一種鎂合金半固態(tài)堆積成型方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及鎂合金，特指一種鎂合金半固態(tài)堆積成型方法。其特征在于：將鎂合金加入到螺旋流變擠壓裝置，形成鎂合金半固態(tài)漿料，再通過擠出模具將半固態(tài)漿料鋪展到基底材料上，邊加熱邊壓合連接，完成一個(gè)壓接點(diǎn)后采用同樣方法繼續(xù)實(shí)施下一個(gè)壓接點(diǎn)，完成一排后接著進(jìn)行下一排，點(diǎn)與點(diǎn)之間、排與排之間緊密結(jié)合，整個(gè)面堆積完成后在其上重復(fù)上述步驟進(jìn)行下一層的堆積成型，直到達(dá)到需要的厚度。本發(fā)明提出的方法，能有效避免鎂的氧化和揮發(fā)，同時(shí)可減少零部件制造過程中的體積收縮。
【專利說明】一種鎂合金半固態(tài)堆積成型方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及鎂合金，特指一種鎂合金半固態(tài)堆積成型方法。
【背景技術(shù)】
[0002]3D打印技術(shù)是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)；3D打印可以實(shí)現(xiàn)低成本快速制造、非平衡高性能材料制造、難熔難加工產(chǎn)品制造以及多材料復(fù)合等，在縮短新產(chǎn)品開發(fā)周期、降低大型復(fù)雜零部件制造成本、提高產(chǎn)品性能和設(shè)計(jì)靈活性等方面具有突出的優(yōu)勢，適用于單件或定制產(chǎn)品以及貴而難加工、大而復(fù)雜、性能要求高的零件。
[0003]結(jié)構(gòu)材料的輕量化對(duì)于提高能源的利用率、改善裝備的機(jī)動(dòng)性乃至減少環(huán)境污染均具有十分重要的意義，因此采用輕量化材料進(jìn)行3D打印具有特別重要的應(yīng)用價(jià)值。在金屬材料中，鎂合金具有密度低、比強(qiáng)度及比剛度高、電磁屏蔽性能好、易于回收利用等一系列優(yōu)點(diǎn)，被譽(yù)為二十一世紀(jì)的綠色材料；然而，由于鎂的化學(xué)活性高，在高溫下非常容易氧化，同時(shí)由于鎂的沸點(diǎn)和蒸氣壓低，在高溫下鎂還容易揮發(fā)，因此采用常規(guī)的3D打印技術(shù)，如激光選區(qū)沉積方法，非常容易引起鎂的揮發(fā)，不僅不能保證鎂合金的化學(xué)成分，而且也會(huì)使零件難以順利成型；另外，從高溫液體到固體的成型過程還很容易引起較大的體積收縮，導(dǎo)致零部件變形；因此，要成功實(shí)現(xiàn)鎂合金的3D打印，防止因高溫導(dǎo)致鎂的揮發(fā)，并有效降低成型過程中的體積收縮和變形，就需要提出有效的技術(shù)方法。但是，到目前為止，尚未有類似技術(shù)方法的文獻(xiàn)報(bào)道。
[0004]本發(fā)明的目的 是，在比較低的溫度下實(shí)現(xiàn)鎂合金的堆積成型，從而有效避免氧化和揮發(fā)，同時(shí)減少零部件的體積收縮。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提出一種鎂合金半固態(tài)堆積成型方法，其原理是:利用半固態(tài)技術(shù)成型溫度低、半固態(tài)材料在壓力作用下容易相互連接的特點(diǎn)，通過螺旋流變擠壓方法形成鎂合金半固態(tài)漿料，并在塊體材料上邊加熱鋪展邊壓合連接，同時(shí)采用模具限制壓下時(shí)鎂合金材料的位移，避免鎂合金出現(xiàn)開裂，從而實(shí)現(xiàn)鎂合金的堆積成型。
[0006]本發(fā)明提出一種鎂合金半固態(tài)成型方法，其特征在于:將鎂合金加入到螺旋流變擠壓裝置，形成鎂合金半固態(tài)漿料，再通過擠出模具將半固態(tài)漿料鋪展到基底材料上，邊加熱邊壓合連接，完成一個(gè)壓接點(diǎn)后采用同樣方法繼續(xù)實(shí)施下一個(gè)壓接點(diǎn)，完成一排后接著進(jìn)行下一排，點(diǎn)與點(diǎn)之間、排與排之間緊密結(jié)合，整個(gè)面堆積完成后在其上重復(fù)上述步驟進(jìn)行下一層的堆積成型，直到達(dá)到需要的厚度。
