多丝同步搅拌增材制造高熵合金的系统技术方案

本实用新型专利技术提供一种多丝同步搅拌增材制造高熵合金的系统，将不同种类的金属丝材通过导丝机构同步送入搅拌头，再通过挤压收缩，形成实心焊丝后继续向下运输至待增材表面，以保证送丝的同时对合金进行搅拌增材制造，得到组织细化的高熵合金；再进行固溶热处理，从而得到组织均匀化的高熵合金，其比强度、抗断裂能力、抗拉强度、抗腐蚀及抗氧化特性等都比传统合金优异。合金优异。合金优异。

【技术实现步骤摘要】
多丝同步搅拌增材制造高熵合金的系统


[0001]本技术涉及有色金属材料加工
，具体而言涉及一种多丝同步搅拌增材制造高熵合金的系统。

技术介绍

[0002]高熵合金是由五种或五种以上等量或大约等量金属形成的合金，由于具备非常高的混合熵，使抑制了金属间化合物的形成，在耐磨性、强度、热稳定性、抗疲劳和断裂性、磁性等方面都表现出色。
[0003]传统制备高熵合金的方法主要是真空电弧熔炼法、机械合金化法、磁控溅射法等，存在尺寸形状受限，成分偏析严重等问题，容易产生冷裂、缩孔等缺陷，对制备的高熵合金的性能造成严重的不良影响。
[0004]增材制造技术与传统的减材加工思路相反，是利用高能能量源将材料逐点熔化，逐层堆积，直接成形。增材制造技术自出现以来，凭借加工周期短、生产效率高、可实现高柔性生产等优势得到了广泛关注，主要制备方法包括3D打印、磁控溅射和定向凝固等。常用的金属增材制造方法包括电弧、电子束和激光增材制造，三种技术具有各自的优势和使用范围，均能较好的实现材料的增材制造。
[0005]公开号为CN112894075A的中国专利公开了一种多丝等离子弧增材制造高熵合金的方法，采用等离子弧为热源，熔化多丝焊丝，多丝焊丝通过绞合的组件进行配方绞合，突破了通过熔化金属粉末来进行高熵合金的增材制造，使用各种常见的合金丝材作为原料进行绞合均匀高熵合金的增材制造，使高熵合金的增材制造的成本大大降低，增材的效率大幅度提升。但由于合金组成的复杂性以及各元素熔点的巨大差异，在熔融固化和冷却过程中会发生明显的元素偏析，与传统合金相比，铸态样品会有明显的铸造缺陷，需要进行后续处理。
[0006]公开号为CN109317671A的中国专利公开了一种激光增材制备高熵合金的方法，通过逐层改变每个沉积层的工艺参数，使所制备的合金心部和外部拥有不同力学性能，可以获得高性能、无缺陷的功能梯度块状高熵合金，解决沉积层间结合强度低、界面缺陷等问题；沉积结束后再进行热等静压处理，消除激光增材制造的样品内部的孔隙、微裂纹和残余热应力等，提高其机械性能。但是激光增材制造的过程中，仍然存再因熔融固化和冷却过程发生明显的元素偏析问题，同时存在原料价格贵，合金粉末利用率低，增材效率低等缺点，限制了高熵合金在工业中的应用。

