一种含陶瓷颗粒的铝合金焊丝及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种含陶瓷颗粒的铝合金焊丝及其制备方法和应用。该铝合金焊丝按重量百分比包含如下元素：Zn：12.5‑14.5％，Mg：1.8‑3.0％，Cu：3.0‑4.5％，Zr：0.02‑0.3％，Cr：0.03‑0.3％，Fe：0.01‑0.4％，Si：0.01‑0.3％，Mn：0.01‑0.4％，TiB

An aluminum alloy welding wire with ceramic particles and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种含陶瓷颗粒的铝合金焊丝及其制备方法和应用
本专利技术涉及铝合金焊丝
，特别涉及到一种含陶瓷颗粒的铝合金焊丝及其制备方法和应用。
技术介绍
铝合金具备高比强度、高比刚度的优点，广泛应用于航空航天、交通运输等领域。随着高新技术快速发展，对其的要求也越来越高，安全环保、节能减排成为目前最重要的发展方向。尤其是7XXX系高强铝合金，以其优良的综合性能成为最具有发展前景的轻量化材料，并受到国内外学者专家的共同关注。但是，7XXX系高强铝合金焊接性能差，存在着焊接接头裂纹倾向大、接头软化严重以及变形等一系列问题。采用目前常用的Al-Mg系焊丝时，焊缝极易产生裂纹，且焊缝强度最多只能稳定到300MPa左右，无法满足高比强度、高比刚度的要求。研究表明，纳米颗粒的引入不仅可以有效的细化晶粒、改善第二相的尺寸和分布，而且可以从根本上消除材料的热裂敏感性。因此，亟待开发一种含陶瓷颗粒的铝合金焊丝，提高焊缝强度和热稳定性，解决7XXX系铝合金焊接易开裂的问题。
技术实现思路
为解决现有技术存在的问题，本专利技术目的提供了一种提高焊缝强度和热稳定性的含陶瓷颗粒的铝合金焊丝及其制备方法。为解决以上技术问题，本专利技术采用以下技术方案来实现的：一种含陶瓷颗粒的铝合金焊丝，其特征在于，所述铝合金焊丝按重量百分比包含如下元素：Zn：12.5-14.5％，Mg：1.8-3.0％，Cu：3.0-4.5％，Zr：0.02-0.3％，Cr：0.03-0.3％，Fe：0.01-0.4％，Si：0.01-0.3％，Mn：0.01-0.4％，TiB2陶瓷颗粒≤6％，余量为Al；其中，TiB2陶瓷颗粒的粒径为1微米-10微米。在本专利技术的一个优选实施例中，所述铝合金焊丝按重量百分比包含如下元素：Zn为12.5％，Mg为1.8％，Cu为3.0％，Zr为0.2％，Cr为0.15％，Fe为0.3％，Si为0.2％，Mn为0.4％，TiB2陶瓷颗粒为6％，余量为Al，其中，TiB2陶瓷颗粒的粒径为1微米-3微米。在本专利技术的一个优选实施例中，所述铝合金焊丝按重量百分比包含如下元素：Zn：13-14.5％，Mg：2.1-2.6％，Cu：3.0-4.0％，Zr：0.02-0.3％，Cr：0.03-0.3％，Fe：0.01-0.4％，Si：0.01-0.3％，Mn：0.01-0.4％，TiB2陶瓷颗粒≤4％，余量为Al。在本专利技术的一个优选实施例中，所述铝合金焊丝按重量百分比包含如下元素：Zn为14.5％，Mg为2.2％，Cu为4％，Zr为0.15％，Cr为0.1％，Fe为0.2％，Si为0.15％，Mn为0.15％，TiB2陶瓷颗粒为3.5％，余量为Al，其中，TiB2陶瓷颗粒的粒径为4微米-7微米。在本专利技术的一个优选实施例中，所述铝合金焊丝按重量百分比包含如下元素：Zn：13-14％，Mg：2.5-2.6％，Cu：3.0-3.5％，Zr：0.02-0.3％，Cr：0.03-0.3％，Fe：0.01-0.4％，Si：0.01-0.3％，Mn：0.01-0.4％，TiB2陶瓷颗粒≤2％，余量为Al。在本专利技术的一个优选实施例中，所述铝合金焊丝按重量百分比包含如下元素：Zn为13％，Mg为2.6％，Cu为3.5％，Zr为0.15％，Cr为0.03％，Fe为0.03％，Si为0.02％，Mn为0.04％，TiB2陶瓷颗粒为1.5％，余量为Al，其中，TiB2陶瓷颗粒的粒径为8微米-10微米。本专利技术还公开了一种含陶瓷颗粒的铝合金焊丝的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：原位合成反应将纯铝熔融后加入覆盖剂，覆盖均匀后升温进行熔炼，将均匀混合的匀混合的KBF4、K2TiF6粉末烘干后加入熔炼所得的熔体中搅拌，反应结束扒渣后加入其他含有元素的化合物，然后添加精炼剂精炼，并进行真空除气，得到含陶瓷颗粒的铝合金金属液；S2：超声波电磁半连续铸造将步骤S1所得的金属液搅拌均匀，在氩气环境下，进行超声波电磁半连续铸造，制得铸锭；S3：均匀化将步骤S2所得的铸锭进行均匀化退火，得到铸坯；S4：挤压将步骤S3得到的铸坯挤压成铝合金线坯，挤压比为10-15；S5：高温拉拔将步骤S4得到的铝合金线坯预热至400-420度，在400-420度之间进行多道次拉拔，得到不同规格的焊丝；S6：表面处理将步骤S5得到的焊丝进行酸洗、抛光和磨削。在本专利技术的一个优选实施例中，所述步骤S2中当熔体温度降至710-730℃时开始半连续铸造，开始铸造时速度控制在30-50mm/min，冷却水量为70-90L/min，然后逐步提高铸造速度一直到60-100mm/min，待速度稳定后开始施加电磁场，施加电流为I(55-65A)，频率f(5-35Hz)，当铸锭长度为110-130mm时，在施加电磁场的同时施加超声场，超声功率为70-210W。在本专利技术的一个优选实施例中，所述步骤S3均匀化退火温度为465-475度。本专利技术还公开了一种含陶瓷颗粒的铝合金焊丝在电弧增材制造中的应用。与现有技术相比，本专利技术具有以下几点有益效果：1)本专利技术解决了7XXX系铝合金焊接强度低，容易热裂的问题。采用本专利技术的焊丝焊接7XXX系铝合金，焊缝的热稳定性和焊缝强度可以得到显著提升。2)采用超声波电磁半连续铸造工艺制备焊丝铸锭，可实现颗粒在组织中的均匀分布，细化晶粒。3)采用高温拉拔，能显著提升焊丝的成型质量，提高电弧焊接的稳定性。4)采用(超声场+电磁场)复合场铸造后7XXX系铝合金内部组织得到了明显改善，它综合了单一磁场和单一超声场的优势。超声场弥补了电磁场的“集肤效应”，而电磁场的集肤效应弥补了超声场的“聚集作用”。5)在基体中加入陶瓷颗粒的方法也可以应用到7XXX铝合金以外的、焊接过程中容易产生热裂的材料中。6)本专利技术为其他难以焊接的材料体系提供了一种新思路并且有望提高不同材料间的焊接。7)本专利技术TiB2陶瓷颗粒占焊丝总重量百分比≤6％，有效的提高了焊丝的综合性能，若TiB2陶瓷颗粒超过焊丝总重量百分比的6％，会导致焊丝材料，气孔、酥松、焊缝性能差等缺点。具体实施方式为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面进一步阐述本专利技术。实施例1一种含陶瓷颗粒的铝合金焊丝，该铝合金焊丝按重量百分比包含如下元素：Zn为12.5％，Mg为1.8％，Cu为3.0％，Zr为0.2％，Cr为0.15％，Fe为0.3％，Si为0.2％，Mn为0.4％，TiB2陶瓷颗粒为6％，余量为Al，其中，TiB2陶瓷颗粒的粒径为1微米-3微米。实施例1的含陶瓷颗粒的铝合金焊丝的制备方法具体步骤如下：S1：原位合成反应将纯铝熔融后加入覆盖剂，覆盖均匀后升温进行熔炼，将均匀混合的匀混合的KBF4、K2TiF6粉末烘干后加入熔炼所得的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含陶瓷颗粒的铝合金焊丝，其特征在于，所述铝合金焊丝按重量百分比包含如下元素：Zn：12.5-14.5％，Mg：1.8-3.0％，Cu：3.0-4.5％，Zr：0.02-0.3％，Cr：0.03-0.3％，Fe：0.01-0.4％，Si：0.01-0.3％，Mn：0.01-0.4％，TiB

