[发明专利]一种通过消耗型搅拌摩擦工具增材制造的方法

说明书

本发明公开了一种通过消耗型搅拌摩擦工具增材制造的方法，其特征在于：以消耗型材料作为搅拌摩擦工具，采用搅拌摩擦堆焊的方法，使消耗型搅拌摩擦工具的材料在基体表面逐层固相堆积，从而制备出所需金属材料。本发明的方法具有成本低廉、成型速度快、制备用时短等优点。

技术领域

本发明涉及复合材料制备的技术领域，具体涉及利用消耗型搅拌摩擦工具通过搅拌摩擦堆焊增材制造的方法。

背景技术

铝合金与镁合金等轻金属材料以及轻金属基复合材料近年来在汽车、船舶、航空航天和国防领域发展迅速，零件朝着小型化、复杂化的方向发展。传统铸造方法制备合金材料因其力学性能不佳，难以满足使用要求；通过锻压等方法生产零件，模具复杂、精度要求高，对于小批量零件生产成本高。而粉末冶金法、化学气相沉积法、自蔓延高温合成法、离心铸造法、等离子喷涂法等，制备效果不理想、设备昂贵、工艺繁琐，在材料制备的实际应用中很难得到广泛推广。所以，一种制备小型、复杂结构零件的新方法就显得尤为重要。

以高能束流为热源的金属熔化增材制造技术在制备钛合金、高温合金等材料方面有很大的技术优势，但对铝合金、镁合金等材料由于能量的吸收率极低，限制了高能束增材制造技术在铝合金、镁合金制造领域的应用。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种通过消耗型搅拌摩擦工具增材制造的方法。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

本发明公开了一种通过消耗型搅拌摩擦工具增材制造的方法，其特点在于：以消耗型材料作为搅拌摩擦工具，采用搅拌摩擦堆焊的方法，使消耗型搅拌摩擦工具的材料在基体表面逐层固相堆积，从而制备出所需金属材料。具体包括如下步骤：

(1)基体选择

根据所需制备的金属材料，选择合适金属板材作为基体，所选基体上表面面积不小于所需制备的金属材料的最大截面积；

当所需制备的金属材料为合金块体材料时，选择硬质合金板材作为基体；当所需制备的金属材料为金属基表面材料时，以目标金属基板材作为基体；

(2)加工前处理

对所选基体的上表面进行包括砂纸打磨、酒精清洗、丙酮去污和干燥各过程的表面处理；

(3)选取消耗型搅拌摩擦工具

按照所需制备的金属材料的成分，选取相同成分的消耗型搅拌摩擦工具；

(4)第一层搅拌摩擦堆焊

将经前处理后的基体固定在搅拌摩擦加工设备工作台上，以消耗型搅拌摩擦工具对基体的上表面进行第一层搅拌摩擦堆焊，堆焊层厚度h₁在0.8-1.2mm范围内；所选消耗型搅拌摩擦工具的直径根据第一层堆焊层的目标面积选择；

其中：消耗型搅拌摩擦工具的旋转速度为300-3000rpm、行进速度为30-300mm/min；

(5)第二层搅拌摩擦堆焊

将步骤(4)进行完第一层搅拌摩擦堆焊后的基体，固定在搅拌摩擦加工设备工作台上，以消耗型搅拌摩擦工具对其进行第二层搅拌摩擦堆焊，堆焊层厚度h₂在0.8-1mm范围内，第二层堆焊层与第一层堆焊层的重合区域厚度为则第二层堆焊层与第一层堆焊层的重合度为k₂，50％≥k₂≥20％；所选消耗型搅拌摩擦工具的直径根据第二层堆焊层的目标面积选择；

其中：消耗型搅拌摩擦工具的旋转速度为300-3000rpm、行进速度为30-300mm/min；

(6)第n层搅拌摩擦堆焊