CN107760906A - 用于制造金属基质复合材料结构的装置和方法 - Google Patents

用于制造金属基质复合材料结构的装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于制造金属基质复合材料(MMC)结构的装置和方法。一种用于形成金属基质复合材料结构的方法包括形成装配件，该装配件包括共享界面的至少两个主相材料块体，在该界面处配置次相材料。该装配件具有长度、宽度和厚度。该方法还包括夹紧装配件，以便实现以下至少一个：推动至少两个块体彼此靠近或者使至少两个块体保持在预定位置。此外，该方法包括使转动的摩擦‑搅拌轴针沿着界面从前边缘至后边缘通过。摩擦‑搅拌轴针具有延伸至少装配件的宽度的混合长度，并且使沿着装配件的长度通过将使次相材料分散进入主相材料内并且将至少两个块体焊接到一起。

Description

用于制造金属基质复合材料结构的装置和方法
技术领域
本公开的实施例总体涉及制造金属基质复合材料(MMC)结构，诸如片材或板材。
背景技术
金属基质复合材料可以在铸造期间通过使第二相/次相粉末分散进入熔融金属内而被生产。然而，使粉末分散进入熔融金属可能是困难的。例如，粉末倾向于漂浮或下沉并且聚簇，这可能造成分布不均匀。即使进行剧烈搅拌，粉末簇也可能难以破坏。在大钢锭的情况下，诸如在用于铝辊轧工艺的直接激冷钢锭铸造的情况下，该问题可能加重。
发明内容
由此，在本文公开的各种实施例中提供了形成MMC结构或部件的改善。
本公开的某些实施例提供了用于形成金属基质复合材料(MMC)结构的方法。该方法包括形成装配件，该装配件包括共享界面的至少两个主相材料块体，在界面处设置次相材料。该装配件具有从前边缘延伸至后边缘的长度、垂直于长度延伸的宽度、和厚度。该方法还包括夹紧装配件，以便实现以下至少一个：推动至少两个块体靠近彼此或者将至少两个块体保持在预定位置。此外，该方法包括使转动的摩擦-搅拌轴针沿该界面从前边缘至后边缘通过。该摩擦-搅拌轴针具有延伸了至少该装配件的宽度的混合长度，并且使转动的摩擦-搅拌轴针沿着该装配件的长度通过将使次相材料分散进入主相材料内并且将至少两个块体焊接到一起。
本公开的某些实施例提供摩擦-搅拌装配件。该摩擦-搅拌装配件包括第一压台和第二压台、第一卡盘和第二卡盘以及摩擦-搅拌轴针。第一压台和第二压台被配置为保持装配件。装配件包括共享界面的主相材料的至少两个块体，其中次相材料被设置在界面处。该装配件具有从前边缘延伸至后边缘的长度、垂直于长度延伸的宽度、和厚度。第一卡盘和第二卡盘被设置在装配件的宽度的相对侧上并且被配置为沿着装配件的长度通过。摩擦-搅拌轴针具有分别被第一卡盘和第二卡盘支撑的第一端和第二端，并且具有延伸了至少该装配件的宽度的混合长度。转动的摩擦-搅拌轴针的通过将使次相材料分散进入主相材料并且将所述至少两个块体焊接到一起。
本公开的某些实施例提供摩擦-搅拌焊接的结构。该结构通过以下方法形成：形成装配件，该装配件包括共享界面的主相材料的至少两个块体，其中次相材料被设置在该界面处，该装配件具有从前边缘延伸至后边缘的长度、垂直于长度延伸的宽度、和厚度；夹紧该装配件，以便实现以下至少一个：推动至少两个块体靠近彼此或者维持至少两个块体位于预定位置；以及使摩擦-搅拌轴针沿该界面从前边缘至后边缘通过，其中摩擦-搅拌轴针具有延伸了至少该装配件宽度的混合长度，其中摩擦-搅拌轴针的通过将使次相材料分散进入主相材料内并将至少两个块体焊接到一起以形成该结构。
附图说明
图1提供了根据本公开的实施例的方法的流程图。
图2提供了根据各种实施例的待被摩擦-搅拌焊接的装配件的示意性侧视图。
图3提供了根据各种实施例的待被摩擦-搅拌焊接的装配件的示意性立体图。
图4提供了根据各种实施例的具有腔体的块体的侧面剖视示意图。
图5描绘了图2的装配件在被夹紧位置的示意性侧视图。
图6描绘了根据各种实施例的摩擦-搅拌轴针的侧面示意图。
图7描绘了图2的装配件正在被摩擦-搅拌焊接的侧面示意图。
图8描绘了图2的装配件被摩擦-搅拌焊接后的示意性侧视图。
