[发明专利]一种沿厚度方向梯度材料的制备方法及制备镁合金的应用

说明书

本发明公开一种沿厚度方向梯度材料的制备方法及制备镁合金的应用，包括在待加工金属板上布孔，所述的孔内填充预合金的金属粉末，金属板的布孔面进行搅拌摩擦加工，使待加工金属板由布孔面到非布孔面沿厚度呈现温度梯度变化，且布孔面的温度高于非布孔面的温度；本发明在加工过程中调控上表面与下表面冷却速率差，使得待加工金属板的温度场沿厚度方向呈梯度变化，从而实现梯度材料的制备；本发明根据工程实际需求，预设待加工金属板材合金化所需纯金属粉末的种类及其配比。

技术领域

本发明提出一种梯度材料的制备方法，具体地涉及一种沿厚度方向梯度材料的制备方法及制备镁合金的应用。

背景技术

功能梯度材料(Functionally gradient materials,FGM)是指组分、结构、物理参数和物理、化学等单一或复合性能都呈连续变化，从而使材料性质和功能也呈梯度变化，以适应不同环境，实现某一特殊功能的新型复合材料。由于FGM具有一般复合材料无法比拟的优点，通过金属、陶瓷、高分子等物质的巧妙结合，在各种对材料有特殊要求的领域有着广阔的应用前景，受到世界各国的高度重视。

FGM制备方法有很多种，使用的原料可以是气相、液相或固相，通过物理或化学方法来获得所需要的梯度组成。其中比较基础、有代表性的有粉末冶金法、等离子喷涂法、激光熔覆法、气相沉积法等。上述FGM制备方法存在诸多问题，需要加以克服。粉末冶金法制备功能梯度材料存在工序复杂、成本较高等问题。等离子喷涂法制备功能梯度材料存在梯度涂层与基体间的结合强度不高，涂层组织不均匀、空洞疏松、表面粗糙等缺点。激光熔覆法制备功能梯度材料存在制备工艺及设备比较复杂昂贵等问题。气相沉积法制备功能梯度材料存在沉积速度慢，不能连续控制成分分布，且不能制备大厚度的块材。

发明内容

针对上述技术中存在的问题，本发明提供了一种沿厚度方向梯度材料的制备方法及制备镁合金的应用，结合搅拌摩擦加工厚度方向上热输入特点，通过对厚度方向上的梯度温度场的控制，实现梯度材料的制备。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种沿厚度方向梯度材料的制备方法，包括在待加工金属板上布孔，所述的孔内填充预合金的金属粉末，金属板的布孔面进行搅拌摩擦加工，使待加工金属板由布孔面到非布孔面沿厚度呈现温度梯度变化，且布孔面的温度高于非布孔面的温度；

所述孔的深度H_k采用式(一)确认：

式(一)中：R为搅拌头轴肩半径；r为搅拌针半径；h为搅拌针长度；L为待加工金属板加工方向的长度；ρ_BM为待加工金属板密度；孔径为R_k，L_k为孔间距；ρ_y为预合金的金属粉末密度；

所述孔的孔径不大于搅拌针直径的1.5倍，所述孔的孔间距

一种金属梯度材料，所述的金属梯度材料采用本发明所述的沿厚度方向梯度材料的制备方法加工得到。

一种沿厚度方向镁合金梯度材料的制备方法，包括在待加工镁金属板上布孔，所述的孔内填充预合金的金属粉末，镁金属板的布孔面进行搅拌摩擦焊，使待加工镁金属板由布孔面到非布孔面沿厚度呈现温度梯度变化，且布孔面的温度高于非布孔面的温度；

所述孔的深度H_k采用式(一)确认：

式(一)中：R为搅拌头轴肩半径；r为搅拌针半径；h为搅拌针长度；L为待加工纯镁金属板加工方向的长度；ρ_BM为待加工纯镁金属板密度；孔径为R_k，L_k为孔间距；ρ_y为预合金的金属粉末密度；

所述孔的孔径不大于搅拌针直径的1.5倍，所述孔的孔间距