搅拌摩擦沉积增材技术研究进展EI北大核心

搅拌摩擦沉积增材(additive friction stir deposition,AFSD)技术是一种新兴固相增材制造技术,采用金属棒材、粉材、丝材为增材材料,增材过程中依靠增材材料与板材摩擦产生摩擦热以及材料剧烈变形产生的塑性变形热形成黏塑性沉积层,沉积层逐层堆积形成三维实体结构件;基于其固相特征,具有熔覆增材技术不可比拟的优势,目前已成为增材制造领域的研究热点。本文从设备研制、微观组织演变、材料流动特性、力学性能变化四个方面综述了AFSD技术最新国内外研究进展;分析了该技术应用于工程实际的可行性,展望了在增材制造、材料修复、零件加固、制造金属涂层领域的应用前景;最后指出了产热机制、材料流动特性、辅助优化工艺、智能化设备研制等为未来的研究方向。     

工具形状及工艺过程对搅拌摩擦增材成形及缺陷的影响

采用2mm厚的2195-T8铝锂合金作为增材板条,利用5种不同形状的搅拌工具进行搅拌摩擦增材工艺实验。利用金相观察和硬度测试的分析方法,重点探讨搅拌工具形状与工艺过程对增材成形、界面缺陷及硬度分布的影响。结果表明:圆柱状和三角平面圆台状搅拌针下增材界面上下材料无明显混合,偏心圆柱状和三凹圆弧槽状搅拌针有利于增材界面上下材料混合及减小界面钩状缺陷;增材前进侧界面形成致密无缺陷冶金连接,而后退侧界面材料混合不充分,钩状缺陷易伸入焊核区,且弱连接缺陷起源于此。四层增材中,相邻两层焊接方向相反的增材工艺使除顶层增材外其他增材两侧钩状缺陷向焊核区外侧弯曲,弱连接缺陷得到改善;顶层增材后退侧钩状缺陷伸入焊核区。增材焊核区有明显软化现象,但不同增材工艺下焊核区硬度分布均匀,表明搅拌摩擦增材制造可获得性能均匀的增材;相比于单道焊接工艺,来回双道焊接工艺使单层增材焊核区进一步软化;四层增材中,越靠近顶部的增材,其焊核区平均硬度越大。     

工艺参数对铝合金搅拌摩擦增材制造成形的影响

采用4mm厚的5A03-H铝合金板材作为基材,利用无倾角成形工具,进行搅拌摩擦增材制造工艺实验,研究工艺参数对增材区成形的影响。结果表明:随着行进速度提高,单道增材宽度、界面迁移高度和迁移宽度值均减小。当行进速度为60mm/min时,界面迁移量较小,单道增材宽度较大。增材间距大时,会有两道次间的未结合界面和迁移界面缺陷;随间距减小,未结合界面逐渐转变成迁移界面;当间距达到某个值时,迁移界面消失。为了得到成形良好的增材区,必须优化增材加工的间距。逆向增材与同向增材相比,能有效地抑制并消除向增材区中心迁移的界面,因此可获得较大的有效增材宽度。     

镁合金电弧增材制造研究现状及展望

电弧增材制造由于其高沉积速率、高材料利用率、低成本以及具有制造大尺寸构件的能力而得到研究人员的广泛关注,有望广泛应用于镁合金的快速成形。本文概述了电弧增材制造用镁合金丝材的种类及其对丝材的要求,总结了现今适合于镁合金电弧增材制造用丝材的制备方法,重点论述了镁合金电弧增材制造工艺的制备技术、基本原理、微观组织及力学性能,讨论了不同电弧增材制造工艺制备不同镁合金的影响因素,分析了镁合金电弧增材制造目前可用丝材种类少以及增材制造构件形性尚不可控等问题,并且在优化电弧增材制造镁合金构件性能和推进应用方面进行了展望。     

