[發明專利]中空送料摩擦頭及金屬材料表面復合材料的制備方法

無效

• 申請號: 201210087902.4
• 申請日: 2012-03-29
• 公開（公告）號: CN102632334A
• 公開（公告）日: 2012-08-15
• 發明（設計）人: 黃永憲;王天昊;呂世雄;萬龍;劉會杰
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B23K20/12
• 分類號: B23K20/12
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 劉同恩

1.一種中空送料摩擦頭，所述摩擦頭包括攪拌摩擦體和輔助送料裝置，攪拌摩擦體由上圓柱體(1)和下圓柱體(2)組成，所述上圓柱體(1)和下圓柱體(2)上下設置且制成一體，所述上圓柱體(1)的直徑小于下圓柱體(2)的直徑，上圓柱體(1)的外表面上設有夾持面(1-1)，所述下圓柱體(2)的下端面為外邊緣高于中心的凹形軸肩面(2-1)，其特征在于：所述上圓柱體(1)和下圓柱體(2)沿軸線設有孔道(3)，所述孔道(3)由上至下分為三段，分別為上孔道(3-1)、中孔道(3-2)和下孔道(3-3)，上孔道(3-1)的內徑與下孔道(3-3)的內徑相同，中孔道(3-2)的內徑小于上孔道(3-1)的內徑，所述下圓柱體(2)上沿徑向設有一橫向通孔(2-2)，橫向通孔(2-2)與下孔道(3-3)相通，所述橫向通孔(2-2)的兩端分別設有與橫向通孔(2-2)同軸且相通的軸承凹槽(2-3)，增強相添加裝置由遙控微型電動機(4)、轉軸(5)、兩個轉動軸承(6)和數個扇葉(7)組成，所述轉軸(5)設置在橫向通孔(2-2)中，轉軸(5)的兩端分別設置在兩個轉動軸承(6)中，每個軸承凹槽(2-3)裝有一個轉動軸承(6)，數個扇葉(7)位于下孔道(3-3)中，且數個扇葉(7)均布安裝在轉軸(5)上，轉軸(5)的輸入端與遙控微型電動機(4)的輸出軸連接，遙控微型電動機(4)固裝在下圓柱體(2)的外表面上。

2.根據權利要求1所述中空送料摩擦頭，其特征在于：每個扇葉(7)的形狀為半圓形，每個扇葉(7)的半徑小于下孔道(3-3)的半徑。

3.根據權利要求1或2所述中空送料摩擦頭，其特征在于：所述摩擦頭還包括隔熱墊片(8)，隔熱墊片(8)設置在下圓柱體(2)與遙控微型電動機(4)之間。

4.一種利用權利要求1所述中空送料摩擦頭實現金屬材料表面復合材料的制備方法，其特征在于：所述方法是通過以下步驟實現的：

步驟一、確定摩擦頭的幾何尺寸：根據待處理工件一次表面復合材料化的寬度確定摩擦頭軸肩的直徑D，摩擦頭軸肩的直徑D與一次表面復合材料化的寬度相等，確定下孔道(3-3)的內徑為0.5D～0.25D，凹形軸肩面(2-1)的外邊緣比凹形軸肩面(2-1)的中心高0.1mm～1mm；

步驟二、添加增強相顆粒：向上孔道(3-1)加入增強相顆粒，將上孔道(3-1)填滿；

步驟三、調整摩擦頭的傾斜角：調整摩擦頭的傾斜角即摩擦頭的中心軸線(N-N)與待處理工件法線的夾角，調整該夾角為0°～1°；

步驟四、待處理工件表面復合材料層的制備過程：對待處理工件表面進行攪拌摩擦加工，具體過程為：

(1)、將摩擦頭移至待加工件表面，摩擦頭以100轉/分鐘～1500轉/分鐘的轉速壓入待?處理工件表面中，凹形軸肩面(2-1)的壓入深度為0.1mm～1mm，壓入后停留1秒～10秒；

(2)、啟動遙控微型電動機(4)，且遙控微型電動機(4)的轉速為10轉/分鐘～100轉/分鐘，增強相顆粒隨著轉動的扇葉(7)沿中孔道(3-2)、下孔道(3-3)流進作用界面，同時控制摩擦頭沿加工方向開始行進，此時增強相顆粒被高速旋轉的摩擦頭碾壓進入待加工件表面的基體中，摩擦頭的旋轉速度為100轉/分鐘～1500轉/分鐘，摩擦頭的行進速度為5毫米/分鐘～200毫米/分鐘；

(3)、壓碾結束的同時，停止遙控微型電動機(4)旋轉，中孔道(3-2)被靜止的扇葉(7)堵塞，增強相顆粒停止加入，停止摩擦頭行進，并將摩擦頭上升離開加工件表面，即在加工件表面完成了一道表面復合材料的制備。

5.根據權利要求4所述金屬材料表面復合材料的制備方法，其特征在于：步驟三中摩擦頭的傾斜角為0.5°。

6.根據權利要求4所述金屬材料表面復合材料的制備方法，其特征在于：步驟四中摩擦頭以500轉/分鐘的轉速壓入待處理工件表面中，凹形軸肩面(2-1)的壓入深度為0.5mm，壓入后停留5秒。

7.根據權利要求4所述金屬材料表面復合材料的制備方法，其特征在于：步驟四中摩擦頭以800轉/分鐘的轉速壓入待處理工件表面中，凹形軸肩面(2-1)的壓入深度為0.6mm，壓入后停留6秒。

8.根據權利要求4所述金屬材料表面復合材料的制備方法，其特征在于：步驟四中摩擦頭以1000轉/分鐘的轉速壓入待處理工件表面中，凹形軸肩面(2-1)的壓入深度為0.8mm，壓入后停留4秒。