[发明专利]一种颗粒增强梯度复合材料搅拌摩擦焊接设备和方法有效

专利信息
申请号: 202010376831.4 申请日: 2020-05-07
公开(公告)号: CN111531266B 公开(公告)日: 2021-08-31
发明(设计)人: 赵运强;尤佳庆;苗澍;谭锦红;董春林;王春桂;易耀勇;邓军 申请(专利权)人: 广东省科学院中乌焊接研究所
主分类号: B23K20/12 分类号: B23K20/12;B23K20/26
代理公司: 北京超凡宏宇专利代理事务所(特殊普通合伙) 11463 代理人: 严诚
地址: 510000 广东*** 国省代码: 广东;44
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摘要:
搜索关键词: 一种 颗粒 增强 梯度 复合材料 搅拌 摩擦 焊接设备 方法
【说明书】:

发明的实施例提供了一种颗粒增强梯度复合材料搅拌摩擦焊接设备和方法,涉及搅拌摩擦焊接技术领域。该设备包括金属基材板和搅拌摩擦焊接装置。金属基材板上开设有多个填充孔,填充孔的在金属基材板的顶面至底面方向上的内径呈梯度减小,填充孔用于填充增强颗粒材料和基体材料粉末的湿润态混合物,且基体材料粉末与金属基材板为同种材料;搅拌摩擦焊接装置包括搅拌头,搅拌头用于对金属基材板进行搅拌摩擦焊接,且搅拌头的焊接路径能完全地覆盖顶面。通过该设备能够焊接得到具有增强材料含量呈梯度分布的复合材料,且梯度成分含量可控,工艺简单,生产效率高,可有效地改善复合材料结合能力较差、容易开裂等问题。

技术领域

本发明涉及搅拌摩擦焊接技术领域,具体而言,涉及一种颗粒增强梯度复合材料搅拌摩擦焊接设备和方法。

背景技术

随着科技的发展,尤其是航空航天和高速轨道列车等领域,结构材料要求具备多种优异的力学性能,如高强度,高塑性,高刚度及密度小等等。传统的单一性材料很难满足同时具备多种复杂的性能要求,例如铝合金具有密度小,塑性变形能力强等特点,但是其强度不如钢铁等材料。基于此,采用增强相与金属基体制备成复合材料,可以一定程度上解决材料性能单一的问题,但所制备和研究的对象皆为增强颗粒在基体中均匀分布的复合材料,这种均匀质材料在实际生产中具有一定局限性,如结合能力较差等。因此为满足高端设备对材料性能可设计性和控制性,金属基梯度复合材料应运而生。

在目前的金属基梯度复合材料制备方法中,主要以粉末冶金,离心铸造以及喷涂等方法为主,其中粉末冶金的方法包括直接填充法,流延法,离心积层法等。这种制备方法虽然制备效率高,但是在该工艺制备出的梯度材料的组分呈非连续性的阶梯变化,不具有较高的控制性。离心铸造方法生产梯度材料效率较高,但是该制备方法对材料形状有要求,一般仅适用于圆筒形铸件。等离子喷涂的方法可以通过调节等离子射流的温度和流速,从而在基材表面获得满足工作需求的梯度材料,但是对于弹性模量,热膨胀系数相差较大的材料,基体和涂层之间的结合力较低,涂层容易脱落。

基于此,提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种颗粒增强梯度复合材料搅拌摩擦焊接设备和方法,其能够焊接得到具有增强材料含量呈梯度分布的复合材料,且梯度成分含量可控,工艺简单,生产效率高,可有效地改善复合材料结合能力较差、容易开裂等问题。

本发明的实施例可以这样实现:

第一方面,本发明实施例提供一种颗粒增强梯度复合材料搅拌摩擦焊接设备,包括:

金属基材板,金属基材板上开设有多个填充孔,填充孔的在金属基材板的顶面至底面方向上的内径呈梯度减小,填充孔用于填充增强颗粒材料和基体材料粉末的湿润态混合物,且基体材料粉末与金属基材板为同种材料;

搅拌摩擦焊接装置,包括搅拌头,搅拌头用于对金属基材板进行搅拌摩擦焊接,且搅拌头的焊接路径能完全地覆盖顶面。

在可选的实施方式中,多个填充孔均匀间隔地开设于金属基材板,且能完全地覆盖顶面。

在可选的实施方式中,颗粒增强梯度复合材料搅拌摩擦焊接设备还包括盖板,盖板与金属基材板的材料相同,且盖板预焊于金属基材板的顶面,搅拌头用于穿过盖板后对金属基材板进行搅拌摩擦焊接。

在可选的实施方式中,搅拌头具有搅拌针,搅拌针用于进行搅拌摩擦焊接,搅拌针的长度大于或等于填充孔与盖板的总厚度之和。

在可选的实施方式中,搅拌针的长度与填充孔与盖板的总厚度之和相差0-1mm。

在可选的实施方式中,填充孔的内径呈线性梯度减小或呈不规则梯度减小。

在可选的实施方式中,填充孔为圆锥孔,且圆锥孔的圆锥角度数为5°-75°。

第二方面,本发明实施例提供一种颗粒增强梯度复合材料搅拌摩擦焊接方法,包括:

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