图9描绘了根据各种实施例的正在被摩擦-搅拌焊接的包括三个块体和两个界面的装配件。
图10提供了根据各种实施例形成的摩擦-搅拌装配件的示意性端面视图。
图11提供了图10的摩擦-搅拌装配件的侧面示意图。
图12是飞行器生产与检修方法的框图。
图13是飞行器的示意性说明图。
具体实施方式
当结合附图阅读时，可以更好地理解前述内容以及下文详细描述的某些实施例。如本文使用的，以单数形式叙述和前面有单词“一”或“一个”的元件或步骤应当被理解为不一定排除元件或步骤的复数形式。进一步地，引用“一个实施例”不意在解释为排除同样合并所述特征的附加实施例的存在。此外，除非明确地声明表示相反意义，否则“包含”或“具有”一个元件或多个元件(其具有特定性质)的实施例可以包括不具有所述性质的附加元件。
本公开的各种实施例采用在主相材料的两个部件之间的界面处的摩擦-搅拌焊接，其中次相材料被设置在该界面处。摩擦-搅拌焊接将次相材料混合到主相材料内并且将主相材料的两个部件焊接在一起以形成单一的部件或结构(例如，片材或板材)，即，具有将次相材料分布在主相材料内的MMC结构。
各种实施例提供生产MMC的固态方法，该方法使用横向穿过金属/次相/金属夹层的转动的轴针、棒或线，加热和塑化该金属并且使次相(例如，陶瓷粉末)分散到金属层中。多个实施例中的搅拌动作导致金属层结合成具有良好的次相散布的整体结构。
本公开的实施例提供用于形成诸如板材和片材的MMC结构的系统和方法。各种实施例提供了形成MMC结构的改善的便利性。各种实施例提供次相材料在主相材料中的改善的分布。各种实施例提供使次相材料分散进入金属板材中的固态方法。各种实施例被提供用于生产比基底金属具有更高刚度和强度以及更低密度的MMC结构(例如，板材)。
图1根据各种实施例提供形成金属基质复合材料(MMC)结构(例如，板材或片材)的方法100的流程图。例如，方法100可以采用本文讨论的各种实施例(例如，系统和/或方法)的结构或方面，或者由本文讨论的各种实施例(例如，系统和/或方法)的结构或方面执行。在各种实施例中，某些步骤可以被省略或添加、某些步骤可以被组合、某些步骤可以被同时执行、某些步骤可以被并行执行、某些步骤可以被分成多个步骤、某些步骤可以以不同的顺序执行或者某些步骤或一系列步骤可以以重复的方式被再次执行。
在102处，形成装配件。该装配件包括主相材料的至少两个块体。至少两个块体共享至少一个界面，次相材料被设置在所述界面处。例如，对于具有两个块体的装配件，块体之间将有一个界面。作为另一示例，对于具有三个块体的装配件，块体之间将有两个界面(例如，第一块体与第二块体之间的第一界面和第二块体与第三块体之间的第二界面)。该装配件具有从前边缘延伸至后边缘的长度、垂直于长度延伸的宽度、和厚度。图2根据各种实施例提供了待被摩擦搅拌焊接的装配件的侧面示意图，并且图3提供了待被摩擦搅拌焊接的装配件的立体图。
如在图2中看到的，所描绘的装配件200包括第一块体210和第二块体220。第一块体210和第二块体220由主相材料211构成。在多个实施例中，主相材料211可以是金属。例如，主相材料211可以是铝、钛或镁。所描绘的装配件200还包括位于第一块体210与第二块体220之间的界面202处的中间层230。中间层230由次相材料231构成。在一些实施例中，次相材料231可以是金属。在一些实施例中，次相材料231可以是非金属，诸如陶瓷粉末。通常，作为方法100的一部分，当次相材料231与主相材料211混合时，第一块体210和第二块体220被焊接到一起。如在图2和图3中最佳看到的，装配件200具有长度L、宽度W和厚度T。举例来说，在各种实施例中，厚度T可以是在1/2英寸厚到3英寸厚之间。其他厚度可以被用于其他实施例中。长度L从前边缘204延伸至后边缘206。
