搅拌摩擦技术是近30年来快速发展的先进制造技术,其优势在于加工过程中搅拌头驱动塑化的金属流动成形,成形过程中材料没有发生熔化,保持固相状态,并且在成形过程中伴有剧烈的搅拌混合作用。因此搅拌摩擦技术不仅仅在焊接领域发挥重要作用,在复合材料制备领域也有着广泛的应用前景。本课题基于搅拌摩擦技术原理,采用自制的装置,研究了不同结构形貌的搅拌针与工艺参数对挤出成形的影响以及挤出机制,研究发现:1、本课题提出的两种方案均能使材料挤出成形。方案一基于增大金属向下迁移的思想,对模具内材料整体预热后,采用4种不同结构形貌的搅拌针进行挤出试验,结果表明锥形搅拌针驱动塑化金属的能力优于叶片式搅拌针、两级搅拌针和三级搅拌针。方案二基于抑制金属回流的思想,通过在挤出端部设置加热模块,减小金属向下迁移阻力,并采用锥形搅拌针进行挤出试验。结果表明在4种不同的进给速度下均能获得成形良好、组织致密的挤出材料。2、搅拌针挤出过程中存在3个阶段:进料填充阶段、压实变形阶段和挤出成形阶段。在进料填充阶段,模具温度上升缓慢。随着模具内材料的聚集增多,搅拌针与模具内材料高速摩擦会使得模具在压实变形阶段温度急剧升高。当搅拌针端部的压力值突破金属流动所需的压力时,材料即从模具内被挤出成形。3、搅拌针挤出过程中存在两种搅拌行为。一种为搅拌针刃口下表面挤压塑化金属产生的,搅拌后的材料形貌表现为规则的环状堆积形貌。另一种为搅拌针螺旋槽内充满塑化金属后,螺旋槽上表面挤压塑化金属产生的,搅拌后的材料形貌表现为涡流状。4、搅拌针挤出过程中金属材料进入搅拌针螺旋槽中是一个双向挤压的过程。当搅拌针旋转时,螺旋槽上表面会挤压塑化的金属向下迁移。与此同时,螺旋槽的下表面在搅拌针旋转的过程中会与接触的塑化金属产生间隙,随后搅拌针周围塑化的金属会鼓入间隙中,从而对螺旋槽中的塑化金属产生一个向上的挤压作用。