技术实现思路

[0007]本技术目的在于针对现有技术的不足，提供一种多丝同步搅拌增材制造高熵合金的系统，通过将所需金属丝材送进搅拌头，同步进行搅拌摩擦予以增材，改善了所得的高熵合金中的成分偏析问题，并获得细化的组织结构，并通过固溶热处理得到均匀化组织，提高力学性能，实现材料增强增韧的效果。
[0008]根据本技术目的的第一方面，提供一种多丝同步搅拌增材制造高熵合金的系统，包括：
[0009]送丝系统，用于向基板上的待增材区表面输送多种材质的金属丝材；
[0010]搅拌摩擦增材制造系统，包括搅拌头，搅拌头包括依次连接的连接部、轴肩部和搅拌针；
[0011]连接部内设有导丝机构，导丝机构嵌合在连接部的内部，且导丝机构与连接部之间设有轴承，通过轴承使导丝机构保持静止状态；
[0012]导丝机构的第一端面上设有多个导丝孔，每一种金属丝材从对应的一个导丝孔进入导丝机构，并沿着导丝机构内部的倒锥形的空腔向下输送并聚拢，聚拢的金属丝材进入空腔尖端处设置的收聚机构，通过收聚机构将聚拢的金属丝材收缩聚合，并继续输送至导丝机构第二端面的第一孔位内；
[0013]轴肩部内设有贯穿的第二孔位，第二孔位与第一孔位形成连通，收缩聚合的金属丝材从第一孔位进入轴肩部内，并沿着第二孔位输送至待增材区的表面；
[0014]搅拌针设于轴肩部远离连接部的端面上，且设于第二孔位的两侧，用于促进周围材料的流动；
[0015]搅拌摩擦增材制造系统与控制驱动系统连接，控制驱动系统被设置成对从轴肩部内输出的丝材进行搅拌摩擦增材制造高熵合金，从而改善高熵合金在制备过程中发生的元素偏析问题，并细化高熵合金的组织。
[0016]可选的，收聚机构包括至少一组夹紧装置，夹紧装置包括内圈、外圈和多个预紧力机构，例如弹簧，弹簧设于内圈和外圈之间，聚拢的金属丝材进入内圈，通过弹簧的反作用力使聚拢的金属丝材收缩聚合。
[0017]可选的，内圈的直径小于聚拢的金属丝材直径。
[0018]可选的，送丝系统包括多个独立的送丝装置，多个送丝装置被设置成按照相同的线速度送丝至导丝机构。
[0019]与现有技术相比，本技术的有益效果在于：
[0020]本技术的多丝同步搅拌增材制造高熵合金的系统，可直接在增材制作时进行合金的成分配比设计，现场进行参数设定并进行搅拌增材，有效改进了工艺制作流程，避免金属材料的浪费，降低了成本且使其增材效率更高；本技术的多丝同步搅拌增材制造高熵合金的系统，可实现在搅拌摩擦增材制造的过程中，将不同种类的金属丝材的同步送入搅拌头内，通过重复地进行搅拌摩擦沉积予以增材，因搅拌摩擦增材制造过程中不存在熔化
‑
凝固过程，避免了熔化
‑
凝固过程中产生的冶金缺陷的特点，明显改善高熵合金的增材制备过程中会发生的元素偏析，得到的高熵合金内部缺陷小、应力小，组织均匀，具有良好的性能。
附图说明
[0021]图1是本技术的多丝同步搅拌增材制造高熵合金的系统的结构示意图。
[0022]图2是本技术的搅拌头的剖面结构示意图。
[0023]图3是本技术的收聚机构的结构示意图。
[0024]图4是本技术的夹紧装置的结构示意图。
[0025]图5是本技术的多丝同步搅拌增材制造高熵合金的加工工艺流程图。
[0026]图6是现有技术制备的高熵合金的元素偏析情况示意图。
[0027]图7是本技术的系统所制备的高熵合金的元素偏析情况示意图。
具体实施方式
[0028]为了更了解本技术的
技术实现思路
，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
[0029]在本公开中参照附图来描述本技术的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本技术的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施。
[0030]结合图1，本技术提供一种多丝同步搅拌增材制造高熵合金的系统，将不同种类的金属丝材通过导丝机构同步送入搅拌头，再通过挤压收缩，形成实心焊丝后继续向下运输至待增材表面，以保证送丝的同时对合金进行搅拌增材制造，得到组织细化的高熵合金；再进行固溶热处理，从而得到组织均匀化的高熵合金，其比强度、抗断裂能力、抗拉强度、抗腐蚀及抗氧化特性等都比传统合金优异。
[0031]如图1所示，在本技术的一个示例性实施例中，提供一种多丝同步搅拌增材制造高熵合金的系统，包括：
[0032]送丝系统10可采用市售的送丝装置11，可根据所需金属种类设置对应数量的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多丝同步搅拌增材制造高熵合金的系统，其特征在于，包括：送丝系统(10)，用于向基板上的待增材区表面输送多种材质的金属丝材；搅拌摩擦增材制造系统(20)，包括搅拌头，所述搅拌头包括依次连接的连接部(21)、轴肩部(22)和搅拌针(23)；连接部内设有导丝机构(211)，所述导丝机构(211)嵌合在连接部的内部，且导丝机构(211)与连接部(21)之间设有轴承(212)，通过轴承(212)使导丝机构(211)保持静止状态；所述导丝机构的第一端面上设有多个导丝孔(211A)，每一种金属丝材从对应的一个导丝孔(211A)进入导丝机构，并沿着导丝机构(211)内部的空腔(211B)向下输送，金属丝材进入空腔(211B)尖端处设置的收聚机构(213)，通过收聚机构(213)将聚拢的金属丝材收缩聚合，并继续输送至导丝机构第二端面的第一孔位(211C)内；轴肩部(22)内设有贯穿的第二孔位(221)，第二孔位(221)与第一孔位(211C)形成连通，收缩聚合的金属丝材从第一孔位(211C)进入轴肩部(22)内，并沿着第二孔位(221)输送至待增材区的表面；搅拌针(23)设于轴肩部(22)远离连接部(21)的端面上，且设于第二孔位(221)的两侧，用于促进周围材料的流动；所述搅拌摩擦增材制造系统(20)与控制驱动系统连接，控制驱动系统被设置成对从轴肩部内输出的丝材进行搅拌摩擦增材制造高熵合金。2.根据权利要求1所述的多丝同步搅拌增材制造高熵合金的系统，其特征在于，所述收聚机构(213)包括至少一组夹紧装置(213A)，所述夹紧装置(213A)包括内圈(213A
‑
1)、外圈(213A
‑
2)和多个设于内圈(213A
‑
1)和外圈(213A
‑
2)之间的预紧...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙中刚，姚家琛，张朝钧，郭艳华，戴国庆，冯亮，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：新型
国别省市：