在一些实施例中，中间层230可以被提供为片材(例如，设置在第一金属的块体之间的第二金属的片材)。在其他实施例中，次相材料231的中间层230可以是粉末，或者作为另一示例是通过压紧粉末制成的片材或者薄片。例如，在所描绘的方法100的104处，次相材料被设置(例如，被沉积)在主相材料的两个块体中的至少一个的腔体内。图4提供了具有腔体410的块体400的侧面剖视示意图。例如，在各种实施例中，块体400可以被用作第一块体210或第二块体220中的一个或两个。如在图4中看到的，块体400包括围绕块体400的周界延伸以限定腔体410的肩部420。可以注意到，肩部420可以沿着块体400的整个周界延伸，以保持次相材料(例如，陶瓷粉末)位于两个块体之间的界面处。在一些实施例中，在包括块体400的装配件(例如，装配件100)的运输期间，块体400可以被点焊(tack welded)或以其他方式被固定到第二块体。
返回图1，在106处，夹紧装配件。例如，装配件可以被夹紧在压力机的两个压台之间。夹紧过程实现以下至少一个：推动装配件的至少两个块体靠近彼此或者维持至少两个块体位于预定位置。通常，夹紧被执行以在摩擦-搅拌焊接过程期间保持装配件的部件处于部件之间的期望位置或关系。
图5描绘了图2的装配件200在被夹紧位置的示意性侧视图。如图5所示，装配件200被设置在压力机的第一压台510与第二压台520之间。摩擦-搅拌轴针600起初被设置在邻近装配件200的前边缘204处。
图6提供了根据各种实施例形成的摩擦-搅拌轴针600的侧面示意图。摩擦-搅拌轴针600限定了轴线602，轴610沿着轴线602从第一端612延伸至相对的第二端614。第一端612和第二端614中的每一个可以被配置为被卡盘接收和/或由马达驱动以转动轴针。在各种实施例中，在每一端支撑摩擦-搅拌轴针600有助于在推进摩擦-搅拌轴针600穿过装配件(例如，装配件200)期间减少弯曲(bending)或挠曲(flexing)。沟槽(flute)620从轴610径向延伸并且限定了混合长度622。可以注意到，在各种实施例中，沟槽620可以使用不同的几何形状。例如，在一些示例中，沟槽620可以按直行延伸，或者在其他实施例中按螺旋行延伸。在各种实施例中，也可以在沟槽620中提供锯齿状或其他形状。肩部630被设置在沟槽620的任意一侧。可以注意到，在图示说明的实施例中，示出了沟槽620的端部与肩部630之间的空隙；然而，这类空隙不需要一定在其他实施例中出现。通常，肩部630被配置为沿着正在被摩擦-搅拌焊接的装配件的侧面或边缘帮助材料保持在适当位置。因此，肩部630具有的直径632大于由沟槽620限定的轴针直径624。直径632可以小于将与摩擦-搅拌轴针600一起使用的夹具的压台之间的距离。沟槽620可以由相对坚硬的材料(诸如碳化钨)制成，以便在由摩擦-搅拌过程产生的高温下维持轴针的硬度和尺寸完整性，并且在摩擦-搅拌焊接期间促进金属的混合。在一些示例中，轴针直径624可以在正被摩擦-搅拌焊接的装配件的厚度的25％至85％之间(例如，装配件200的厚度T的25％至85％之间)。在一些实施例中，轴针直径624可以在正被摩擦-搅拌焊接的装配件的厚度的1/2至1/3之间。
返回图1，在108处，使摩擦-搅拌轴针沿着界面从装配件的前边缘至装配件的后边缘通过。在各种实施例中，摩擦-搅拌轴针具有延伸了至少正被摩擦-搅拌焊接的装配件的宽度的混合长度。例如，摩擦-搅拌轴针600可以被用于摩擦-搅拌焊接装配件200，其中混合长度622至少和宽度W一样长，其中摩擦-搅拌轴针600被定位为使得混合长度穿过装配件100的整个宽度W，与之形成对比的是某些常规的摩擦-搅拌焊接过程，其中悬臂式轴针仅延伸穿过正被摩擦-搅拌焊接的物体的一部分。当使摩擦-搅拌轴针沿装配件的长度通过时，摩擦-搅拌轴针也被转动(例如，通过一个或更多个相关联的马达而转动)。例如，在一些实施例中，摩擦-搅拌轴针在相对端部(例如，摩擦-搅拌轴针600的第一端612和第二端614)被支撑。进一步地，在一些实施例中，摩擦-搅拌轴针可以在相对端部被驱动(例如，第一马达可以从第一端612驱动摩擦-搅拌轴针并且第二马达可以从第二端614驱动摩擦-搅拌轴针)。在各种实施例中，在两端部支撑轴针减小了轴针在穿过被焊接的装配件的宽度时的弯曲或挠曲。两个马达可以是彼此同步的。