金属材料增材制造及其在民用航空领域的应用研究现状

金属增材制造技术以逐层快速熔/凝、堆积金属或合金材料为基本原理,以"添加"制造的方式成形任意形状零件,具有成形效率高、材料利用率高、成本低、复杂异形结构和高熔点材料的成形能力强等优点,在民用航空构件的减重、快速构型更改、集成化制造等方面具有传统工艺无法比拟的技术优势.面向增材制造技术的金属原材料和成形工艺丰富多样,为制备不同尺寸、不同形状、不同使用环境要求的构件提供了更多的选择,为减重、增效、成本控制提供了新的路径.因此,国内外均在积极制订相关重大战略规划以抢占增材制造创新技术先机、推进制造业的转型升级.全球制造商和高校等机构开展了大量增材制造原材料、工艺、性能方面的应用研究,其中以民用航空尖端制造业的应用研究最为典型.与其他领域不同,增材制造金属构件在民机上的装机应用需要经历严格的适航验证程序,形成标准规范技术体系,实现制造过程和产品质量的稳定可控,最终才能装机使用.本文介绍了金属增材制造的国内外政策概况、原材料与成形工艺分类、无损检测类型、民用飞机的应用研究情况,指出了针对金属增材制造在民用航空领域扩大应用的研究和发展趋势.     

空间大型桁架在轨增材制造技术的研究现状与展望

空间桁架作为航天器结构的理想支撑平台,在深空探测、高分辨率对地观测等空间任务中得到了广泛应用.大型化、轻量化是航天器及其空间附属机构的发展趋势,但受地空运载能力与运载成本的约束,现有常规就地制造技术已无法满足大尺寸、高性能、复杂结构件的太空应用需求.在轨增材制造(在轨3D打印)技术可突破常规就地制造瓶颈,解决空间制备难题,实现低成本在轨建设.在轨增材制造是一种在微/零重力作用、高交变温差、强辐射等极端环境条件下的新型制造技术,由于发展时间较短,技术成熟度较低,诸多基础科学问题与关键技术问题尚待解决.空间大型桁架的在轨增材制造不同于传统地面增材制造,是地面增材制造技术的拓展与延伸.目前,在基础研究方面,国内外已开展了空间微重力环境下的熔融沉积成形增材制造试验,验证了微重力环境下熔融沉积增材制造的可行性.在成形装备方面,中、美、欧等国家或联盟均研制了适用于空间站舱内的熔融沉积增材制造样机,而针对空间大型桁架在轨增材制造的舱外装备,尚处于概念设计向工程样机转化的阶段.在成形工艺方面,受限于装备进展,在轨熔融沉积成形工艺性能研究较少;在模拟微重力环境中增材制造方面,针对大尺寸、长轴径比聚合物及其复合材料熔融沉积成形制件的力学性能各向异性,已通过材料改性、层间粘结热调控等方法得到不同程度的改进.本文系统总结了空间大型桁架在轨增材制造技术的发展现状与研究进展.针对在轨熔融沉积成形增材制造,归纳综述了空间微重力影响、在轨成形装备、成形工艺等关键瓶颈技术的研究现状,探讨了空间大型桁架在轨增材制造面临的挑战与发展趋势,为空间大型结构的在轨构建提供了理论基础与技术参考.     

基于CMT技术的铝合金电弧增材制造研究现状

由于铝合金的应用领域较为广泛,使其增材制造技术成为了研究热点。CMT技术作为一种新型焊接工艺,焊接过程中弧长控制较为精确,其热输入量小、飞溅少等工艺特点非常适合铝合金等低熔点金属的增材制造,因此,铝合金CMT增材制造技术成为了近年来国内外各研究机构的研究热点。从控形控性的角度分析了国内外相关研究机构的研究方向,重点综述了焊接速度、送丝速度、CMT工艺等工艺参数和热处理对成形件形貌及性能的影响,同时概述了铝合金CMT电弧增材制造中尺寸控制、组织性能、气孔缺陷等方向的研究工作。借此指出,基于CMT技术的铝合金电弧增材制造技术的相关研究工作仍主要聚焦于试验研究阶段,并未深入到成形机理的探究。该领域的研究工作应更深入、系统地从成形尺寸精度控制、控制气孔缺陷、组织演变规律及性能优化等角度展开,力求加速推进该技术在现代制造业的应用。     

