[發(fā)明專利]一種高效攪拌制備鋁基復(fù)合材料的裝置與方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202010006890.2
• 申請日: 2020-01-03
• 公開（公告）號: CN111168223A
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉寶勝;曹鳳超;曾元松;趙華夏;吳為
• 申請（專利權(quán)）人: 中國航空制造技術(shù)研究院
• 主分類號: B23K20/12
• 分類號: B23K20/12;F16H1/28;C22F1/04
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本發(fā)明公開了一種高效攪拌制備鋁基復(fù)合材料的裝置與方法，包括行星輪系組件，所述行星輪系組件包括自內(nèi)向外的中心輪、行星輪和行星架，所述中心輪和所述行星架分別與所述行星輪齒輪嚙合，所述行星輪上安裝有攪拌針。中心輪轉(zhuǎn)動通過齒輪帶動行星輪轉(zhuǎn)動，從而帶動行星輪上的攪拌針轉(zhuǎn)動，從而該行星輪系組件既有自轉(zhuǎn)又有公轉(zhuǎn)，在保證了行星輪系組件上的攪拌針轉(zhuǎn)動的同時，也可以實現(xiàn)多攪拌針的周向轉(zhuǎn)動。利用該行星輪系組件進行鋁基復(fù)合材料的制備，可顯著提高鋁基復(fù)合材料的制備效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及金屬材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高效攪拌制備鋁基復(fù)合材料的裝置與方法。

背景技術(shù)

鋁基復(fù)合材料(Aluminum matrix composite，AMC)具有高比強度、高比模量、耐磨、耐腐蝕、疲勞性能好、基頻高等特點。

通常，AMC的制備方法主要有固-液反應(yīng)工藝(自蔓延高溫合成、反應(yīng)熱壓等)、氣-液-固反應(yīng)工藝、固-固反應(yīng)工藝(等溫?zé)崽幚淼?及液-液反應(yīng)工藝，這些傳統(tǒng)工藝制備的AMC通常具有基體組織粗大、疏松孔洞等缺陷、增強相尺寸及分布不均勻、增強相與基體相容性差等特點。

攪拌摩擦加工(Friction stir processing,FSP)是在攪拌摩擦焊(Frictionstir welding,FSW)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種塑性加工技術(shù)，在攪拌摩擦加工過程中，加工工具-攪拌頭旋轉(zhuǎn)著插進被加工材料內(nèi)，利用攪拌頭與被加工材料之間的摩擦熱和塑性形變能，使被加工區(qū)材料熱塑化，并且在攪拌頭的旋轉(zhuǎn)作用下從前部向后部轉(zhuǎn)移過渡，通過頂鍛壓力的作用形成固相加工區(qū)域。攪拌摩擦加工(FSP)的原理是利用攪拌摩擦過程中劇烈的塑性變形與溫升，破碎、均勻混合材料的組織，加速合金元素擴散，產(chǎn)生動態(tài)再結(jié)晶，使材料的微觀結(jié)構(gòu)與化學(xué)組成在極短時間內(nèi)發(fā)生變化，同時實現(xiàn)材料的細化、致密化、均勻化。FSP工藝兼具了AMC制備與細晶處理兩道工序，在成本控制及效率等方面具有明顯優(yōu)勢，該技術(shù)的出現(xiàn)為合成原位自生顆粒、控制基體－增強體界面反應(yīng)、分散基體中的微納米尺寸增強體提供了新途徑。目前，國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)在攪拌摩擦加工制備表面復(fù)合層和制備塊體復(fù)合材料兩個方面取得了進展。為促進攪拌摩擦加工技術(shù)在科研與生產(chǎn)中的應(yīng)用，研究高效的攪拌摩擦加工(FSP)制備方法具有重要意義。

與本發(fā)明相關(guān)的現(xiàn)有AMC制備方法為單針攪拌摩擦加工(FSP)制備方法，如圖1所示。通過在純鋁或鋁合金坯料基體上加工出凹槽或點陣式槽體，將外加增強顆粒加入后，采用FSP方法進行均勻化處理，從而獲得AMC板材。但是，采用單針攪拌摩擦加工制備方法存在攪拌區(qū)域覆蓋率低，軌跡控制困難等問題，從而導(dǎo)致材料制備效率低。

因此，本發(fā)明提供一種高效攪拌制備鋁基復(fù)合材料的裝置與方法來解決上述技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明要解決現(xiàn)有技術(shù)中攪拌區(qū)域覆蓋率低、軌跡控制困難從而導(dǎo)致鋁基復(fù)合材料制備效率低的技術(shù)問題。

(二)技術(shù)方案

本發(fā)明提供了一種高效攪拌制備鋁基復(fù)合材料的裝置，包括行星輪系組件，所述行星輪系組件包括自內(nèi)向外的中心輪、行星輪和行星架，所述中心輪和所述行星架分別與所述行星輪齒輪嚙合，所述行星輪上安裝有攪拌針。

進一步地，所述中心輪上安裝有控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括驅(qū)動機構(gòu)與控制器，所述驅(qū)動機構(gòu)與所述控制器電連接，所述驅(qū)動機構(gòu)的驅(qū)動端與所述中心輪連接。

進一步地，所述攪拌針在所述行星輪的中心。

進一步地，所述攪拌針設(shè)置在所述行星輪的下端面。

進一步地，多個行星輪以中心輪的中心為對稱中心呈中心對稱設(shè)置。

進一步地，所述行星架上具有安裝孔，以便將行星輪系組件安裝在機床夾頭上。