使摩擦-搅拌轴针沿着界面并沿着装配件的长度通过将使次相材料分散进入主相材料内并且将主相材料的至少两个块体焊接在一起。因此，在各种实施例中提供了具有次相材料遍布主相材料的单一结构。可以注意到，在一些实施例中，界面可以与摩擦-搅拌轴针的轴线对齐，而在其他实施例中，界面可以偏移于摩擦-搅拌轴针的轴线。通常，在各种实施例中，界面位于由轴针直径(例如，沟槽的直径)所限定的区域或带内。可以注意到，如本文所用，术语“轴针直径”指代摩擦-搅拌轴针的特性(例如，沟槽的直径)并且不限制混合可以发生的实际区域或厚度。在各种实施例中，混合可以在摩擦-搅拌轴针的轴针直径之外发生，这非常像来自螺旋桨的尾波(wake)延伸到螺旋桨直径之外。当摩擦-搅拌轴针沿着装配件的长度前进时，摩擦-搅拌轴针的转速以及横向速度可以被控制，以实现期望的混合和/或焊接，其中摩擦-搅拌轴针以所述横向速度沿装配件的长度从前边缘前进至后边缘。例如，这些速度可以被控制，以保持温度足够高，用于增强正被混合的材料的流动，同时保持温度足够低，以保持在一种或更多种材料的熔化温度以下。
图7描绘了图2的装配件200在摩擦-搅拌焊接期间在被夹紧位置的示意性侧视图。如在图7中看到的，当摩擦-搅拌轴针600沿装配件200的长度L前进时，次相材料231与主相材料211混合，并且第一块体210和第二块体220被焊接到一起，在摩擦-搅拌轴针600的后面(以前进方向而言)形成单一的MMC。
图8描绘了在摩擦-搅拌焊接之后的装配件200的示意性侧视图。如在图8中看到的，装配件200已经通过方法100被加工成单一的摩擦-搅拌焊接结构800，该结构800具有遍布于主相材料211的次相材料231，并且第一块体210和第二块体220被焊接到一起以形成单一的摩擦-搅拌焊接结构800。
可以注意到，在可替换的实施例中，可以使用更多个块体和界面。图9描绘了包括三个块体和两个界面的被摩擦-搅拌焊接的装配件900。装配件900包括第一块体910、第二块体920和第三块体930。第一块体910、第二块体920和第三块体930由一种或更多种主相材料制成。装配件900限定了在块体之间的两个界面。也就是说，装配件900限定了在第一块体910与第二块体920之间的第一界面941，以及在第二块体920与第三块体930之间的第二界面951。第一中间层940被设置在第一界面941处，并且第二中间层950被设置在第二界面951处。第一中间层940和第二中间层950由一种或更多种次相材料制成。通常，当使摩擦-搅拌轴针960沿装配件900的长度L通过时，次相材料通过摩擦-搅拌焊接被混合或遍布主相材料，同时主相材料通过摩擦-搅拌焊接被焊接到一起。在图示说明的实施例中，摩擦-搅拌轴针960被定位在装配件900的厚度T的中间点处，其中第一中间层940和第二中间层950在中间点的相对侧上。可以注意到，例如，界面以及次相材料的中间层的特定位置和/或数量可以被改变，以便提供次相材料贯穿主相材料分布的均匀性的期望水平。
还可以注意到，所描绘的示例装配件900是以示例方式而非限制方式被提供的，并且在可替换的实施例中可以采用其他布置。例如，在各种实施例中可以利用多于三个块体和两个界面。作为另一示例，尽管在图示说明的实施例中示出一个摩擦-搅拌轴针，但在可替换的实施例中可以应用多于一个摩擦-搅拌轴针。例如，在一些实施例中，每个界面可以提供一个摩擦-搅拌轴针。作为另一示例，可以在其他实施例中利用更多个界面。例如，可以提供四个界面，且提供两个摩擦-搅拌轴针(每个轴针对应两个界面)。
可以进一步注意到，尽管在一些实施例中，对于每个块体可以使用相同的主相材料，并且对于每个中间层可以使用相同的次相材料，但在其他实施例中，可以使用不同的材料。例如，在一些实施例中，不同的材料可以被用于两个或更多个块体的主相材料。例如，在图示说明的实施例中，第一块体910可以由第一材料(例如，第一金属)制成，第二块体可以由第二材料(例如，第二金属)制成，并且第三块体可以由第三材料(例如，第三金属)制成。可替换地或额外地，不同的材料可以被用于两个或更多个界面的次相材料。例如，在图示说明的实施例中，第一中间层940可以由第四材料(例如，第四金属和/或第一陶瓷粉末)制成，并且第二中间层950可以由第五材料(例如，第五金属和/或第二陶瓷粉末)制成。用于不同块体和/或中间层的不同材料可以用在不同实施例中以提供贯穿所得到的结构的厚度的梯度或可变属性。