[0007]所述的鎂合金，是指直徑為1.0-3.0mm的粒狀或者絲狀常用鎂合金，如AZ91D、AZ6UAS31 等。
[0008]所述的螺旋流變擠壓裝置，是指由模具鋼制作采用雙螺旋形式的半固態(tài)漿料制作裝置，螺旋節(jié)距2飛mm，內(nèi)腔直徑2(T40mm，使用過程中該裝置內(nèi)腔的溫度控制在鎂合金液相線溫度與固相線溫度的平均值上下10°c范圍內(nèi)，螺旋旋轉(zhuǎn)速度為10(T300r/min。
[0009]所述的鎂合金半固態(tài)漿料，是指溫度控制在鎂合金液相線溫度與固相線溫度的平均值上下10°C范圍內(nèi)，液、固兩相均勻混合的鎂合金物料。
[0010]所述的擠出模具，是指熱作模具鋼制作的出口截面為0.5~1.0mmX0.2~0.5mm的
模具，其溫度與鎂合金半固態(tài)漿料保持一致。
[0011]所述的將半固態(tài)漿料鋪展，是指擠出模具出口緊貼在基底材料上，鎂合金半固態(tài)漿料由的擠出模具出口水平擠出并鋪展在基底材料上。
[0012]所述的基底材料，是指與鎂合金成分相同的已經(jīng)加熱到與半固態(tài)漿料相同溫度的塊體材料，其表面平整，厚度為l(Tl5mm，截面尺寸根據(jù)所要制作的最終材料的尺寸確定。
[0013]所述的邊加熱邊壓合連接，是指一邊通過擠出模具對(duì)基底材料或者已壓合出的鎂合金進(jìn)行加熱，一邊采用壓合模具和壓合沖頭對(duì)鎂合金半固態(tài)漿料進(jìn)行壓合，擠出模具、壓合模具和壓合沖頭一起以同樣的速度水平移動(dòng)，每分鐘移動(dòng)30-90次。
[0014]所述的壓合模具是指，內(nèi)孔尺寸截面為0.5~1.0mmX0.5~1.0mm，高度為
2.0-3.0mm由模具鋼制作的模具。
[0015]所述的壓合沖頭是指，端面尺寸為0.5~1.0mmX0.5~1.0mm,高度為3.0^5.0mm的
模具鋼沖頭，在壓合模具中上下垂直運(yùn)動(dòng)，其作用在鎂合金半固態(tài)漿料上的壓合應(yīng)力為40~60MPa。
[0016]所述的點(diǎn)與點(diǎn)之間、排與排之間緊密結(jié)合，是指后一個(gè)壓接點(diǎn)的位置緊貼前一個(gè)壓接點(diǎn)，后一排壓接點(diǎn)緊貼前一排壓接點(diǎn)，重疊率為壓接點(diǎn)在水平移動(dòng)方向上線尺寸的
`3 ~5%。
[0017]本發(fā)明提出的方法，由于成型溫度低，能有效避免鎂的氧化和揮發(fā)，同時(shí)可減少零部件成型過程中的體積收縮；該方法實(shí)用性強(qiáng)，還可以應(yīng)用于鋁合金以及鎂基、鋁基復(fù)合材料的堆積成型。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1半固態(tài)堆積成型鎂合金的顯微組織。
【具體實(shí)施方式】
[0019]本發(fā)明可以根據(jù)以下實(shí)例實(shí)施，但不限于以下實(shí)例；在本發(fā)明中所使用的術(shù)語，除非有另外的說明，一般具有本領(lǐng)域普通技術(shù)人員通常理解的含義；應(yīng)理解，這些實(shí)施例只是為了舉例說明本發(fā)明，而非以任何方式限制本發(fā)明的范圍；在以下的實(shí)施例中，未詳細(xì)描述的各種過程和方法是本領(lǐng)域中公知的常規(guī)方法。
[0020]實(shí)施例1
