【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及搅拌摩擦加工，尤其涉及一种搅拌摩擦加工改性层的制备方法。
技术介绍
1、搅拌摩擦焊(friction stir welding，fsw)是一种固态焊接技术，特别适用于铝合金、镁合金以及铜合金等难以按照热熔焊接(例如：激光焊、电子束焊以及氩弧焊)的材料。搅拌摩擦加工(friction stir processing，fsp)是从fsw技术发展而来，它旨在利用fsw的原理来对原材料表面进行改性，从而提高原材料的服役性能，以适应更高要求的工程场景。
2、应用粉体颗粒作为改性增强的主要材料，使用fsp技术在铝合金等材料上制备改性层，主要分为：打孔重构法和预制层重构法。打孔重构法是先在基材表面通过喷涂等方法涂覆一层预置层，然后通过fsp技术对其进行加工，以实现组织和性能的调控；预制层重构法先在基材表面打孔，然后将粉体填充至孔隙中，最后通过fsp技术加工，使粉体与基材充分混合并形成涂层。尽管通过打孔fsp工艺和前置层fsp工艺在铝合金等材料表面制备改性层是可行的方法，然而两者仅在一些特定领域得到应用，在整个工程行业中应用相对较小。这些方法在规模化的应用上始终面临一些挑战和限制，例如制孔过程和预置层的制备，使其工艺复杂性和成本(主要为额外的设备投入和操作学习成本)大幅增加。
3、与预制层相比，打孔重构法能够获得组织更深更均匀的改性层，这是因为改性层的深度仅受到搅拌摩擦刀具搅拌头部长度的影响，注入改性材料的量级和分布能够随着先期打孔状态(例如：孔径、孔深、孔数以及孔位分布)而调节；预制重构法由于其受到搅拌摩
4、以简化打孔fsp制备铝合金等材料表面改性层的工艺流程，缩短制备流程和操作工序，就能够大幅拓宽fsp表面改性技术的工程应用场景，使其达到更为实用的程度。在fsw工艺中，常会出现一种断焊开裂的组织，常见于异种材料焊接，被称为工具路径开裂。而使用异质材料焊接，是最容易引发开裂缺陷的原因之一。引入这种断焊开裂缺陷组织，替代打孔fsp工艺前置步骤，即可使用一台搅拌摩擦焊设备完成表面改性层制备的一系列流程，大幅提高工业加工效率，使得fsp制备材料表面改性层工艺真正实用化。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是：为了解决现有搅拌摩擦加工工艺制备铝合金等材料表面改性层工艺复杂、成本较高而无法规模化应用的技术问题，本专利技术提供一种搅拌摩擦加工改性层的制备方法，仅使用已有的搅拌摩擦焊接设备完成所有的改性层的制备工序，能够大幅提升搅拌摩擦加工制备改性层的实用性。
2、本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种搅拌摩擦加工改性层的制备方法，包括：
3、通过改性粉体在被加工材料的上表面制备改性层，所述改性层包括：n层第一粉体材料和n层第二粉体材料，n层所述第一粉体材料和n层所述第二粉体材料在所述被加工材料的上表面从下往上依次交替设置；
4、所述改性层的制备方法包括以下步骤：
5、s1、在所述被加工材料的上表面第一次铺装所述第一粉体材料，并采用设定搅拌摩擦焊刀具搅拌摩擦加工参数的所述搅拌摩擦焊刀具对所述被加工材料进行搅拌摩擦加工，使得开裂缺陷主动调控成形；
6、s2、在所述开裂缺陷的上表面第一次灌注填充所述第二粉体材料，并采用控制工艺参数的所述搅拌摩擦焊刀具对所述被加工材料和所述第一粉体材料进行搅拌摩擦加工，使得所述开裂缺陷消除；
7、s3、多次重复上述步骤s1和步骤s2，直至k＝n，以成形组织包含改性材料，成形所述改性层；
8、其中：n≥1，k为当前铺装和灌注填充的次数。
9、由此，通过即有的搅拌摩擦焊接设备能够完成改性层的所有制备工序，无需投入更多的设备，能够降低生产成本、简化改性层的制备步骤，大幅提升搅拌摩擦加工制备改性层的实用性，使得搅拌摩擦加工制备改性层得以大范围推广使用。
10、进一步地，在步骤s1中，所述设定所述搅拌摩擦焊刀具的搅拌摩擦加工参数包括：所述第二粉体材料的转速参数和所述第二粉体材料的进给速度参数。
11、进一步地，所述搅拌摩擦焊刀具的转速为800rpm－1500rpm，所述搅拌摩擦焊刀具的进给速度为20mm/min－100mm/min。由此，搅拌摩擦焊刀具的转速慢、进给速度块，焊接效果欠佳。
12、进一步地，在步骤s2中，所述工艺参数包括：预加热所述被加工材料、所述搅拌摩擦焊刀具的转速、所述搅拌摩擦焊刀具的进给速度、更换所述搅拌摩擦焊刀具以及更换所述搅拌摩擦焊刀具的进给路径。