图10提供了根据各种实施例所形成的摩擦-搅拌装配件1000的示意性端部视图，并且图11提供了摩擦-搅拌装配件1000的侧面示意图。如在图10和11中看到的，摩擦-搅拌装配件1000被配置为接收如本文讨论的将被摩擦-搅拌焊接的装配件(例如，装配件200)
如在图10和11中看到的，摩擦-搅拌装配件1000包括第一压台1010、第二压台1020、第一卡盘1030、第二卡盘1040和摩擦-搅拌轴针1050。摩擦-搅拌装配件1000的各种部件可以被安装到框架1090(为了说明的简单和清晰起见，其被示意性地显示为图10中的连接线)，框架1090被配置为将这些部件固定在期望位置，和/或约束或引导各种部件的移动。例如，第一压台1010和第二压台1020可以被推动为靠近彼此(以便夹紧装配件200)或者远离彼此(以便释放装配件200)。摩擦-搅拌轴针1050可以被固定在第一卡盘1030和第二卡盘1040中，其中第一卡盘1030和第二卡盘1040沿装配件200的长度被推动以摩擦-搅拌焊接该装配件。摩擦-搅拌轴针1050可以被配置为大致类似于例如本文讨论的摩擦-搅拌轴针600。如在图10中最佳看到的，摩擦-搅拌轴针1050包括固定在第一卡盘1030中的第一端1052，以及固定在第二卡盘1040中的第二端1054。所描绘的摩擦-搅拌轴针1050具有混合长度1056(例如，由沟槽限定)，混合长度1056至少延伸了装配件200的宽度W，以便跨越装配件200的整个宽度提供摩擦-搅拌焊接。
第一压台1010和第二压台1020被配置为保持要被摩擦-搅拌焊接的装配件(例如，装配件200，在图10和图11中以虚线示出)。例如，第一压台1010和/或第二压台1020可以被连接到一个或更多个液压缸或其他致动器，所述液压缸或其他致动器被配置为推动第一压台1010与第二压台1020靠近彼此或者使其远离彼此。
第一卡盘1030和第二卡盘1040被设置在装配件200的宽度W的相对侧上(或者在第一压台1010和第二压台1020的相对侧上)，并且被配置为沿着装配件200的长度L(或者第一压台1010和第二压台1020的长度)通过。例如，卡盘可以被设置在线性导轨中并且由液压缸或其他线性致动器1080(见图11)致动，以便沿着正被摩擦-搅拌焊接的装配件的长度前进。导轨也可以被用于将摩擦-搅拌轴针定位在期望位置(例如，与装配件200的界面对齐)。在图示说明的实施例中，每个卡盘还包括相关联的马达，用于在摩擦-搅拌焊接期间转动摩擦-搅拌轴针1050。如在图10中最佳看到的，摩擦-搅拌装配件1000包括与第一卡盘1030相关联的第一马达1060，并且还包括与第二卡盘1040相关联的第二马达1070。第一马达1060驱动摩擦-搅拌轴针1050的第一端1052(例如，转动第一端1052)，同时第二马达1070驱动摩擦-搅拌轴针1050的第二端1054(例如，转动第二端1054)。第一马达1060和第二马达1070可以被同步化，以便在相同的时间且以相同的转速来转动摩擦-搅拌轴针1050的端部，从而减少或消除可能由非同步化的转动引起的任何扭转。图示说明的实施例中的马达被用于转动摩擦-搅拌轴针1050，同时摩擦-搅拌轴针1050沿着装配件200的长度前进以摩擦-搅拌焊接装配件200。使摩擦-搅拌轴针1050沿着装配件200的长度L通过将使次相材料(例如，位于两个主相材料之间的界面处的材料)分散进入主相材料内并且将主相材料的块体焊接到一起。
本公开的示例可以在飞行器制造和如图12所示的检修方法1900以及如图13所示的飞行器1902的背景下进行描述。在预生产期间，说明性方法1900可以包括飞行器1902的规格和设计(框图1904)以及材料采购(框图1906)。在生产期间，可以进行飞行器1902的部件与子组件制造(框图1908)和系统集成(框图1910)。此后，飞行器1902可以经历认证和交付(框图1912)以便投入使用(框图1914)。在投入使用中时，飞行器1902可以被安排进行例行的维护和检修(框图1916)。例行的维护和检修可以包括对飞行器1902的一个或更多个系统的修改、重新配置、翻新等。例如，在各种实施例中，本公开的示例可以结合一个或更多个框图1908或1916来使用。
