[实用新型]一种搅拌摩擦装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及材料加工与制备技术领域，更具体地说，涉及一种搅拌摩擦装置。

背景技术

搅拌摩擦加工(FSP)是在搅拌摩擦焊技术(FSW)基础上发展起来的一种材料加工与制备技术。其工作过程和原理与搅拌摩擦焊类似，由轴肩和搅拌针组成的搅拌工具在搅拌摩擦择机的驱动下高速旋转，使搅拌针插入到待加工的工件中，当轴肩与工件表面接触并保持一定时间后，搅拌工具开始沿加工方向运动。在此过程中，搅拌工具与工件表面的摩擦引起温升使材料软化，同时在搅拌针的作用下，材料发生剧烈的塑性变形和材料混合，最后在轴肩施加的锻造力的作用下，形成无缺陷的损拌区。

搅拌工具由轴肩和搅拌针组合而成，搅拌针的主要作用是使材料在过程中充分搅拌，同时控制搅拌工具周围材料的流动方向。最初的搅拌针主要为带螺纹结构的圆柱形和圆锥形。后来，为了改善材料流动性能，许多公司和研究者相继开发了多种新型的搅拌工具。轴肩在过程中主要有两个作用：(1)与工件表面摩擦产生热量；(2)提供自封闭的环境，防止塑化的金属从搅拌区溢出。

目前，采用搅拌摩擦加工方法制备复合材料的工艺中，增强相的加入方式主要有：在基板上打孔或开设沟槽；通过喷涂的方式在基板上先形成高体积分数的复合材料层通过粉末冶金的方法预先复合。近几年出现了水下搅拌摩擦加工技术(Submerged friction stir processing,SFSP)，它是指整个搅拌摩擦加工过程都在水下进行。有研究表明，即使在水下进行搅拌摩擦焊接，也是可以产生足够的热量来成功焊接合金。

已有的搅拌摩擦工艺在合金板材表面制备复合材料的工艺需要对板材表面进行复杂的预处理，例如在板材表面需事先开设沟槽、喷涂甚至进行粉末冶金工艺，因而大大提高了加工成本。

综上所述，如何有效地解决搅拌摩擦工艺在合金板材表面制备复合材料的工艺加工成本高等问题，是目前本领域技术人员急需解决的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种搅拌摩擦装置，该搅拌摩擦装置的结构设计可以有效地解决搅拌摩擦工艺在合金板材表面制备复合材料的工艺加工成本高的问题。

为了达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种搅拌摩擦装置，包括轴肩、搅拌针和搅拌杆；所述搅拌杆具有用于增强颗粒流通的孔隙通道，所述轴肩具有与所述孔隙通道连通的中空内腔，且所述轴肩的摩擦面设置有玫瑰曲线状的凸起花纹，所述摩擦面上对应所述玫瑰曲线的每个花瓣内部均开设有与所述中空内腔连通的导流孔，所述搅拌针位于所述玫瑰曲线的中心。

优选地，上述搅拌摩擦装置中，所述导流孔的孔径向所述摩擦面底端方向渐缩。

优选地，上述搅拌摩擦装置中，每个所述花瓣内部均开设有多个所述导流孔。

优选地，上述搅拌摩擦装置中，所述孔隙通道的侧壁设置有陶瓷防腐涂层。

优选地，上述搅拌摩擦装置中，所述花纹的顶部设置有连通所述花瓣内部与所述花瓣外部的通孔。

优选地，上述搅拌摩擦装置中，所述搅拌杆的顶端设置有密闭的浆料箱，所述孔隙通道与所述浆料箱连通，所述浆料箱设置有超声波震荡装置。

优选地，上述搅拌摩擦装置中，所述浆料箱与所述搅拌摩擦装置的集液槽通过管路连通，且所述管路内设置有循环泵。

优选地，上述搅拌摩擦装置中，所述浆料箱内添加有纳米增强颗粒与水。

优选地，上述搅拌摩擦装置中，所述搅拌杆通过位于工作台架上的工作电机带动以相对被加工件移动。

本实用新型提供的搅拌摩擦装置包括轴肩、搅拌针和搅拌杆。其中，搅拌杆具有用于介质流通的孔隙通道，轴肩具有与孔隙通道连通的中空内腔，且轴肩的摩擦面设置有玫瑰曲线状的凸起花纹，摩擦面上对应玫瑰曲线的每个花瓣内部均开设有与中空内腔连通的导流孔，搅拌针位于玫瑰曲线的中心。

应用本实用新型提供的搅拌摩擦装置，搅拌摩擦头的轴肩带有玫瑰花瓣曲线的凸起花纹，凸起花纹内部的凹陷部分带有导流孔，因此，增强颗粒可在流体的带动下经过搅拌杆的孔隙通道进入轴肩的中空内腔，再流出轴肩上的导流孔，在轴肩和搅拌针的带动下涂覆在合金表面，参与搅拌摩擦加工。由于花纹的外壁为凸起部分，且为玫瑰花瓣曲线，因此，可以在搅拌过程中将悬浊液中的大部分纳米增强颗粒有效的存留在花瓣内部。因此，通过上述搅拌摩擦装置，制备金属表面复合强化层时，并不需要对合金板材表面进行预处理，直接进行搅拌摩擦加工即可，大大简化加工程序，缩短了加工时间。

附图说明