[发明专利]用于制造金属基质复合材料结构的装置和方法

说明书

本发明涉及用于制造金属基质复合材料(MMC)结构的装置和方法。一种用于形成金属基质复合材料结构的方法包括形成装配件，该装配件包括共享界面的至少两个主相材料块体，在该界面处配置次相材料。该装配件具有长度、宽度和厚度。该方法还包括夹紧装配件，以便实现以下至少一个：推动至少两个块体彼此靠近或者使至少两个块体保持在预定位置。此外，该方法包括使转动的摩擦‑搅拌轴针沿着界面从前边缘至后边缘通过。摩擦‑搅拌轴针具有延伸至少装配件的宽度的混合长度，并且使沿着装配件的长度通过将使次相材料分散进入主相材料内并且将至少两个块体焊接到一起。

技术领域

本公开的实施例总体涉及制造金属基质复合材料(MMC)结构，诸如片材或板材。

背景技术

金属基质复合材料可以在铸造期间通过使第二相/次相粉末分散进入熔融金属内而被生产。然而，使粉末分散进入熔融金属可能是困难的。例如，粉末倾向于漂浮或下沉并且聚簇，这可能造成分布不均匀。即使进行剧烈搅拌，粉末簇也可能难以破坏。在大钢锭的情况下，诸如在用于铝辊轧工艺的直接激冷钢锭铸造的情况下，该问题可能加重。

发明内容

由此，在本文公开的各种实施例中提供了形成MMC结构或部件的改善。

本公开的某些实施例提供了用于形成金属基质复合材料(MMC)结构的方法。该方法包括形成装配件，该装配件包括共享界面的至少两个主相材料块体，在界面处设置次相材料。该装配件具有从前边缘延伸至后边缘的长度、垂直于长度延伸的宽度、和厚度。该方法还包括夹紧装配件，以便实现以下至少一个：推动至少两个块体靠近彼此或者将至少两个块体保持在预定位置。此外，该方法包括使转动的摩擦-搅拌轴针沿该界面从前边缘至后边缘通过。该摩擦-搅拌轴针具有延伸了至少该装配件的宽度的混合长度，并且使转动的摩擦-搅拌轴针沿着该装配件的长度通过将使次相材料分散进入主相材料内并且将至少两个块体焊接到一起。

本公开的某些实施例提供摩擦-搅拌装配件。该摩擦-搅拌装配件包括第一压台和第二压台、第一卡盘和第二卡盘以及摩擦-搅拌轴针。第一压台和第二压台被配置为保持装配件。装配件包括共享界面的主相材料的至少两个块体，其中次相材料被设置在界面处。该装配件具有从前边缘延伸至后边缘的长度、垂直于长度延伸的宽度、和厚度。第一卡盘和第二卡盘被设置在装配件的宽度的相对侧上并且被配置为沿着装配件的长度通过。摩擦-搅拌轴针具有分别被第一卡盘和第二卡盘支撑的第一端和第二端，并且具有延伸了至少该装配件的宽度的混合长度。转动的摩擦-搅拌轴针的通过将使次相材料分散进入主相材料并且将所述至少两个块体焊接到一起。

本公开的某些实施例提供摩擦-搅拌焊接的结构。该结构通过以下方法形成：形成装配件，该装配件包括共享界面的主相材料的至少两个块体，其中次相材料被设置在该界面处，该装配件具有从前边缘延伸至后边缘的长度、垂直于长度延伸的宽度、和厚度；夹紧该装配件，以便实现以下至少一个：推动至少两个块体靠近彼此或者维持至少两个块体位于预定位置；以及使摩擦-搅拌轴针沿该界面从前边缘至后边缘通过，其中摩擦-搅拌轴针具有延伸了至少该装配件宽度的混合长度，其中摩擦-搅拌轴针的通过将使次相材料分散进入主相材料内并将至少两个块体焊接到一起以形成该结构。

附图说明

图1提供了根据本公开的实施例的方法的流程图。

图2提供了根据各种实施例的待被摩擦-搅拌焊接的装配件的示意性侧视图。

图3提供了根据各种实施例的待被摩擦-搅拌焊接的装配件的示意性立体图。

图4提供了根据各种实施例的具有腔体的块体的侧面剖视示意图。

图5描绘了图2的装配件在被夹紧位置的示意性侧视图。

图6描绘了根据各种实施例的摩擦-搅拌轴针的侧面示意图。

图7描绘了图2的装配件正在被摩擦-搅拌焊接的侧面示意图。

图8描绘了图2的装配件被摩擦-搅拌焊接后的示意性侧视图。