铝合金增材制造技术研究进展

铝合金广泛的应用市场和增材制造快速成形的优势,使铝合金的增材制造技术成为研究的热点之一。从铝合金增材制造技术的角度出发,总结了国内外铝合金增材制造所使用的不同工艺方法,比较了各种方法的研究现状和最新成果,并且重点总结了铝合金增材制造的成形控制问题,对铝合金增材制造技术未来的研究热点和发展方向提出了预测。     

电弧增材制造技术研究现状及展望

电弧增材制造技术以其成形速度快、材料利用率高、生产成本低等优势,在航空航天、船舶制造、汽车工业等领域已取得广泛应用.本文首先介绍了电弧增材制造在质量调控方面的发展现状,包括工艺参数、基板和层间温度以及保护气体;其次,结合国内外最新研究成果,论述了沉积路径的发展情况,并对成形件的力学、疲劳、腐蚀性能进行了分析,介绍了电弧增材制造技术在大型化、整体化零部件制造中的典型应用;最后总结了电弧增材制造面临参数动态监测技术尚不成熟,成形工艺优化不够系统,标准制定不足,疲劳和腐蚀机理研究不够等主要挑战,并对其未来的发展趋势给出了相关建议,即建立参数控制数据库、开发新型材料、建立工艺流程库、完善软硬件系统等.     

电弧增材制造路径工艺规划的研究现状与发展

路径工艺的合理规划对电弧增材制造成形过程的顺利进行,以及获取更高精度的成形件和提高成形效率等均有重要意义。先从成形效率、成形精度以及组织性能等方面,对常见的几种填充路径进行综述,然后经过分析总结并且结合实际情况,发现把自适应路径间距和复合式填充路径结合起来更能满足实际生活中的电弧增材制造生产要求,最后结合当前电弧增材制造技术路径规划的研究现状、研究重难点以及相关国家政策指出,电弧增材制造技术的未来发展趋势是实现复杂构件的自动化、智能化和绿色化制造。     

Friction stir based welding and processing technologies - processes,parameters, microstructures and applications: A review

Friction stir welding (FSW) has achieved remarkable success in the joining and processing of aluminium alloys and other softer structural alloys. Conventional FSW, however, has not been entirely successful in the joining, processing and manufacturing of different desired materials essential to meet the sophisticated green globe requirements. Through the efforts of improving the process and transferring the existing friction stir knowledge base to other advanced applications, several friction stir based daughter technologies have emerged over the timeline. A few among these technologies are well developed while others are under the process of emergence. Beginning with a broad classification of the scattered frictions stir based technologies into two categories, welding and processing, it appears now time to know, compile and review these to enable their rapid access for reference and academia. In this review article, the friction stir based technologies classified under the category of welding are those applied for joining of materials while the remnant are labeled as friction stir processing (FSP) technologies. This review article presents an overview of four general aspects of both the developed and the developing friction stir based technologies, their associated process parameters, metallurgical features of their products and their feasibility and application to various materials. The lesser known and emerging technologies have been emphasized.     

电弧增材制造技术及其应用的研究进展

电弧增材制造是近年来发展最为迅速的增材制造技术之一,其以电弧为热源,通过熔化金属丝材,在规划的路径上层层堆积成形三维实体金属构件,具有制造成本低、制造自由度与成形效率高等优点,尤其适用于大型尺寸及中低结构复杂度金属构件的形性一体化成形.近年来,电弧增材制造技术在国内外得到了广泛研究与长足发展,在电弧增材制造装备、过程控...     

