[发明专利]中空送料摩擦头及金属材料表面复合材料的制备方法

权利要求书

1.一种中空送料摩擦头，所述摩擦头包括搅拌摩擦体和辅助送料装置，搅拌摩擦体由上圆柱体(1)和下圆柱体(2)组成，所述上圆柱体(1)和下圆柱体(2)上下设置且制成一体，所述上圆柱体(1)的直径小于下圆柱体(2)的直径，上圆柱体(1)的外表面上设有夹持面(1-1)，所述下圆柱体(2)的下端面为外边缘高于中心的凹形轴肩面(2-1)，其特征在于：所述上圆柱体(1)和下圆柱体(2)沿轴线设有孔道(3)，所述孔道(3)由上至下分为三段，分别为上孔道(3-1)、中孔道(3-2)和下孔道(3-3)，上孔道(3-1)的内径与下孔道(3-3)的内径相同，中孔道(3-2)的内径小于上孔道(3-1)的内径，所述下圆柱体(2)上沿径向设有一横向通孔(2-2)，横向通孔(2-2)与下孔道(3-3)相通，所述横向通孔(2-2)的两端分别设有与横向通孔(2-2)同轴且相通的轴承凹槽(2-3)，增强相添加装置由遥控微型电动机(4)、转轴(5)、两个转动轴承(6)和数个扇叶(7)组成，所述转轴(5)设置在横向通孔(2-2)中，转轴(5)的两端分别设置在两个转动轴承(6)中，每个轴承凹槽(2-3)装有一个转动轴承(6)，数个扇叶(7)位于下孔道(3-3)中，且数个扇叶(7)均布安装在转轴(5)上，转轴(5)的输入端与遥控微型电动机(4)的输出轴连接，遥控微型电动机(4)固装在下圆柱体(2)的外表面上。

2.根据权利要求1所述中空送料摩擦头，其特征在于：每个扇叶(7)的形状为半圆形，每个扇叶(7)的半径小于下孔道(3-3)的半径。

3.根据权利要求1或2所述中空送料摩擦头，其特征在于：所述摩擦头还包括隔热垫片(8)，隔热垫片(8)设置在下圆柱体(2)与遥控微型电动机(4)之间。

4.一种利用权利要求1所述中空送料摩擦头实现金属材料表面复合材料的制备方法，其特征在于：所述方法是通过以下步骤实现的：

步骤一、确定摩擦头的几何尺寸：根据待处理工件一次表面复合材料化的宽度确定摩擦头轴肩的直径D，摩擦头轴肩的直径D与一次表面复合材料化的宽度相等，确定下孔道(3-3)的内径为0.5D～0.25D，凹形轴肩面(2-1)的外边缘比凹形轴肩面(2-1)的中心高0.1mm～1mm；

步骤二、添加增强相颗粒：向上孔道(3-1)加入增强相颗粒，将上孔道(3-1)填满；

步骤三、调整摩擦头的倾斜角：调整摩擦头的倾斜角即摩擦头的中心轴线(N-N)与待处理工件法线的夹角，调整该夹角为0°～1°；

步骤四、待处理工件表面复合材料层的制备过程：对待处理工件表面进行搅拌摩擦加工，具体过程为：

(1)、将摩擦头移至待加工件表面，摩擦头以100转/分钟～1500转/分钟的转速压入待 处理工件表面中，凹形轴肩面(2-1)的压入深度为0.1mm～1mm，压入后停留1秒～10秒；

(2)、启动遥控微型电动机(4)，且遥控微型电动机(4)的转速为10转/分钟～100转/分钟，增强相颗粒随着转动的扇叶(7)沿中孔道(3-2)、下孔道(3-3)流进作用界面，同时控制摩擦头沿加工方向开始行进，此时增强相颗粒被高速旋转的摩擦头碾压进入待加工件表面的基体中，摩擦头的旋转速度为100转/分钟～1500转/分钟，摩擦头的行进速度为5毫米/分钟～200毫米/分钟；

(3)、压碾结束的同时，停止遥控微型电动机(4)旋转，中孔道(3-2)被静止的扇叶(7)堵塞，增强相颗粒停止加入，停止摩擦头行进，并将摩擦头上升离开加工件表面，即在加工件表面完成了一道表面复合材料的制备。

5.根据权利要求4所述金属材料表面复合材料的制备方法，其特征在于：步骤三中摩擦头的倾斜角为0.5°。

6.根据权利要求4所述金属材料表面复合材料的制备方法，其特征在于：步骤四中摩擦头以500转/分钟的转速压入待处理工件表面中，凹形轴肩面(2-1)的压入深度为0.5mm，压入后停留5秒。

7.根据权利要求4所述金属材料表面复合材料的制备方法，其特征在于：步骤四中摩擦头以800转/分钟的转速压入待处理工件表面中，凹形轴肩面(2-1)的压入深度为0.6mm，压入后停留6秒。

8.根据权利要求4所述金属材料表面复合材料的制备方法，其特征在于：步骤四中摩擦头以1000转/分钟的转速压入待处理工件表面中，凹形轴肩面(2-1)的压入深度为0.8mm，压入后停留4秒。