说明性方法1900的每个过程可以由系统集成商、第三方和/或操作者(例如，客户)来执行或实施。为了本说明书的目的，系统集成商可以包括但不限于任何数量的飞行器制造商和主系统分包商；第三方可以包括但不限于任何数量的卖主、分包商和供应商；并且操作者可以是航空公司、租赁公司、军事实体、服务机构等。
如图13所示，由示例性方法1900生产的飞行器1902可以包括具有多个高层级系统1920和内部1922的机体1918。高层级系统1920的示例包括推进系统1924、电气系统1926、液压系统1928和环境系统1930中的一个或更多个。可以包括任意数量的其他系统。尽管示出的是航空示例，但本文公开的原理可以应用于其他产业，诸如汽车工业。相应地，除了飞行器1902以外，本文公开的原理也可以应用于其他交通工具，例如，陆地交通工具、海洋交通工具、太空交通工具等。在各种实施例中，本公开的示例可以结合机体1918来使用。
本文示出的或描述的装置和方法可以在生产与检修方法1900的一个或更多个阶段中被应用。例如，可以以与当飞行器1902投入使用时所生产的部件或子组件相似的方式加工或制造对应于部件与子组件制造1908的部件或子组件。另外，可以在生产阶段1908和1910期间例如通过大幅度加快飞行器1902的组装或者减少飞行器1902成本来利用装置、方法或其组合的一个或更多个示例。类似地，例如但非限制地，可以，在飞行器1902投入使用时(例如维护和检修阶段(框图1916))利用装置或方法实施的一个或更多个示例或者其组合。
本文公开的装置和方法的不同示例包括多个部件、特征和功能。应理解的是，本文公开的装置和方法的各种示例可以包括本文公开的装置和方法的任何组合形式的其他示例中的任何部件、特征和功能，并且所有这些可能性意图落在本公开的精神和范围内。
尽管各种空间的和方向的术语(诸如顶部、底部、下部、中间、横向、水平、垂直、前面等)可以被用于描述本公开的实施例，但应该理解的是，这类术语仅用于针对附图示出的定向。定向可以反转、旋转或进行其他改变，以使得上部变为下部，并且反之亦然，水平的变成垂直的，等等。
应注意的是，所说明的实施例的部件的特定布置(例如，数量、类型、布局等)可以在可替换的实施例中被修改。例如，在各种实施例中，可以应用不同数量的给定部件，可以应用不同的一个或更多个类型的给定部件，一定数量的部件(或其方面)可以被组合，给定部件可以被分成多个部件，一个或更多个部件的一个或更多个方面可以在部件之间被共享、给定部件可以被添加或者给定部件可以被省略。
如本文所用，“被配置为”执行任务或操作的结构、限制或元件以与该任务或操作相对应的方式被特定地结构化形成、构造或调适。为了清楚和避免疑惑的目的，只能够被修改以便执行任务或操作的物体不是本文意义上的“被配置为”执行任务或操作。相反，如本文所用的对“被配置为”的使用指的是结构上的适应或特性，并且指的是对任何结构、限制或元件的结构上的要求，其中这些结构、限制或元件被描述为“被配置为”执行任务或操作。
应被理解的是，以上说明书意图为说明性的并且不是约束性的。例如，上述实施例(和/或其方面)可以被用于与彼此的组合。另外，可以对各种实施例的内容进行多种修改而不脱离其范围，以适应特定环境或材料。尽管本文描述的尺寸和材料类型意图为限定各种实施例的因素，但这些实施例并不意味着是限制性的，而是示例性实施例。通过回顾以上说明书，许多其他实施例将对于本领域技术人员是显而易见的。各种实施例的范围应该因此参考随附的权利要求以及这些所谓的权利要求的等价物的全部范围来确定。
进一步地，本公开包含根据以下条款的实施例：
条款1.一种方法，用于形成金属基质复合材料(MMC)结构，所述方法包含：
形成装配件，所述装配件包括共享界面的主相材料的至少两个块体，其中次相材料被设置在所述界面处，所述装配件具有从前边缘延伸至后边缘的长度、垂直于所述长度延伸的宽度、和厚度；
