本發(fā)明屬于增材制造領(lǐng)域，具體涉及基于增材制造與攪拌摩擦的高強(qiáng)塑鎂合金構(gòu)件及制備方法。

背景技術(shù)：

1、鎂合金由于具有密度低、比強(qiáng)度高、阻尼減振、生物相容性好、體內(nèi)可降解等優(yōu)點(diǎn)，在航空航天、汽車工業(yè)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域應(yīng)用潛力巨大。制造業(yè)的發(fā)展對(duì)低能耗、高效率和高性能的需求越來越高，并且零件結(jié)構(gòu)也逐漸復(fù)雜化。但是，傳統(tǒng)鑄造方式難以制造復(fù)雜結(jié)構(gòu)、不規(guī)則形狀、大型構(gòu)件，因此需要開發(fā)新的成型技術(shù)。

2、增材制造(又稱3d打印)技術(shù)具有無需模具、可自由成形、成形精度高等優(yōu)點(diǎn)，受到了工業(yè)界和商業(yè)界的廣泛關(guān)注，也為成形復(fù)雜零部件提供了一種新的途徑。冷金屬過渡作為電弧熔絲增材制造的一種，具備熱輸入低、成形效率高和設(shè)備要求低等優(yōu)點(diǎn)，是制備大型零部件的首要選擇，在各種金屬成型上得到了廣泛應(yīng)用。但是，由于快速凝固導(dǎo)致的高溫度梯度和復(fù)雜熱循環(huán)導(dǎo)致生成粗大柱狀晶，這會(huì)使得晶界強(qiáng)化的作用降低，且晶界處的應(yīng)力集中會(huì)導(dǎo)致成型構(gòu)件提前斷裂，因此導(dǎo)致成型構(gòu)件性能較低，此外成型構(gòu)件局部或整體在力學(xué)性能上表現(xiàn)出各向異性。因此，如何將粗大柱狀晶轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小等軸晶、細(xì)化晶粒、提高晶界強(qiáng)化作用、減小應(yīng)力集中有效抑制增材制造材料的提前斷裂、局部和整體各向異性和提升構(gòu)件力學(xué)性能和同步提高強(qiáng)塑性是目前亟待解決的技術(shù)難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述技術(shù)難題，本發(fā)明提供基于增材制造與攪拌摩擦的高強(qiáng)塑鎂合金構(gòu)件，它的制備方法包括如下步驟：

2、(1)用砂紙對(duì)鎂合金基板表面進(jìn)行打磨并用無水乙醇進(jìn)行清洗，然后使用吹風(fēng)機(jī)吹干，去除鎂合金基板表面的污漬及氧化層，獲得具有干凈表面的鎂合金基板；

3、(2)將步驟(1)獲得的鎂合金基板固定在增材制造工作臺(tái)上，在保護(hù)氣體下，所述的保護(hù)氣體流量為12-40l/min，用直徑為0.8-4mm的鎂合金焊絲在鎂合金基板上進(jìn)行增材制造，所述的增材制造為：將焊槍與基板之間的垂直距離調(diào)整為6-22mm，焊槍以循環(huán)螺旋擺動(dòng)方式行進(jìn)。所述的擺動(dòng)方式為：擺動(dòng)半徑為3-16mm，在螺旋擺動(dòng)過程中任意相鄰兩個(gè)螺旋中心之間的間隔距離為3-9mm，焊槍的行進(jìn)速度為4-20mm/s，焊接電流為100-170a，焊接電壓為15-30v，送絲速度為5-25m/min；沉積一層后待沉積層冷卻至40-100℃打磨去除雜質(zhì)層后，按照上述增材制造循環(huán)沉積后獲得2-10層鎂合金增材構(gòu)件；再經(jīng)銑平后進(jìn)行攪拌摩擦處理。所述的攪拌摩擦處理為：使用攪拌摩擦設(shè)備在增材構(gòu)件中間沿沉積方向進(jìn)行攪拌摩擦加工，其中攪拌摩擦設(shè)備中的攪拌頭直徑為6-14mm，攪拌頭深度為4-11mm，攪拌頭的轉(zhuǎn)動(dòng)速度為100-2000轉(zhuǎn)/min，攪拌頭的前進(jìn)速度為10-400mm/min，攪拌頭的壓下量為0.2-5mm，然后按照前述的增材制造、銑平和攪拌摩擦處理。如此反復(fù)循環(huán)，最終獲得20-100層基于增材制造與攪拌摩擦的高強(qiáng)塑鎂合金構(gòu)件。

