[发明专利]一种搅拌摩擦焊用超硬复合材料搅拌头及制备方法

说明书

本发明涉及一种搅拌摩擦焊用超硬复合材料搅拌头及制备方法，其中，一种搅拌摩擦焊用超硬复合材料搅拌头，其特征在于，按照质量百分比计，该搅拌头为由成分为72％～78％CBN，余量为AlN及TiB₂所制成的复合材料。压装烧结的压力为4～4.5Gpa，烧结温度T为1600～1750℃。与现有技术相比，本发明的优点在于：提高搅拌头的超硬耐磨抗冲击性能。能够一次性压制成型，进而大大简化了工艺流程，能够节约生产成本并提高生产效率。

技术领域

本发明属于制造技术领域，具体涉及一种搅拌摩擦焊用超硬复合材料搅拌头及制备方法。

背景技术

搅拌摩擦焊是利用高速旋转的焊具与工件摩擦产生的热量使被焊材料局部塑性化，当焊具沿着焊接界面向前移动时，被塑性化的材料在焊炬的转动摩擦力作用下由焊具的前部流向后部，并在焊具的挤压下形成致密的固相焊缝。

搅拌头是搅拌摩擦焊接的基础，由于搅拌摩擦焊属于固相焊接，焊接过程中需要承受巨大的焊接压力，因此对搅拌头的性能要求很高。

目前应用于搅拌摩擦焊接(FSW)技术中的广泛使用的摩擦焊搅拌头材料是H13热作模具钢，但其存在使用寿命低、很容易断裂的问题，硬度及抗冲击性能有待提高。

又如中国发明专利《一种搅拌摩擦焊搅拌头材料以及搅拌头的制备方法》，其专利号为ZL201810657848.X(授权公告号为CN108677075B)公开了搅拌摩擦焊搅拌头材料包括：按照重量百分比计的钨粉75-85％和碳合金粉15-25％，所述碳合金粉为碳化钛粉和碳化锆粉中的一种或两种组合。通过在钨粉中添加一定比例的碳化钛或者碳化锆制得的合金粉末，采用热压烧结技术制备搅拌头材料。采用粉末冶金方法制备出的搅拌头具有优异的强度和耐磨损性能，但是，在烧结炉中需要将炉温加热到2000℃，并且通常硬度相对较低，同时制备的搅拌头还需进行精磨抛光处理，不能一次成型，生产效率有待提高。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是针对上述现有技术的现状，提供一种超硬耐磨抗冲击的搅拌摩擦焊用超硬复合材料搅拌头。

本发明所要解决的第二个技术问题是针对上述现有技术的现状，提供一种制备超硬耐磨抗冲击的搅拌摩擦焊用超硬复合材料搅拌头的一次性成型的制备方法。

本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种搅拌摩擦焊用超硬复合材料搅拌头，其特征在于，按照质量百分比计，所述搅拌头为由成分为72％～78％CBN、余量为AlN及TiB₂所制成的复合材料。

优选地，所述CBN粉的含量为75％且该CBN粉包含粒度为15～25μm的CBN粉和粒度为4～8μm的CBN粉，所述AlN及TiB2粉的粒度为0.8～1.2um。选用不同粒度的CBN粉体，有利于形成提高压制后材料整体的耐磨性，且得到晶粒细小、致密度高和机械性能优良的复合材料。由于粗颗粒CBN比较容易烧结，而且比表面积小，细晶粒可使晶粒的晶界面积增加，提高烧结强度及抗裂纹扩展能力，因此，选取不同粒度的CBN颗粒成分进行混合，上述综合性能优良的复合材料。

优选地，所述AlN及TiB2粉的粒度为1um。Al，Ti的主要作用是形成金属间化合物，实现沉淀强化，细晶强化的作用，提高材料的韧性。选用粒度为1um时的韧性最好。

具体地，所述搅拌头包括有呈圆台状的搅拌体及用来与夹持结构相连接的支撑体，所述搅拌体位于所述支撑体的顶面邻近中心的位置上，所述支撑体的顶面在位于所述搅拌体的外围具有呈环状的轴肩部，所述轴肩部的上端面具有渐开线式螺旋槽。这种结构设计有利于缓解摩擦焊接过程中产生的应力，提高抗冲击性能。

为了方便将摩擦焊接过程中产生的屑排出，所述支撑体的顶面上具有两个沿径向内外间隔布置的凹槽，所述轴肩部位于两个所述凹槽之间。摩擦焊接过程中产生的屑经依次经内侧的凹槽、轴肩部及外侧的凹槽而排出。