夹紧所述装配件，以便实现以下至少一个：推动所述至少两个块体靠近彼此或者维持所述至少两个块体处于预定位置；
使转动的摩擦-搅拌轴针沿着所述界面从所述前边缘至所述后边缘通过，其中所述摩擦-搅拌轴针具有延伸了至少所述装配件的所述宽度的混合长度，其中递送所述摩擦-搅拌轴针使所述次相材料分散进入所述主相材料中并且将所述至少两个块体焊接到一起。
条款2.根据条款1所述的方法，进一步包含，当使所述搅拌摩擦轴针沿着所述界面通过时，在相对端部支撑所述摩擦-搅拌轴针。
条款3.根据条款2所述的方法，进一步包含，当使所述搅拌摩擦轴针沿着所述界面通过时，在相对端部驱动所述摩擦-搅拌轴针。
条款4.根据条款1所述的方法，其中形成所述装配件包含将所述次相材料设置在所述至少两个块体的至少一个的腔体中。
条款5.根据条款1所述的方法，其中所述至少两个块体包含限定了两个界面的至少三个块体。
条款6.根据条款5所述的方法，其中所述至少三个块体包含三个块体，所述三个块体包含彼此不同的金属。
条款7.根据条款5所述的方法，其中所述次相材料包含被设置在第一界面处的第一次相材料和被设置在第二界面处的第二次相材料。
条款8.根据条款1所述的方法，其中所述主相材料包含铝。
条款9.根据条款1所述的方法，其中所述次相材料包含陶瓷粉末。
条款10.一种摩擦-搅拌装配件包含：
第一压台和第二压台，其被配置为保持装配件，所述装配件包括共享界面的主相材料的至少两个块体，其中次相材料被设置在所述界面处，所述装配件具有从前边缘延伸至后边缘的长度、垂直于所述长度延伸的宽度、和厚度；
第一卡盘和第二卡盘，其被设置在所述装配件的所述宽度的相对侧上并且被配置为沿着所述装配件的所述长度通过；以及
摩擦-搅拌轴针，其具有分别被所述第一卡盘和所述第二卡盘支撑的第一端和第二端，其中所述摩擦-搅拌轴针具有延伸了至少所述装配件的所述宽度的混合长度，其中使所述摩擦-搅拌轴针通过将使所述次相材料分散进入所述主相材料中并且将所述至少两个块体焊接到一起。
条款11.根据条款10所述的摩擦-搅拌装配件，其中所述第一卡盘和所述第二卡盘被配置为分别驱动所述摩擦-搅拌轴针的所述第一端和所述第二端。
条款12.根据条款10所述的摩擦-搅拌装配件，其中所述摩擦-搅拌轴针具有在所述装配件的所述厚度的25％到85％之间的直径。
条款13.根据条款10所述的摩擦-搅拌装配件，其中所述摩擦-搅拌轴针具有在所述装配件的所述厚度的1/3到1/2之间的直径。
条款14.根据条款10所述的摩擦-搅拌装配件，其包含沿所述装配件的所述厚度布置的多个摩擦-搅拌轴针。
条款15.根据条款14所述的摩擦-搅拌装配件，其中至少两个所述摩擦-搅拌轴针被独立地驱动。
条款16.一种摩擦-搅拌焊接的结构，其通过以下方式形成：
形成装配件，所述装配件包括共享界面的主相材料的至少两个块体，其中次相材料被设置在所述界面处，所述装配件具有从前边缘延伸至后边缘的长度、垂直于所述长度延伸的宽度、和厚度；
夹紧所述装配件，以便实现以下至少一个：推动所述至少两个块体靠近彼此或者维持所述至少两个块体处于预定位置；并且
使转动的摩擦-搅拌轴针沿着所述界面从所述前边缘至所述后边缘通过，其中所述摩擦-搅拌轴针具有延伸了至少所述装配件的所述宽度的混合长度，其中使所述摩擦-搅拌轴针通过使所述次相材料分散进入所述主相材料中并且将所述至少两个块体焊接到一起以形成所述结构。
条款17.根据条款16所述的摩擦-搅拌焊接的结构，其中所述至少两个块体包含限定了两个界面的至少三个块体，其中所述至少三个块体包含三个块体，所述三个块体包括彼此不同的金属。
条款18.根据条款16所述的摩擦-搅拌焊接的结构，其中所述至少两个块体包含限定了两个界面的至少三个块体，其中所述次相材料包含被设置在第一界面处的第一次相材料和被设置在第二界面处的第二次相材料。
条款19.根据条款16所述的摩擦-搅拌焊接的结构，其中所述主相材料包含铝。
条款20.根据条款16所述的摩擦-搅拌焊接的结构，其中所述次相材料包含陶瓷粉末。