本實(shí)施例具體實(shí)施一種鎂合金半固態(tài)成型方法，其具體過程是:將直徑為1.0mm的粒狀A(yù)Z91D鎂合金加入到螺旋流變擠壓裝置，形成溫度為600°C，液、固兩相均勻混合的鎂合金半固態(tài)漿料；螺旋流變擠壓裝置是由模具鋼制作采用雙螺旋形式的半固態(tài)漿料制作裝置，螺旋節(jié)距2mm、內(nèi)腔直徑20mm，使用過程中該裝置內(nèi)腔的溫度控制為600°C，螺旋旋轉(zhuǎn)速度為100r/min ;然后通過熱作模具鋼制作的出口截面為0.5mmX0.2mm的擠出模具擠出半固態(tài)漿料，采用壓合模具和壓合沖頭在基底材料上對(duì)鎂合金半固態(tài)漿料進(jìn)行壓合，擠出模具、壓合模具和壓合沖頭一起以同樣的速度水平移動(dòng)，每分鐘移動(dòng)30次；壓合模具由模具鋼制作，內(nèi)孔截面尺寸為0.5mmX 0.5mm,高度為2.0mm ;壓合沖頭采用模具鋼制作,端面尺寸為0.5mmX 0.5mm,高度為3.0mm,在壓合模具中上下垂直運(yùn)動(dòng),其作用在鎂合金半固態(tài)衆(zhòng)料上的壓合應(yīng)力為60MPa ;基底材料是已經(jīng)加熱到600°C的AZ91D鎂合金塊體材料，其表面平整，厚度為IOmm,截面尺寸為50mmX 50mm ;完成一個(gè)壓接點(diǎn)后采用同樣方法繼續(xù)實(shí)施下一個(gè)壓接點(diǎn)，完成一排后接著進(jìn)行下一排，后一個(gè)壓接點(diǎn)的位置緊貼前一個(gè)壓接點(diǎn)，后一排壓接點(diǎn)緊貼前一排壓接點(diǎn)，點(diǎn)與點(diǎn)之間、排與排之間保持0.025mm的重疊，使點(diǎn)與點(diǎn)之間、排與排之間緊密結(jié)合，整個(gè)面堆積完成后在其上重復(fù)上述步驟進(jìn)行下一層的堆積成型，直到半固態(tài)堆積的AZ91D鎂合金厚度達(dá)到40mm。
[0021]圖1為半固態(tài)堆積成型AZ91D鎂合金的顯微組織；從圖中可以看出，所獲得的合金材料組織均勻、細(xì)小。
[0022]實(shí)施例2
本實(shí)施例具體實(shí)施一種鎂合金半固態(tài)成型方法，其具體過程是:將直徑為3.0mm的絲狀A(yù)Z61鎂合金加入到螺旋流變擠壓裝置，形成溫度為605°C，液、固兩相均勻混合的鎂合金半固態(tài)漿料；螺旋流變擠壓裝置是由熱作模具鋼制作采用雙螺旋形式的半固態(tài)漿料制作裝置，螺旋節(jié)距5mm，內(nèi)腔直徑40mm，使用過程中該裝置內(nèi)腔的溫度控制為605°C，螺旋旋轉(zhuǎn)速度為300r/min ;然后通過模具鋼制作的出口截面為1.0mmX0.5mm的擠出模具擠出半固態(tài)漿料，采用壓合模具和壓合沖頭在基底材料上對(duì)鎂合金半固態(tài)漿料進(jìn)行壓合，擠出模具、壓合模具和壓合沖頭一起以同樣的速度水平移動(dòng)，每分鐘移動(dòng)90次；壓合模具由模具鋼制作，內(nèi)孔截面尺寸為1.0mmX 1.0mm,高度為3.0mm ;壓合沖頭采用模具鋼制作,端面尺寸為1.0mmX 1.0mm,高度為5.0mm,在壓合模具中上下垂直運(yùn)動(dòng)，其作用在鎂合金半固態(tài)漿料上的壓合應(yīng)力為40MPa ;基底材料是已經(jīng)加熱到605°C的AZ61鎂合金塊體材料，其表面平整，厚度為15mm,截面尺寸為IOOmmX 80mm ;完成一個(gè)壓接點(diǎn)后采用同樣方法繼續(xù)實(shí)施下一個(gè)壓接點(diǎn)，完成一排后接著進(jìn)行下一排，后一個(gè)壓接點(diǎn)的位置緊貼前一個(gè)壓接點(diǎn)，后一排壓接點(diǎn)緊貼前一排壓接點(diǎn)，點(diǎn)與點(diǎn)之間、排與排之間保持0.03mm的重疊，使點(diǎn)與點(diǎn)之間、排與排之間緊密結(jié)合，整個(gè)面堆積完成后在其上重復(fù)上述步驟進(jìn)行下一層的堆積成型，直到半固態(tài)堆積的AZ61鎂合金厚度達(dá)到60mm。半固態(tài)堆積成型的AZ61鎂合金顯微組織與圖1類似。
[0023]實(shí)施例3