13、进一步地，所述第一粉体材料采用碳化钨、氧化铝、铜以及镍中的任意一种，所述第二粉体材料采用碳化钨、氧化铝、铜以及镍中的任意一种。
14、进一步地，所述第一粉体材料的材料与所述第二粉体材料的材料相同或者不同。
15、进一步地，所述被加工材料采用铝合金、镁合金、铜合金以及钛合金中的任意一种。
16、进一步地，所述开裂缺陷包括：组织孔洞、表面凹槽、表面裂纹以及隧道缺陷。
17、进一步地，在步骤s1中，所述铺装方式包括：载体铺装、常温铺装、高温铺装以及化学铺装。
18、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
19、通过即有的搅拌摩擦焊接设备能够完成改性层的所有制备工序，无需投入更多的设备，能够降低生产成本、简化改性层的制备步骤，大幅提升搅拌摩擦加工制备改性层的实用性，使得搅拌摩擦加工制备改性层得以大范围推广使用。
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1.一种搅拌摩擦加工改性层的制备方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的搅拌摩擦加工改性层的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述设定所述搅拌摩擦焊刀具(5)的搅拌摩擦加工参数包括：
3.根据权利要求2所述的搅拌摩擦加工改性层的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述搅拌摩擦焊刀具(5)的转速为800rpm－1500rpm，所述搅拌摩擦焊刀具(5)的进给速度为20mm/min－100mm/min。
4.根据权利要求1所述的搅拌摩擦加工改性层的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，所述工艺参数包括：预加热所述被加工材料(1)、所述搅拌摩擦焊刀具(5)的转速、所述搅拌摩擦焊刀具(5)的进给速度、更换所述搅拌摩擦焊刀具(5)以及更换所述搅拌摩擦焊刀具(5)的进给路径。
5.根据权利要求1所述的搅拌摩擦加工改性层的制备方法，其特征在于，所述第一粉体材料(3)采用碳化钨、氧化铝、铜以及镍中的任意一种，所述第二粉体材料(4)采用碳化钨、氧化铝、铜以及镍中的任意一种。
6.根据权利要求5所述的搅拌摩擦加工改性层的制备方法，其
7.根据权利要求1所述的搅拌摩擦加工改性层的制备方法，其特征在于，所述被加工材料(1)采用铝合金、镁合金、铜合金以及钛合金中的任意一种。
8.根据权利要求1所述的搅拌摩擦加工改性层的制备方法，其特征在于，所述开裂缺陷(6)包括：组织孔洞、表面凹槽、表面裂纹以及隧道缺陷。
9.根据权利要求1所述的搅拌摩擦加工改性层的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述铺装方式包括：载体铺装、常温铺装、高温铺装以及化学铺装。
...【技术特征摘要】
1.一种搅拌摩擦加工改性层的制备方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的搅拌摩擦加工改性层的制备方法，其特征在于，在步骤s1中，所述设定所述搅拌摩擦焊刀具(5)的搅拌摩擦加工参数包括：
3.根据权利要求2所述的搅拌摩擦加工改性层的制备方法，其特征在于，在步骤s1中，所述搅拌摩擦焊刀具(5)的转速为800rpm－1500rpm，所述搅拌摩擦焊刀具(5)的进给速度为20mm/min－100mm/min。
4.根据权利要求1所述的搅拌摩擦加工改性层的制备方法，其特征在于，在步骤s2中，所述工艺参数包括：预加热所述被加工材料(1)、所述搅拌摩擦焊刀具(5)的转速、所述搅拌摩擦焊刀具(5)的进给速度、更换所述搅拌摩擦焊刀具(5)以及更换所述搅拌摩擦焊刀具(5)的进给路径。
5.根据权利要求1所述的搅拌摩擦加...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙泽，刘麟，潘海军，李京，赵玉杰，张镇，刘雅玄，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：
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