增材制造铜/钢双金属材料研究进展

铜/钢双金属材料具有力学强度高、物理化学性能优良等优势,在交通运输、电力能源和建筑工业等领域应用前景广阔。然而,传统熔铸工艺在制造铜/钢双金属材料时,容易在铜/钢界面处产生偏析现象,在一定程度上限制了铜/钢双金属材料的发展。与传统工艺相比,增材制造技术不仅能实现复杂加工零件的快速制造,而且在成形过程中较短的保温时间能缓和或消除异种金属材料界面产生的冶金缺陷,进而增强铜/钢双金属材料的力学性能。由于双金属材料是近年来的研究热点,有关增材制造铜/钢双金属材料的综述性文章较少,故综述了近年来激光、电子束及电弧增材制造技术制造铜/钢双金属材料的研究发展现状,分析了各技术的优缺点,并从制备方法、工艺参数及界面合金元素等角度,分析了影响材料界面组织性能变化的关键因素。发现在增材制造铜/钢双金属材料方面,目前激光增材制造技术主要应用于精度要求较高的小尺寸零部件,电子束增材制造技术适用于某些具有特殊性能的合金,如钛合金,而电弧增材制造技术适用于精度要求较低的大型复杂零部件。在铜/钢双金属材料增材制造过程中,界面处易形成显微组织分布不均匀、界面晶粒尺寸差异较大等现象,导致界面处产生应力集中,从而造成材料...     

金属与复合材料搅拌摩擦搭接焊的研究现状

金属与复合材料连接研究目前处于初级阶段。在焊接方面,搅拌摩擦焊作为一种固相连接技术,可以在较低温度下实现物理化学性能差异较大的金属与复合材料的连接。综述了国内外金属与复合材料搅拌摩擦搭接焊的研究现状,在接头形式、焊具设计、焊接参数优化以及连接机制等方面做了详细介绍。结果表明,静止轴肩可有效提高接头表面成形质量及抗拉强度;接头内的锚结构能够有效增加接头的机械互锁能力;通过优化焊具形貌及工艺参数可以增加锚结构尺寸。金属与复合材料的连接机制主要为机械互锁、化学键合以及较弱的范德华力。此外,对金属与复合材料搅拌摩擦焊的发展提出了相关建议。     

适用于机器人焊接的搅拌摩擦焊技术及工艺研究现状

集绿色化与智能化于一体的机器人搅拌摩擦焊技术具有极高的焊接柔性,在工业生产中受到广泛重视与应用。从减小搅拌摩擦焊接过程中的轴向力方面入手,对一些低轴向力且适用于机器人搅拌摩擦焊的技术方法进行了综述,同时,对能够进一步降低搅拌摩擦焊过程中轴向力的搅拌摩擦焊工艺进行了分析,并对机器人搅拌摩擦焊的发展进行了展望,以期拓宽机器人搅拌摩擦焊的应用范围。     

基于粉末成形的激光增材制造陶瓷技术研究进展

陶瓷以其优异的热物理化学性能在航空航天、能源、环保以及生物医疗等领域具有极大的应用潜力。随着这些领域相关技术的快速发展, 其核心零件部件外形结构设计日益复杂、内部组织逐步走向定制化、梯度化。陶瓷具有硬度高、脆性大等特点, 较难通过传统的加工成形方法实现异形结构零件的制造, 最终限制了陶瓷材料的工程应用范围。激光增材制造技术作为一种快速发展的增材制造技术, 在复杂精密陶瓷零部件的制造中具有显著优势: 无模、精度高、响应快以及周期短, 同时能够实现陶瓷零件组织结构灵活调配, 有望解决上述异形结构陶瓷零件成形问题。本文综述了多种基于粉末成形的激光增材制造陶瓷技术: 基于粉末床熔融的激光选区烧结和激光选区熔化; 基于定向能量沉积的激光近净成形技术。主要讨论了各类激光增材陶瓷技术的成形原理与特点, 综述了激光选区烧结技术中陶瓷坯体后处理致密化工艺以及激光选区熔化和激光近净成形技术这两种技术中所打印陶瓷坯体基体裂纹开裂行为分析及其控制方法的研究进展, 对比分析了激光选区烧结、激光选区熔化以及激光近净成形技术在成形陶瓷零件的技术特征, 最后展望了激光增材制造陶瓷技术的未来发展趋势。     

金属增材制造技术发展趋势综述

近年来金属增材制造技术的快速发展,使其在航空航天、医疗行业、汽车制造等领域得到了大量应用.本文简要介绍了金属增材制造的典型工艺、金属粉末和金属丝材的制备方法以及基于文献统计的方法分析金属增材制造目前的研究热点和发展趋势.结果 表明,金属增材制造技术在仿真设计、制造工艺、过程监控、质量评估、后续处理等领域还没有形成完善的...