本實(shí)施例具體實(shí)施一種鎂合金半固態(tài)成型方法，其具體過程是:將直徑為2.0mm的粒狀A(yù)Z91D鎂合金加入到螺旋流變擠壓裝置，形成溫度為610°C，液、固兩相均勻混合的鎂合金半固態(tài)漿料；螺旋流變擠壓裝置是由熱作模具鋼制作采用雙螺旋形式的半固態(tài)漿料制作裝置，螺旋節(jié)距3mm，內(nèi)腔直徑30mm，使用過程中該裝置內(nèi)腔的溫度控制為610°C，螺旋旋轉(zhuǎn)速度為200r/min ;然后通過模具鋼制作的出口截面為0.8mmX0.3mm的擠出模具擠出半固態(tài)漿料，采用壓合模具和壓合沖頭在基底材料上對(duì)鎂合金半固態(tài)漿料進(jìn)行壓合，擠出模具、壓合模具和壓合沖頭一起以同樣的速度水平移動(dòng)，每分鐘移動(dòng)70次；壓合模具由模具鋼制作，內(nèi)孔截面尺寸為0.8mmX0.8mm,高度為2.5mm ;壓合沖頭采用模具鋼制作,端面尺寸為
0.8mmX 0.8mm，高度為4.0mm，在壓合模具中上下垂直運(yùn)動(dòng)，其作用在鎂合金半固態(tài)漿料上的壓合應(yīng)力為50MPa ;基底材料是已經(jīng)加熱到610°C的AZ91D鎂合金塊體材料，其表面平整，厚度為12mm,截面尺寸為120mmX 80mm ;完成一個(gè)壓接點(diǎn)后采用同樣方法繼續(xù)實(shí)施下一個(gè)壓接點(diǎn)，完成一排后接著進(jìn)行下一排，后一個(gè)壓接點(diǎn)的位置緊貼前一個(gè)壓接點(diǎn)，后一排壓接點(diǎn)緊貼前一排壓接點(diǎn)，點(diǎn)與點(diǎn)之間、排與排之間保持0.028mm的重疊，使點(diǎn)與點(diǎn)之間、排與排之間緊密結(jié)合，整個(gè)面堆積完成后在其上重復(fù)上述步驟進(jìn)行下一層的堆積成型，直到半固態(tài)堆積的AZ91D鎂合金厚度達(dá)到80_。半固態(tài)堆積成型的AZ91D鎂合金顯微組織與圖1類似。
[0024]實(shí)施例4
本實(shí)施例具體實(shí)施一種鎂合金半固態(tài)成型方法，其具體過程是:將直徑為1.0mm的絲狀A(yù)S31鎂合金加入到螺旋流變擠壓裝置，形成溫度為605°C，液、固兩相均勻混合的鎂合金半固態(tài)漿料；螺旋流變擠壓裝置是由熱作模具鋼制作采用雙螺旋形式的半固態(tài)漿料制作裝置，螺旋節(jié)距2mm，內(nèi)腔直徑30mm，使用過程中該裝置內(nèi)腔的溫度控制為605°C，螺旋旋轉(zhuǎn)速度為150r/min ;然后通過模具鋼制作的出口截面為0.5mmX0.3mm的擠出模具擠出半固態(tài)漿料，采用壓合模具和壓合沖頭在基底材料上對(duì)鎂合金半固態(tài)漿料進(jìn)行壓合，擠出模具、壓合模具和壓合沖頭一起以同樣的速度水平移動(dòng)，每分鐘移動(dòng)50次；壓合模具由模具鋼制作，內(nèi)孔截面尺寸為0.5mmX0.8mm,高度為2.5mm ;壓合沖頭采用模具鋼制作,端面尺寸為
0.5mmX 0.8mm,高度為3.5mm,在壓合模具中上下垂直運(yùn)動(dòng)，其作用在鎂合金半固態(tài)漿料上的壓合應(yīng)力為50MPa ;基底材料是已經(jīng)加熱到605°C的AS31鎂合金塊體材料，其表面平整，厚度為14mm,截面尺寸為110_X IlOmm ;完成一個(gè)壓接點(diǎn)后采用同樣方法繼續(xù)實(shí)施下一個(gè)壓接點(diǎn)，完成一排后接著進(jìn)行下一排，后一個(gè)壓接點(diǎn)的位置緊貼前一個(gè)壓接點(diǎn)，后一排壓接點(diǎn)緊貼前一排壓接點(diǎn)，點(diǎn)與點(diǎn)之間、排與排之間保持0.025mm的重疊，使點(diǎn)與點(diǎn)之間、排與排之間緊密結(jié)合，整個(gè)面堆積完成后在其上重復(fù)上述步驟進(jìn)行下一層的堆積成型，直到半固態(tài)堆積的AS31鎂合金厚度達(dá)到80_。半固態(tài)堆積成型的AS31鎂合金顯微組織與圖1類似。
【權(quán)利要求】