4、進(jìn)一步地，步驟(1)所述的鎂合金為az31鎂合金或az51鎂合金或zk61鎂合金中的一種。進(jìn)一步地，步驟(2)所述的鎂合金焊絲為az31鎂合金焊絲或az51鎂合金焊絲或zk61鎂合金焊絲中的一種；所述的保護(hù)氣體為氬氣或氬氣和氦氣的混合氣體或co2和氬氣的混合氣體；所述的氬氣和氦氣的體積比為1-5:5-9；co2和氬氣的體積比為1-5:95-99。

5、進(jìn)一步地，步驟(2)所述的用直徑為1-3.6mm的鎂合金焊絲在鎂合金基板上進(jìn)行增材制造。進(jìn)一步地，步驟(2)所述的攪拌摩擦設(shè)備中的攪拌頭直徑為7-12mm，攪拌頭深度為4.5-10.5mm，攪拌頭的轉(zhuǎn)動(dòng)速度為120-1900轉(zhuǎn)/min，攪拌頭的前進(jìn)速度為20-390mm/min，攪拌頭的壓下量為0.3-4.9mm。

技術(shù)特征：

1.基于增材制造與攪拌摩擦的高強(qiáng)塑鎂合金構(gòu)件，其特征在于，它的制備方法包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于增材制造與攪拌摩擦的高強(qiáng)塑鎂合金構(gòu)件，其特征在于，步驟(1)所述的鎂合金為az31鎂合金或az51鎂合金或zk61鎂合金中的一種。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于增材制造與攪拌摩擦的高強(qiáng)塑鎂合金構(gòu)件，其特征在于，步驟(2)所述的鎂合金焊絲為az31鎂合金焊絲或az51鎂合金焊絲或zk61鎂合金焊絲中的一種；所述的保護(hù)氣體為氬氣或氬氣和氦氣的混合氣體或co2和氬氣的混合氣體；所述的氬氣和氦氣的體積比為1-5:5-9；co2和氬氣的體積比為1-5:95-99。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于增材制造與攪拌摩擦的高強(qiáng)塑鎂合金構(gòu)件，其特征在于，步驟(2)所述的用直徑為1-3.6mm的鎂合金焊絲在鎂合金基板上進(jìn)行增材制造。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于增材制造與攪拌摩擦的高強(qiáng)塑鎂合金構(gòu)件，其特征在于，步驟(2)所述的攪拌摩擦設(shè)備中的攪拌頭直徑為7-12mm，攪拌頭深度為4.5-10.5mm，攪拌頭的轉(zhuǎn)動(dòng)速度為120-1900轉(zhuǎn)/min，攪拌頭的前進(jìn)速度為20-390mm/min，攪拌頭的壓下量為0.3-4.9mm。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于增材制造領(lǐng)域，提供了基于增材制造與攪拌摩擦的高強(qiáng)塑鎂合金構(gòu)件及制備方法。所述的制備方法為：在鎂合金基板上，采用直徑為0.8?4mm的鎂合金焊絲進(jìn)行增材制造，焊槍以循環(huán)螺旋擺動(dòng)方式行進(jìn)，擺動(dòng)半徑為3?16mm，在螺旋擺動(dòng)過程中任意相鄰兩個(gè)螺旋中心之間的距離為3?9mm，焊槍的行進(jìn)速度為4?20mm/s，焊接電流為100?170A，焊接電壓為15?30V，送絲速度為5?25m/min；獲得2?10層鎂合金構(gòu)件后銑平表面，再在構(gòu)件中間沿沉積方向進(jìn)行攪拌摩擦加工，攪拌頭直徑為6?14mm，深度為4?11mm，轉(zhuǎn)動(dòng)速度為100?2000轉(zhuǎn)/min，前進(jìn)速度為10?400mm/min，壓下量為0.2?5mm。按照前述的增材制造、銑平和攪拌摩擦加工反復(fù)循環(huán)，最終獲得20?100層高強(qiáng)塑鎂合金構(gòu)件，該構(gòu)件具有較高強(qiáng)塑性。

技術(shù)研發(fā)人員：賈海龍,劉偉,王慧遠(yuǎn),查敏,馬品奎
受保護(hù)的技術(shù)使用者：吉林大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/28