【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及固态增材，尤其是涉及一种固态增材方法。
技术介绍
1、固态增材是采用内部填充耗材棒的空心搅拌工具，带动耗材棒旋转并水平移动，耗材棒在旋转的同时还相对空心搅拌工具向下移动与基材上表面或者已经形成涂层的上表面接触，耗材棒底端与基材相对运动发生剧烈摩擦形变产热，形成塑性形变流后与空心搅拌工具的轴肩作用形成涂层，并涂覆在基材上。
2、一方面，在现有技术中，耗材棒所需下压力过大，难以实现高温合金的固态增材制造。因为固态增材制造技术中热源是耗材棒在旋转下压及空心搅拌工具作用下剧烈形变产热，对于在高温合金等高温性能优异的材料难以实现剧烈形变导致固态增材技术无法对其应用。因为以往方法均需要耗材棒受到较大的下压力，方可实现剧烈摩擦产生热，增材过程热源在耗材棒端面和空心搅拌工具端面，而较大的下压力使得耗材棒长度被限制。
3、另一方面，现有技术难以实现对固态增材制造中温度的控制。温度控制于固态增材工具的寿命非常重要，如固态增材过程发生热积累会影响搅拌头寿命，及增材产品的性能，后一涂层温度过高影响前一涂层的微观结构以至于构件整体性能。
4、其次，现有的固态增材制造技术中，耗材棒的转速及空心搅拌工具的转速需要一致，导致焊接速度等参数范围不大，且对于搅拌过程来说并非最优参数。
5、此外，之前固态增材制造所用耗材棒长度太短，需要频繁的更换耗材棒导致效率低下，难以一次性制备尺寸较大的涂层。
6、此外，固态增材技术制备的涂层会出现涂覆层并不在搅拌工具中心线位置，而会向前进侧偏移的效应，不利
技术实现思路
1、本专利技术提供一种固态增材方法，至少解决现有技术中耗材棒所需下压力过大，难以实现高温合金的固态增材制造的问题。
2、为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：
3、提供一种固态增材方法，利用耗材棒在基础面上形成涂层，所述基础面包括基材的上表面或已经形成涂层的上表面，该固态增材方法包括以下步骤：
4、将耗材棒设于空心搅拌工具中，所述耗材棒为圆形；
5、根据涂层高度设定所述空心搅拌工具底面与基础面之间的间隙；
6、通过第一转速驱动所述空心搅拌工具旋转；
7、通过第二转速驱动所述耗材棒旋转，所述第二转速与所述第一转速的角速度不同从而形成差速，使得所述耗材棒与所述空心搅拌工具内壁摩擦产生热形变，在所述空心搅拌工具中得到塑性形变流，所述塑性形变流的温度低于耗材棒的熔点温度；
8、下压所述耗材棒使所述塑性形变流与所述基础面摩擦接触；
9、平移空心搅拌工具并搅拌基础面使得所述塑性形变流在所述基础面上形成涂层。
10、可选地，所述空心搅拌工具的内壁下部为向外扩张的喇叭口，以将空心搅拌工具的内壁的所受到的耗棒材膨胀产生的反作用力分解为横向力与竖向力。
11、可选地，所述向外扩张的角度为0.1-7度。
12、可选地，在所述将耗材棒设于空心搅拌工具中之后，还包括：
13、获取所述空心搅拌工具和/或所述空心搅拌工具中的耗材棒的实时温度；
14、判断实时温度是否低于预设温度，若是，则加热所述空心搅拌工具和/或所述空心搅拌工具中的耗材棒，使所述耗材棒产生塑性形变流。
15、可选地，所述加热步骤采用电感加热器、火焰喷射加热、激光加热、超声波震动加热、等离子体喷射加热或者电弧加热中的至少一种方式加热所述空心搅拌工具和/或所述空心搅拌工具中的耗材棒。
16、可选地，所述方法还包括：
17、获取所述空心搅拌工具和/或所述空心搅拌工具中的耗材棒的实时温度；
18、判断实时温度是否高于预设温度，若是，则冷却所述空心搅拌工具的底面，以调节所述塑性形变流的温度；
19、可选地，采用气冷方式冷却所述空心搅拌工具的底面。
20、可选地，所述第一转速与第二转速同向，且所述第一转速低于所述第二转速。
21、可选地，所述第一转速与所述第二转速的转动方向相反，使所述耗材棒的前进侧的塑性形变流被所述空心搅拌工具反向推至所述空心搅拌工具的前进侧。
22、可选地，所述下压所述耗材棒使所述塑性形变流与所述基础面摩擦接触的步骤包括：
23、径向支撑所述耗材棒的中部后，下压所述耗材棒使所述塑性形变流与所述基础面摩擦接触。
24、可选地，所述下压所述耗材棒使所述塑性形变流与所述基础面摩擦接触的步骤包括：
25、径向支撑所述耗材棒的上端后，下压所述耗材棒顶端使所述塑性形变流与所述基础面摩擦接触。
26、可选地，所述喇叭口的内壁设有波纹，和/或所述空心搅拌工具的底面为非平面。
27、可选地，其特征在于，所述空心搅拌工具的底部可拆卸连接有至少一个搅拌针。
28、可选地，所述耗材棒的材质为金属合金材料、金属-陶瓷复合材料或有机材料。
29、可选地，所述方法还包括：
30、冷却所述基材，以冷却所述涂层的温度。
31、本专利技术具有的有益效果是：
