[發明專利]一種沿厚度方向梯度材料的制備方法及制備鎂合金的應用

有效

• 申請號: 201910123979.4
• 申請日: 2019-02-19
• 公開（公告）號: CN109822293B
• 公開（公告）日: 2021-07-02
• 發明（設計）人: 王文;張升懿;王快社;喬柯;袁勝男
• 申請（專利權）人: 西安建筑科技大學
• 主分類號: B23P13/00
• 分類號: B23P13/00;C22C23/02
• 代理公司: 西安恒泰知識產權代理事務所 61216
• 代理人: 孫雅靜

本發明公開一種沿厚度方向梯度材料的制備方法及制備鎂合金的應用，包括在待加工金屬板上布孔，所述的孔內填充預合金的金屬粉末，金屬板的布孔面進行攪拌摩擦加工，使待加工金屬板由布孔面到非布孔面沿厚度呈現溫度梯度變化，且布孔面的溫度高于非布孔面的溫度；本發明在加工過程中調控上表面與下表面冷卻速率差，使得待加工金屬板的溫度場沿厚度方向呈梯度變化，從而實現梯度材料的制備；本發明根據工程實際需求，預設待加工金屬板材合金化所需純金屬粉末的種類及其配比。

技術領域

本發明提出一種梯度材料的制備方法，具體地涉及一種沿厚度方向梯度材料的制備方法及制備鎂合金的應用。

背景技術

功能梯度材料(Functionally gradient materials,FGM)是指組分、結構、物理參數和物理、化學等單一或復合性能都呈連續變化，從而使材料性質和功能也呈梯度變化，以適應不同環境，實現某一特殊功能的新型復合材料。由于FGM具有一般復合材料無法比擬的優點，通過金屬、陶瓷、高分子等物質的巧妙結合，在各種對材料有特殊要求的領域有著廣闊的應用前景，受到世界各國的高度重視。

FGM制備方法有很多種，使用的原料可以是氣相、液相或固相，通過物理或化學方法來獲得所需要的梯度組成。其中比較基礎、有代表性的有粉末冶金法、等離子噴涂法、激光熔覆法、氣相沉積法等。上述FGM制備方法存在諸多問題，需要加以克服。粉末冶金法制備功能梯度材料存在工序復雜、成本較高等問題。等離子噴涂法制備功能梯度材料存在梯度涂層與基體間的結合強度不高，涂層組織不均勻、空洞疏松、表面粗糙等缺點。激光熔覆法制備功能梯度材料存在制備工藝及設備比較復雜昂貴等問題。氣相沉積法制備功能梯度材料存在沉積速度慢，不能連續控制成分分布，且不能制備大厚度的塊材。

發明內容

針對上述技術中存在的問題，本發明提供了一種沿厚度方向梯度材料的制備方法及制備鎂合金的應用，結合攪拌摩擦加工厚度方向上熱輸入特點，通過對厚度方向上的梯度溫度場的控制，實現梯度材料的制備。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種沿厚度方向梯度材料的制備方法，包括在待加工金屬板上布孔，所述的孔內填充預合金的金屬粉末，金屬板的布孔面進行攪拌摩擦加工，使待加工金屬板由布孔面到非布孔面沿厚度呈現溫度梯度變化，且布孔面的溫度高于非布孔面的溫度；

所述孔的深度H_k采用式(一)確認：

式(一)中：R為攪拌頭軸肩半徑；r為攪拌針半徑；h為攪拌針長度；L為待加工金屬板加工方向的長度；ρ_BM為待加工金屬板密度；孔徑為R_k，L_k為孔間距；ρ_y為預合金的金屬粉末密度；

所述孔的孔徑不大于攪拌針直徑的1.5倍，所述孔的孔間距

一種金屬梯度材料，所述的金屬梯度材料采用本發明所述的沿厚度方向梯度材料的制備方法加工得到。

一種沿厚度方向鎂合金梯度材料的制備方法，包括在待加工鎂金屬板上布孔，所述的孔內填充預合金的金屬粉末，鎂金屬板的布孔面進行攪拌摩擦焊，使待加工鎂金屬板由布孔面到非布孔面沿厚度呈現溫度梯度變化，且布孔面的溫度高于非布孔面的溫度；

所述孔的深度H_k采用式(一)確認：

式(一)中：R為攪拌頭軸肩半徑；r為攪拌針半徑；h為攪拌針長度；L為待加工純鎂金屬板加工方向的長度；ρ_BM為待加工純鎂金屬板密度；孔徑為R_k，L_k為孔間距；ρ_y為預合金的金屬粉末密度；

所述孔的孔徑不大于攪拌針直徑的1.5倍，所述孔的孔間距