• CN:11-2187/TH
  • ISSN:0577-6686

机械工程学报 ›› 2025, Vol. 61 ›› Issue (2): 56-85.doi: 10.3901/JME.2025.02.056

• 材料科学与工程 • 上一篇    下一篇

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搅拌摩擦沉积增材制造机理及展望:机遇与挑战

申志康1,2,3, 李冬晓4, 孙中刚5, 马良超6, 刘小超7, 田艳红3, 郭伟8, 侯文涛9, 朴钟宇9, 杨新岐10, 李文亚2   

  1. 1. 西南大学工程技术学院 重庆 400715;
    2. 西北工业大学陕西省摩擦焊接工程技术重点实验室 西安 710072;
    3. 哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室 哈尔滨 150001;
    4. 北京卫星制造厂有限公司 北京 100092;
    5. 南京工业大学材料科学与工程学院 南京 211816;
    6. 中国兵器科学研究院宁波分院 宁波 315103;
    7. 东南大学机械工程学院 南京 211189;
    8. 北京航空航天大学机械工程及自动化学院 北京 100191;
    9. 浙江工业大学机械工程学院 杭州 310023;
    10. 天津大学材料科学与工程学院 天津 300350
  • 收稿日期:2023-12-25 修回日期:2024-09-21 出版日期:2025-01-20 发布日期:2025-02-26
  • 作者简介:申志康,男,1983年出生,博士,教授,博士研究生导师。主要研究方向为固相连接/增材制造技术及装备、表面改性和结构可靠性评价等。E-mail:zhikangshen@swu.edu.cn;李冬晓,男,1988年出生,博士,高级工程师。主要研究方向为航天器先进焊接技术。E-mail:azure0117@126.com;孙中刚,男,1981年出生,博士,硕士研究生导师。主要研究方向为增材制造。E-mail:sunzgg@njtech.edu.cn;马良超,男,1987年出生,硕士,副研究员。主要研究方向为焊接及增材制造。E-mail:mlc2014@126.com;刘小超,男,1990年出生,博士,副教授。主要研究方向为搅拌摩擦焊。E-mail:xcliu1990@seu.edu.cn;田艳红,女,1975年出生,博士,教授,博士研究生导师。主要研究方向为电子封装技术与可靠性、柔性电子材料与器件。E-mail:tianyh@hit.edu.cn;郭伟,男,1976年出生,博士,教授,博士研究生导师。主要研究方向为激光焊。E-mail:gwei@buaa.edu.cn;侯文涛,男,1986年出生,博士,副教授。主要研究方向为搅拌摩擦焊及表面工程。E-mail:wthou@zjut.edu.cn;朴钟宇,男,1982年出生,博士,教授,博士研究生导师。主要研究方向为智能表面制造、服役状态感知、摩擦学与表面工程。E-mail:piaozy@zjut.edu.cn;杨新岐,男,1963年出生,博士,教授,博士研究生导师。主要研究方向为搅拌摩擦焊及搅拌摩擦增材制造技术。E-mail:xqyang@tju.edu.cn;李文亚(通信作者),男,1976年出生,博士,教授,博士研究生导师。主要研究方向为冷喷涂及搅拌摩擦焊。E-mail:liwy@nwpu.edu.cn
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(52174374,U2241248,51975479,U23A20622)、重庆市自然科学基金(CSTD2024NSCQ-MSX0707)和中央高校基本科研业务费专项资金(SWU-KR22034)资助项目。

Fundamentals and Prospects of Additive Friction Stir Deposition:Opportunities and Challenges

SHEN Zhikang1,2,3, LI Dongxiao4, SUN Zhonggang5, MA Liangchao6, LIU Xiaochao7, TIAN Yanhong3, GUO Wei8, HOU Wentao9, PIAO Zhongyu9, YANG Xinqi10, LI Wenya2   

  1. 1. College of Engineering and Technology, Southwest University, Chongqing 400715;
    2. Shaanxi Key Laboratory of Friction Welding Technologies, Northwestern Polytechnical University, Xi'an 710072;
    3. State Key Laboratory of Advanced Welding and Joining, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001;
    4. Beijing Spacecrafts, Beijing 100092;
    5. College of Materials Science and Engineering, Nanjing Tech University, Nanjing 211816;
    6. Ningbo Branch of Chinese Academy of Ordnance Science, Ningbo 315103;
    7. School of Mechanical Engineering, Southeast University, Nanjing 211189;
    8. School of Mechanical Engineering & Automation, Beihang University, Beijing 100191;
    9. College of Mechanical Engineering, Zhejiang University of Technology, Hangzhou 310023;
    10. School of Material Science and Engineering, Tianjin University, Tianjin 300350
  • Received:2023-12-25 Revised:2024-09-21 Online:2025-01-20 Published:2025-02-26

摘要: 航空航天、兵器等重大装备大型关键结构整体化设计和一体化制造已成为轻量化和服役性能的重要保障。增材制造作为实现创新结构的变革技术被广泛关注和应用,但高强铝合金、镁合金等轻质高强金属增材制造仍面临诸多挑战。搅拌摩擦以强塑性非熔化方式为此类合金高质量增材制造提供了新的思路和方法,并基于此形成了固相增材制造技术与装备。搅拌摩擦增材制造技术的突出优势迅速引发了全球范围的广泛关注和研究,但当前该技术的基础理论和沉积材料组织性能等尚待进一步厘清。系统梳理了搅拌摩擦增材制造领域的最新研究进展,全面评述了国内外在搅拌摩擦增材制造产热机制、材料流动行为、打印工具设计、工艺参数和组织性能等方面的研究成果及装备开发和工程应用现状。最后,展望了搅拌摩擦增材制造技术的未来机遇和发展趋势。

关键词: 搅拌摩擦增材制造, 基本原理, 高性能材料, 组织性能

Abstract: Integrative design and integrated manufacturing of major equipment’s’ large critical structure such as aeronautics, astronautics and weapons provide guarantees of lightweight manufacturing and service performance. As a transformative technology can achieve innovative structure, additive manufacturing has received extensive attention and being applied, nevertheless, additive manufacturing of lightweight and high-strength metals such as high strength aluminium alloy and magnesium alloy faces many challenges. Additive friction stir deposition provides a new thought and method for such kind metals, since its process involves strong plasticity and non-melting, which further facilitates the progress of solid-state additive manufacturing and equipment. Dominant advantages of additive friction stir deposition have aroused worldwide attention and investigation; However, this technology’s basic theory and deposited materials’ microstructure evolution and performance need to be clarified. Research progress in additive friction stir deposition was systematically summarized, domestic and foreign research achievements such as heat production mechanism, material flow behavior, design of printing tool, processing parameters, microstructure evolution and performance of additive friction stir deposition were comprehensively reviewed. Finally, future opportunities and development trends of additive friction stir deposition were pointed out.

Key words: additive friction stir deposition, foundational, high performance material, microstructure and performance

中图分类号: