[发明专利]一种高效搅拌制备铝基复合材料的装置与方法

说明书

本发明公开了一种高效搅拌制备铝基复合材料的装置与方法，包括行星轮系组件，所述行星轮系组件包括自内向外的中心轮、行星轮和行星架，所述中心轮和所述行星架分别与所述行星轮齿轮啮合，所述行星轮上安装有搅拌针。中心轮转动通过齿轮带动行星轮转动，从而带动行星轮上的搅拌针转动，从而该行星轮系组件既有自转又有公转，在保证了行星轮系组件上的搅拌针转动的同时，也可以实现多搅拌针的周向转动。利用该行星轮系组件进行铝基复合材料的制备，可显著提高铝基复合材料的制备效率。

技术领域

本发明涉及金属材料制备技术领域，具体涉及一种高效搅拌制备铝基复合材料的装置与方法。

背景技术

铝基复合材料(Aluminum matrix composite，AMC)具有高比强度、高比模量、耐磨、耐腐蚀、疲劳性能好、基频高等特点。

通常，AMC的制备方法主要有固-液反应工艺(自蔓延高温合成、反应热压等)、气-液-固反应工艺、固-固反应工艺(等温热处理等)及液-液反应工艺，这些传统工艺制备的AMC通常具有基体组织粗大、疏松孔洞等缺陷、增强相尺寸及分布不均匀、增强相与基体相容性差等特点。

搅拌摩擦加工(Friction stir processing,FSP)是在搅拌摩擦焊(Frictionstir welding,FSW)基础上发展起来的一种塑性加工技术，在搅拌摩擦加工过程中，加工工具-搅拌头旋转着插进被加工材料内，利用搅拌头与被加工材料之间的摩擦热和塑性形变能，使被加工区材料热塑化，并且在搅拌头的旋转作用下从前部向后部转移过渡，通过顶锻压力的作用形成固相加工区域。搅拌摩擦加工(FSP)的原理是利用搅拌摩擦过程中剧烈的塑性变形与温升，破碎、均匀混合材料的组织，加速合金元素扩散，产生动态再结晶，使材料的微观结构与化学组成在极短时间内发生变化，同时实现材料的细化、致密化、均匀化。FSP工艺兼具了AMC制备与细晶处理两道工序，在成本控制及效率等方面具有明显优势，该技术的出现为合成原位自生颗粒、控制基体－增强体界面反应、分散基体中的微纳米尺寸增强体提供了新途径。目前，国内外学者已经在搅拌摩擦加工制备表面复合层和制备块体复合材料两个方面取得了进展。为促进搅拌摩擦加工技术在科研与生产中的应用，研究高效的搅拌摩擦加工(FSP)制备方法具有重要意义。

与本发明相关的现有AMC制备方法为单针搅拌摩擦加工(FSP)制备方法，如图1所示。通过在纯铝或铝合金坯料基体上加工出凹槽或点阵式槽体，将外加增强颗粒加入后，采用FSP方法进行均匀化处理，从而获得AMC板材。但是，采用单针搅拌摩擦加工制备方法存在搅拌区域覆盖率低，轨迹控制困难等问题，从而导致材料制备效率低。

因此，本发明提供一种高效搅拌制备铝基复合材料的装置与方法来解决上述技术问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决现有技术中搅拌区域覆盖率低、轨迹控制困难从而导致铝基复合材料制备效率低的技术问题。

(二)技术方案

本发明提供了一种高效搅拌制备铝基复合材料的装置，包括行星轮系组件，所述行星轮系组件包括自内向外的中心轮、行星轮和行星架，所述中心轮和所述行星架分别与所述行星轮齿轮啮合，所述行星轮上安装有搅拌针。

进一步地，所述中心轮上安装有控制系统，所述控制系统包括驱动机构与控制器，所述驱动机构与所述控制器电连接，所述驱动机构的驱动端与所述中心轮连接。

进一步地，所述搅拌针在所述行星轮的中心。

进一步地，所述搅拌针设置在所述行星轮的下端面。

进一步地，多个行星轮以中心轮的中心为对称中心呈中心对称设置。

进一步地，所述行星架上具有安装孔，以便将行星轮系组件安装在机床夹头上。