[发明专利]一种基于超声辅助半固态搅拌摩擦加工工艺制备超细晶/纳米晶板材的方法

权利要求书

1.一种基于超声辅助半固态搅拌摩擦加工工艺制备超细晶/纳米晶板材的方法，具体采用以下步骤： 

步骤一、将待加工板材水平放置在垫板上并固定好,其中垫板结构由垫板与多个等尺寸的垫块组成,在加工过程中，利用垫块相对位置的变化实现搅拌针正下方悬空； 

步骤二、搅拌工具以1000～7000转/分的转速扎入板材表面且穿透板材，扎入速度为1～5mm/分，直到不旋转轴肩的端面与板材上表面接触后，沿垂直板材表面的方向继续下压0.1～0.3mm；轴肩不旋转，且轴肩直径为3～5倍的板材厚度； 

步骤三、超声换能器的超声波通过与超声变幅杆相联的搅拌针直接传递到待加工区域，超声波的参数如下:频率为40～80K以及振幅为20～60μm； 

步骤四、当搅拌工具达到设定的下扎深度时，搅拌针停止下扎且继续旋转3～8分钟，进行材料预热，然后搅拌工具以50～500mm/分的速度沿着板材纵向方向从左至右往返梯次向前运动，直到整个板材表面加工完毕为止。 

2.如权利要求1所述的一种基于超声辅助半固态搅拌摩擦加工工艺制备超细晶/纳米晶板材的方法，其特征在于：所述的搅拌工具包括搅拌针、超声换能器、不旋转轴肩及超声变幅杆；超声换能器固定在超声变幅杆上，超声变幅杆固定在搅拌针上，搅拌针由连接在一 起的主搅拌针和辅助搅拌针组成，不旋转轴肩套装在主搅拌针上。 

3.如权利要求2所述的一种基于超声辅助半固态搅拌摩擦加工工艺制备超细晶/纳米晶板材的方法，其特征在于：所述的主搅拌针为锥形体且表面由锯齿状结构组成,最大根部直径为1.2～1.5倍板材厚度且锥角小于5°。 

4.如权利要求2所述的一种基于超声辅助半固态搅拌摩擦加工工艺制备超细晶/纳米晶板材的方法，其特征在于：辅助搅拌针为锥形体，最大直径为主搅拌针直径的1.3～2倍，辅助搅拌针上表面两母线的最大夹角为140°～160°，辅助搅拌针下表面两母线的最大夹角为90°～120°。 

5.如权利要求1或2所述的一种基于超声辅助半固态搅拌摩擦加工工艺制备超细晶/纳米晶板材的方法，其特征在于：主搅拌针最大直径处到辅助搅拌针的最小距离比板厚大于0.2～0.5mm，且主搅拌针最大直径处到辅助搅拌针的最大距离与最小距离之差比垫块厚度小2～6mm。 

6.如权利要求1或2所述的一种基于超声辅助半固态搅拌摩擦加工工艺制备超细晶/纳米晶板材的方法，其特征在于：垫块的宽度是主搅拌针最大直径的1～4倍。 

7.如权利要求1或2所述的一种基于超声辅助半固态搅拌摩擦加工工艺制备超细晶/纳米晶板材的方法，其特征在于：在加工过程中，板材悬空区域的宽度与辅助搅拌针最大直径的差比主搅拌针的最大直径大4～20mm。