自进料搅拌摩擦挤出方法，包括以下步骤：

(1)元素粉末或合金粉末的机械混合；

(2)自进料并送料；

(3)搅拌针驱动材料向模具出口迁移；

(4)材料从模具出口被挤出成形。

优选地，所述的元素粉末或合金粉末是指金属、金属陶瓷、陶瓷或塑料；所述元素粉末或合金粉末的呈微粒、粉末或碎屑状。

优选地，所述自进料是指搅拌头在旋转中，元素粉末或合金粉末通过搅拌头自身的螺旋槽进入模具中；所述送料是指元素粉末或合金粉末通过螺杆或送料机构输送进入模具中。

优选地，所述送料还可以通过挤压预制体将材料逐步压入模具中；预制体是指元素粉末或合金粉末通过制备工艺形成块状或棒状结构体。

优选地，所述的模具出口位于所述搅拌针的下方。

本发明还提供一种用于实现上述自进料搅拌摩擦挤出方法的自进料搅拌头，包括夹持柄、搅拌针，还设有进料段，其特征在于：包括夹持段、进料段和搅拌针，所述进料段与所述搅拌针连通，元素粉末或合金粉末能够通过所述进料段进入所述搅拌针的凹槽中。

优选地，所述进料段设有进料段螺旋槽，且所述进料段螺旋槽与所述凹槽连通，被添加的元素粉末或合金粉末能够通过所述进料段螺旋槽进入到所述凹槽中。

本发明还提供再一种用于实现上述自进料搅拌摩擦挤出方法的自进料搅拌头，包括搅拌针，所述搅拌头在所述搅拌针上还分布有用于增强搅拌效果的平面；所述搅拌针螺旋槽的螺棱上还设置有缺口，所述缺口在所述螺棱上形成有斜面。

优选地，所述搅拌针远离所述主轴的一端设置有凹槽、交叉槽、曲线槽或螺旋槽。