该书面说明书使用示例来公开包括最佳模式的各种实施例，并且也使任何本领域技术人员能够实践各种实施例，包括制作和使用任何设备或系统以及执行任何经合并的方法。各种实施例的可取得专利权的范围由权利要求限定，并且可以包括那些本领域技术人员想到的其他示例。如果这类其他示例具有的结构元件没有不同于权利要求的字面语言，或者如果这类示例包括的等同结构元件与权利要求的字面语言具有非本质的区别，则这类示例意图为在权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种用于形成金属基质复合材料(MMC)结构(800)的方法(100)，所述方法包含：
形成(102)装配件(200)，所述装配件(200)包括共享界面(202)的主相材料(211)的至少两个块体(210，220)，其中次相材料(231)被设置在所述界面处，所述装配件具有从前边缘(204)延伸至后边缘(206)的长度(L)、垂直于所述长度延伸的宽度(W)、和厚度(T)；
夹紧(106)所述装配件至压力机的两个压台(510，520)中的至少一个，所述压力机推动所述至少两个块体靠近彼此或者维持所述至少两个块体处于预定位置；
使转动的摩擦-搅拌轴针(600)沿着所述界面从所述前边缘至所述后边缘通过(108)，其中所述摩擦-搅拌轴针具有延伸了至少所述装配件的所述宽度的混合长度(622)，其中使所述摩擦-搅拌轴针通过将使所述次相材料分散进入所述主相材料中并且将所述至少两个块体焊接到一起。
2.根据权利要求1所述的方法(100)，其进一步包含：当使所述搅拌摩擦轴针沿着所述界面(202)通过时，在相对端驱动所述摩擦-搅拌轴针(600)。
3.根据权利要求1所述的方法(100)，其中形成(102)所述装配件(200)包含将所述次相材料(231)设置在所述至少两个块体(210，220)的至少一个的腔体(410)中。
4.根据权利要求1所述的方法(100)，其中所述至少两个块体(210，220)包含限定了两个界面(941，951)的至少三个块体(910，920，940)。
5.根据权利要求4所述的方法(100)，其中所述次相材料(231)包含被设置在第一界面(941)处的第一次相材料和被设置在第二界面(951)处的第二次相材料。
6.一种摩擦-搅拌装配件(1000)，其包含：
第一压台(1010)和第二压台(1020)，其被配置为保持装配件(200)，所述装配件包括共享界面(202)的主相材料(211)的至少两个块体(210，220)，其中次相材料(231)被设置在所述界面处，所述装配件具有从前边缘(204)延伸至后边缘(206)的长度(L)、垂直于所述长度延伸的宽度(W)、和厚度(T)；
第一卡盘(1030)和第二卡盘(1040)，其被设置在所述装配件的所述宽度的相对侧上并且被配置为沿着所述装配件的所述长度通过；以及
摩擦-搅拌轴针(1050)，其具有分别被所述第一卡盘(1030)和所述第二卡盘(1040)支撑的第一端(1052)和第二端(1054)，其中所述摩擦-搅拌轴针具有延伸了至少所述装配件的所述宽度的混合长度(1056)，其中使所述摩擦-搅拌轴针通过将使所述次相材料分散进入所述主相材料中并且将所述至少两个块体焊接到一起。
7.根据权利要求6所述的摩擦-搅拌装配件(1000)，其中所述第一卡盘(1030)和所述第二卡盘(1040)被配置为分别驱动所述摩擦-搅拌轴针(1050)的所述第一端(1050)和所述第二端(1052)。
8.根据权利要求6所述的摩擦-搅拌装配件(1000)，其中所述摩擦-搅拌轴针(1050)具有在所述装配件(200)的所述厚度的25％到85％之间的直径。
9.根据权利要求6所述的摩擦-搅拌装配件(1000)，其中所述摩擦-搅拌轴针(1050)具有在所述装配件(200)的所述厚度的1/3到1/2之间的直径。
10.根据权利要求6所述的摩擦-搅拌装配件(1000)，其包含沿所述装配件(200)的所述厚度(T)布置的多个摩擦-搅拌轴针(1050)。
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