1.一種鎂合金半固態(tài)成型方法，其特征在于:將鎂合金加入到螺旋流變擠壓裝置，形成鎂合金半固態(tài)漿料，再通過擠出模具將半固態(tài)漿料鋪展到基底材料上，邊加熱邊壓合連接，完成一個(gè)壓接點(diǎn)后采用同樣方法繼續(xù)實(shí)施下一個(gè)壓接點(diǎn)，完成一排后接著進(jìn)行下一排，點(diǎn)與點(diǎn)之間、排與排之間緊密結(jié)合，整個(gè)面堆積完成后在其上重復(fù)上述步驟進(jìn)行下一層的堆積成型，直到達(dá)到需要的厚度。
2.如權(quán)利要求1所述的一種鎂合金半固態(tài)成型方法，其特征在于:所述的鎂合金，是指直徑為1.0-3.0mm的粒狀或者絲狀常用鎂合金。
3.如權(quán)利要求1所述的一種鎂合金半固態(tài)成型方法，其特征在于:所述的螺旋流變擠壓裝置，是指由模具鋼制作采用雙螺旋形式的半固態(tài)漿料制作裝置，螺旋節(jié)距2~5_，內(nèi)腔直徑2(T40mm，使用過程中該裝置內(nèi)腔的溫度控制在鎂合金液相線溫度與固相線溫度的平均值上下10°C范圍內(nèi)，螺旋旋轉(zhuǎn)速度為10(T300r/min。
4.如權(quán)利要求1所述的一種鎂合金半固態(tài)成型方法，其特征在于:所述的鎂合金半固態(tài)漿料，是指溫度控制在鎂合金液相線溫度與固相線溫度的平均值上下10°C范圍內(nèi)，液、固兩相均勻混合的鎂合金物料。
5.如權(quán)利要求1所述的一種鎂合金半固態(tài)成型方法，其特征在于:所述的擠出模具，是指熱作模具鋼制作的出口截面為0.5^1.0mmX0.2^0.5mm的模具，其溫度與鎂合金半固態(tài)漿料保持一致。
6.如權(quán)利要求1所述的一種鎂合金半固態(tài)成型方法，其特征在于:所述的將半固態(tài)漿料鋪展，是指擠出模具出口緊貼在基底材料上，鎂合金半固態(tài)漿料由的擠出模具出口水平擠出并鋪展在基底材料上；所述的基底材料，是指與鎂合金成分相同的已經(jīng)加熱到與半固態(tài)漿料相同溫度的塊體材料，其表面平整，厚度為10-15_，截面尺寸根據(jù)所要制作的最終材料的尺寸確定。
7.如權(quán)利要求1所述的一種鎂合金半固態(tài)成型方法，其特征在于:所述的邊加熱邊壓合連接，是指一邊通過擠出模具對(duì)基底材料或者已壓合出的鎂合金進(jìn)行加熱，一邊采用壓合模具和壓合沖頭對(duì)鎂合金半固態(tài)漿料進(jìn)行壓合，擠出模具、壓合模具和壓合沖頭一起以同樣的速度水平移動(dòng)，每分鐘移動(dòng)30-90次。
8.如權(quán)利要求1所述的一種鎂合金半固態(tài)成型方法，其特征在于:所述的壓合模具是指，內(nèi)孔尺寸截面為0.5~1.0mmX0.5~1.0mm，高度為2.0~3.0mm由模具鋼制作的模具。
9.如權(quán)利要求1所述的一種鎂合金半固態(tài)成型方法，其特征在于:所述的壓合沖頭是指，端面尺寸為0.5^1.0mmX0.5^1.0mm，高度為3.0-5.0mm的模具鋼沖頭，在壓合模具中上下垂直運(yùn)動(dòng)，其作用在鎂合金半固態(tài)漿料上的壓合應(yīng)力為4(T60MPa。
10.如權(quán)利要求1所述的一種鎂合金半固態(tài)成型方法，其特征在于:所述的點(diǎn)與點(diǎn)之間、排與排之間緊密結(jié)合，是指后一個(gè)壓接點(diǎn)的位置緊貼前一個(gè)壓接點(diǎn)，后一排壓接點(diǎn)緊貼前一排壓接點(diǎn)，重疊率為壓接點(diǎn)在水平移動(dòng)方向上線尺寸的3~5%。
【文檔編號(hào)】B22D17/00GK103736956SQ201310710836
【公開日】2014年4月23日 申請(qǐng)日期:2013年12月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月23日
【發(fā)明者】陳剛, 趙玉濤, 史經(jīng)浩, 張振亞, 梁杰 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)