一种改善搅拌摩擦沉积复合板材边缘弱结合的方法

本发明涉及增材制造，具体涉及一种改善搅拌摩擦沉积复合板材边缘弱结合的方法。

背景技术：

1、近些年，汽车，轮船，轨道交通和航空航天等领域对于结构轻量化的需求不断增加。异种金属混合结构对于实现结构的轻量化具有重要意义。但是传统的异种金属的连接主要采用焊接等方式，很容易在界面处产生连续的金属间化合物(imc)层。通常，金属间化合物都是脆性的，易在界面处产生缺陷，造成异种金属间结合强度低。

2、搅拌摩擦沉积(afsd),源自搅拌摩擦焊接，是一种新兴的固态增材制造技术，近些年被尝试用于金属间的连接。通常情况下异种金属结合界面产生imc主要由于界面上的原子互扩散所驱动的，产生的imc层主要依赖于制造过程的温度历史。而afsd成形过程短，且成形温度相对可控，可以有效避免产生连续的imc层，制造出的异种金属的复合板材具有良好的结合强度。

3、但是，afsd因其有限的原料和刀具尺寸，沉积出来的复合板材宽度有限。在沉积过程中，力和热由中心区域向边缘衰减，造成复合板材边缘存在弱结合的区域。虽然后续机加工可以加工去除边缘部分，但是增加了生产制造工序，且造成材料成本的提高。

4、因此，针对搅拌摩擦沉积复合板材存在边缘弱结合的问题，研究一种改善搅拌摩擦沉积复合板材边缘弱结合的方法，具有十分重要的意义。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提供一种afsd制备复合板材路径叠加的工艺方法，通过该方法可以消除边缘弱结合区域，且有效的提高界面的结合强度。

2、本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种改善搅拌摩擦沉积复合板材边缘弱结合的方法，包括以下步骤：

3、s1、基板表面处理和复材准备；

4、s2、复合板材搅拌摩擦沉积增材制造；

5、s3、后处理。

6、作为优选，步骤s1中，基板表面处理包括对基板表面进行加工，去除表面油污及氧化层。

7、作为优选，步骤s1中，复材采用方棒或圆棒料，复材准备包括表面清洗干净。

8、作为优选，步骤s2中，复合板材搅拌摩擦沉积增材制造包括以下步骤：

9、s21、运行搅拌摩擦沉积增材制造设备，对基材和/或母材进行预热或者下压母材使母材与基材表面接触并产生相对运动进行适当时间的预摩擦，使基材和/或母材发生软化；

10、s22、增材工具头沿设定轨迹移动，保持母材与基材间存在适当的接触压力下或下压速度使软化的母材连续沉积在基材的表面，进行第一道次增材；

11、s23、根据增材宽度设定重叠区域比例，根据重叠区域比例设定重叠轨迹，增材工具头保持与前道次增材有部分搭接，沿重叠轨迹移动，保持母材与基材间存在适当的接触压力下或下压速度使软化的母材连续沉积在基材的表面，进行第二道次的增材；

12、s24、根据需要重复步骤s23，可以实现多道次增材，完成复合板材的大面积的增材制造。

13、作为优选，步骤s23中，重叠区域比例为单道次宽度的0％-50％。

14、作为优选，步骤s22、s23、s24中，母材转速为200rpm～5000rpm，移动速度为1mm/s～50mm/s，轴向压力为0.5kn～25kn，下压速度为0.1mm/s～10mm/s。

15、作为优选，步骤s23、s24中，移动方向与前次的移动方向相反。

16、作为优选，步骤s3中，后处理包括热处理、化学处理、机械加工。

17、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

18、1、有效消除afsd制造复合板材所存在的边缘弱结合区域的缺陷；

19、2、可以有效的提高复合板材界面的结合强度。

技术特征：

1.一种改善搅拌摩擦沉积复合板材边缘弱结合的方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的改善搅拌摩擦沉积复合板材边缘弱结合的方法，其特征在于：步骤s23中，重叠区域比例为单道次宽度的0％-50％。

3.根据权利要求1所述的改善搅拌摩擦沉积复合板材边缘弱结合的方法，其特征在于：步骤s22、s23、s24中，母材转速为200rpm～5000rpm，移动速度为1mm/s～50mm/s，轴向压力为0.5kn～25kn，下压速度为0.1mm/s～10mm/s。

4.根据权利要求1所述的改善搅拌摩擦沉积复合板材边缘弱结合的方法，其特征在于：步骤s23、s24中，移动方向与前次的移动方向相反。

5.根据权利要求1所述的改善搅拌摩擦沉积复合板材边缘弱结合的方法，其特征在于：步骤s3中，后处理包括热处理、化学处理、机械加工。

技术总结
本发明涉及一种改善搅拌摩擦沉积复合板材边缘弱结合的方法，包括以下步骤：S1、基板表面处理和复材准备；S2、复合板材搅拌摩擦沉积增材制造；S3、后处理。本发明可以实现复合板材的高质量增材制造，可以消除边缘弱结合区域，且有效的提高界面的结合强度。

技术研发人员：李一迪,李云平,刘晓宏,赖瑞林
受保护的技术使用者：中南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/21