【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及金属基复合材料制备加工领域，尤其涉及一种超声辅助搅拌摩擦加工制备镁基复合材料的方法。
技术介绍
1、随着镁合金应用过程中对性能要求的不断提高，其应用过程中的强度、硬度、韧性以及耐磨性也越来越受到重视，提高镁合金的各项性能已经成为现代工业领域至关重要的环节。将陶瓷颗粒作为增强体制备的镁基复合材料，其硬度、韧性、耐磨性以及抗腐蚀性明显提高，在汽车、航空、3c等领域受到了广泛关注。然而，随着陶瓷颗粒尺寸的减小至纳米尺度，陶瓷颗粒就容易发生团聚，进而降低复合材料的性能，因此，如何将纳米陶瓷颗粒均匀分散在镁基体中是制备高强度高塑性镁基复合材料的关键问题。
2、镁基复合材料的制备工艺有很多种，如搅拌铸造法、粉末冶金法、喷射沉积法和搅拌摩擦加工法等。搅拌摩擦加工是一种源于搅拌摩擦焊接的金属材料的塑性变形工艺。在搅拌摩擦加工过程中，材料在搅拌头的高速旋转下发生剧烈的塑性变形，且搅拌头和材料摩擦产生的高温促进了动态再结晶的发生。搅拌摩擦加工能够调控镁合金的组织和织构，从而提高镁合金的性能。同时，基于搅拌摩擦加工对材料的搅拌作用，搅拌摩擦加工也可用于制备镁基复合材料。然而，由于搅拌摩擦加工过程中材料流动的不均匀性，采用搅拌摩擦加工制备的镁基复合材料中的增强颗粒也具有明显的不均匀性，严重影响复合材料的力学性能。因此，为增强颗粒均匀分布到镁基体中，采用搅拌摩擦加工制备出高强度高塑性镁基复合材料，需对传统搅拌摩擦加工制备镁基复合材料的工艺进行改进。
技术实现思路
1、专利技术目的：
2、技术方案：本专利技术所公开的超声辅助搅拌摩擦加工制备镁基复合材料的方法，包括以下步骤：
3、s1、料板预处理
4、取一块镁合金板作为料板，在料板的中间加工出一道凹槽；
5、s2、添加增强相材料
6、将陶瓷颗粒粉末作为增强相材料填入凹槽；
7、s3、封粉
8、采用无针平面搅拌头沿着凹槽中心加工，控制好搅拌头的下压量，通过搅拌头使凹槽两侧材料产生变形，变形的材料填充凹槽表面，将陶瓷颗粒粉末封在凹槽内部；
9、s4、超声辅助搅拌摩擦加工
10、采用有针搅拌头沿着凹槽中心进行搅拌摩擦加工，搅拌摩擦加工过程中加入超声辅助振动装置，加工分为多道次，每道次保持搅拌头旋转速度、进给速度、下压量参数不变，改变旋转方向；
11、s5、获得镁基复合材料
12、加工完成后获得相应的搅拌区，该搅拌区材料即为陶瓷颗粒均匀分布的镁基复合材料。
13、其中，s1中所述凹槽深度为2-4 mm，宽度为1-3 mm。
14、进一步的，s2中所述陶瓷颗粒粉末为sic、b4c、tic中的一种，颗粒直径为40-100nm。
15、进一步的，s3中将粉末填充到凹槽中后，采用平面搅拌头进行封粉，平面搅拌头轴肩直径为10-18 mm，搅拌头的转速为500-1000 rpm，进给速度为30-80 mm/min。
16、进一步的，s4中所采用的超声辅助振动装置功率为400-800 w，频率为20-60 khz，施加于搅拌针后方的已加工工件上，施振点距搅拌工具30-50 mm，施振角度为30-90°。
17、进一步的，s4中加工分为四道次，每道次有针搅拌头的转速为1200-1800 rpm，进给速度为40-80 mm/min，旋转方向依次分别为逆时针、顺时针、逆时针、顺时针。
18、进一步的，s4中所述有针搅拌头的搅拌针为圆柱形，针长3-5 mm，直径为3-5 mm，搅拌针采用螺纹设计。
19、有益效果：与现有技术相比，本专利技术的优点为：采用平面搅拌头封粉能够将陶瓷粉末限制在板材内部，防止加工时的粉末飞溅，有效降低陶瓷粉末的损耗；采用多道次搅拌摩擦加工，并在加工的过程中施加超声辅助和改变搅拌头的旋转方向，超声能够产生机械效应和热效应，为材料流动提供额外的能量，改变搅拌头旋转方向同样能够促进加工区域材料的充分流动，从而促进陶瓷颗粒在镁基体中的均匀分布，获得颗粒均匀分布的镁基复合材料；均匀分布的陶瓷颗粒能够有效避免裂纹在颗粒聚集区的产生，同时能产生强烈的颗粒增强效应，有效提高镁合金的抗拉强度和塑性。
20、本方法制备工艺简单、加工成本低廉、对环境无污染，可获得高强度高塑性的镁基复合材料。
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1.一种超声辅助搅拌摩擦加工制备镁基复合材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的超声辅助搅拌摩擦加工制备镁基复合材料的方法，其特征在于：S1中所述凹槽深度为2-4 mm，宽度为1-3 mm。
3.根据权利要求1所述的超声辅助搅拌摩擦加工制备镁基复合材料的方法，其特征在于：S2中所述陶瓷颗粒粉末为SiC、B4C、TiC中的一种，颗粒直径为40-100 nm，纯度99%以上。
4.根据权利要求1所述的超声辅助搅拌摩擦加工制备镁基复合材料的方法，其特征在于：S3中将粉末填充到凹槽中后，采用平面搅拌头进行封粉，平面搅拌头轴肩直径为10-18mm，搅拌头的转速为500-1000 rpm，进给速度为30-80 mm/min。
5.根据权利要求1所述的超声辅助搅拌摩擦加工制备镁基复合材料的方法，其特征在于：S4中所采用的超声辅助振动装置功率为400-800 W，频率为20-60 kHz，施加于搅拌针后方的已加工工件上，施振点距搅拌工具30-50 mm，施振角度为30-90°。
6.根据权利要求1所述的超声辅助搅
7.根据权利要求1所述的超声辅助搅拌摩擦加工制备镁基复合材料的方法，其特征在于：S4中所述有针搅拌头的搅拌针为圆柱形，针长3-5 mm，直径为3-5 mm，搅拌针采用螺纹设计。
...【技术特征摘要】
1.一种超声辅助搅拌摩擦加工制备镁基复合材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的超声辅助搅拌摩擦加工制备镁基复合材料的方法，其特征在于：s1中所述凹槽深度为2-4 mm，宽度为1-3 mm。
3.根据权利要求1所述的超声辅助搅拌摩擦加工制备镁基复合材料的方法，其特征在于：s2中所述陶瓷颗粒粉末为sic、b4c、tic中的一种，颗粒直径为40-100 nm，纯度99%以上。
4.根据权利要求1所述的超声辅助搅拌摩擦加工制备镁基复合材料的方法，其特征在于：s3中将粉末填充到凹槽中后，采用平面搅拌头进行封粉，平面搅拌头轴肩直径为10-18mm，搅拌头的转速为500-1000 rpm，进给速度为30-80 mm/min。
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【专利技术属性】
技术研发人员：彭金华，方涛，芦笙，王泽鑫，陈靓瑜，臧千昊，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：
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