32、一方面，由于空心搅拌工具旋转速度和耗材棒旋转速度不同，第二转速与所述第一转速的角速度不同从而形成差速，使得所述耗材棒与所述空心搅拌工具内壁摩擦产生热形变。使得耗材棒在并未抵达基础面之前就已经形成塑性形变流。此时，耗材棒不需要受到很大的下压力即可形成塑性形变流。此方法使得耗材棒材料软化的热量不必再像现有技术中完全依靠耗材棒与基础面的摩擦剧烈形变产热，因此可以显著降低增材涂层所需下压力。并且由于差速的存在，可以加快耗材棒的转速，从而加速摩擦产生更多的热，对于高温合金、钴基合金等高温材料涂层的力学性能、耐蚀性能有提升作用。
33、另一方面，差速可以将空心搅拌工具旋转速度和耗材棒旋转速度调节到最优的转速范围，在空心搅拌工具内即产生塑性形变流，可以实现空心搅拌工具平移速度加快，以及各涂层间搅拌效果的优化，提升了固态增材效率及涂层的力学性能。
34、此外，加热步骤可提供额外热输入促进高温合金材料的软化，从而实现增材制造目的。由于额外的热量输入，不但使得对低熔点合金(铝合金、鎂合金、铜合金)及其复合材料的固态增材成型具有明显有益效果，也使得其他高熔点合金(如不锈钢、钛合金、镍基合金、高中熵合金、钴基合金)及其陶瓷或硬质合金为加強相的复合材料在固态增材过程中需要较小的下压力即可成功制备。
35、现有的固态增材调温方法调的是焊接参数，比如转速，进给速度和间隙距离等，来调节塑性形变流的温度，降温响应不够灵敏。本专利技术在传统方法基础上，采取的加热和冷却是可以直接作用空心搅拌工具上，冷却响应时间更短，对温度的控制更灵敏。
36、此外，通过控制基材温度，可以将固态增材的累积的过多热量带走，防止出现基材或下方构件因为过热导致软化，无法为固态增材过程提供足够刚性支撑导致增材失败的问题。
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1.一种固态增材方法，利用耗材棒在基础面上形成涂层，所述基础面包括基材的上表面或已经形成涂层的上表面，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的固态增材方法，其特征在于，所述空心搅拌工具的内壁下部为向外扩张的喇叭口，以将空心搅拌工具的内壁的所受到的耗棒材膨胀产生的反作用力分解为横向力与竖向力。
3.根据权利要求2所述的固态增材方法，其特征在于，所述向外扩张的角度为0.1-7度。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的固态增材方法，其特征在于，在所述将耗材棒设于空心搅拌工具中之后，还包括：
5.根据权利要求4所述的固态增材方法，其特征在于，所述加热步骤采用电感加热器、火焰喷射加热、激光加热、超声波震动加热、等离子体喷射加热或者电弧加热中的至少一种方式加热所述空心搅拌工具和/或所述空心搅拌工具中的耗材棒。
6.根据权利要求1-3或5任意一项所述的固态增材方法，其特征在于，所述方法还包括：
7.根据权利要求1-3任意一项所述的固态增材方法，其特征在于：
8.根据权利要求1-3任意一项所述的固态增
9.根据权利要求1-3任意一项所述的固态增材方法，其特征在于，所述下压所述耗材棒使所述塑性形变流与所述基础面摩擦接触的步骤包括：
10.根据权利要求1-3或9任意一项所述的固态增材方法，其特征在于，所述下压所述耗材棒使所述塑性形变流与所述基础面摩擦接触的步骤包括：
11.根据权利要求2或3所述的固态增材方法，其特征在于：
12.根据权利要求1-3任意一项所述的固态增材方法，其特征在于，所述空心搅拌工具的底部可拆卸连接有至少一个搅拌针。
13.根据权利要求1-3任意一项所述的固态增材方法，其特征在于，所述耗材棒的材质为金属合金材料、金属-陶瓷复合材料或有机材料。
14.根据权利要求1-3任意一项所述的固态增材方法，其特征在于，所述方法还包括：
...【技术特征摘要】
1.一种固态增材方法，利用耗材棒在基础面上形成涂层，所述基础面包括基材的上表面或已经形成涂层的上表面，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的固态增材方法，其特征在于，所述空心搅拌工具的内壁下部为向外扩张的喇叭口，以将空心搅拌工具的内壁的所受到的耗棒材膨胀产生的反作用力分解为横向力与竖向力。
3.根据权利要求2所述的固态增材方法，其特征在于，所述向外扩张的角度为0.1-7度。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的固态增材方法，其特征在于，在所述将耗材棒设于空心搅拌工具中之后，还包括：
5.根据权利要求4所述的固态增材方法，其特征在于，所述加热步骤采用电感加热器、火焰喷射加热、激光加热、超声波震动加热、等离子体喷射加热或者电弧加热中的至少一种方式加热所述空心搅拌工具和/或所述空心搅拌工具中的耗材棒。
6.根据权利要求1-3或5任意一项所述的固态增材方法，其特征在于，所述方法还包括：
【专利技术属性】
技术研发人员：郭达伟，李文晓，朱志雄，徐晓霞，汪虎，杨国舜，郭志达，谭立武，
申请(专利权)人：澳门发展及质量研究所，
类型：发明
国别省市：
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