【技术特征摘要】
1.一种含陶瓷颗粒的铝合金焊丝，其特征在于，所述铝合金焊丝按重量百分比包含如下元素：Zn：12.5-14.5％，Mg：1.8-3.0％，Cu：3.0-4.5％，Zr：0.02-0.3％，Cr：0.03-0.3％，Fe：0.01-0.4％，Si：0.01-0.3％，Mn：0.01-0.4％，TiB2陶瓷颗粒≤6％，余量为Al；其中，TiB2陶瓷颗粒的粒径为1微米-10微米。


2.根据权利要求1所述的一种含陶瓷颗粒的铝合金焊丝，其特征在于：所述铝合金焊丝按重量百分比包含如下元素：Zn为12.5％，Mg为1.8％，Cu为3.0％，Zr为0.2％，Cr为0.15％，Fe为0.3％，Si为0.2％，Mn为0.4％，TiB2陶瓷颗粒为6％，余量为Al，其中，TiB2陶瓷颗粒的粒径为1微米-3微米。


3.根据权利要求1所述的一种含陶瓷颗粒的铝合金焊丝，其特征在于：所述铝合金焊丝按重量百分比包含如下元素：Zn：13-14.5％，Mg：2.1-2.6％，Cu：3.0-4.0％，Zr：0.02-0.3％，Cr：0.03-0.3％，Fe：0.01-0.4％，Si：0.01-0.3％，Mn：0.01-0.4％，TiB2陶瓷颗粒≤4％，余量为Al。


4.根据权利要求3所述的一种含陶瓷颗粒的铝合金焊丝，其特征在于：所述铝合金焊丝按重量百分比包含如下元素：Zn为14.5％，Mg为2.2％，Cu为4％，Zr为0.15％，Cr为0.1％，Fe为0.2％，Si为0.15％，Mn为0.15％，TiB2陶瓷颗粒为3.5％，余量为Al，其中，TiB2陶瓷颗粒的粒径为4微米-7微米。


5.根据权利要求1所述的一种含陶瓷颗粒的铝合金焊丝，其特征在于：所述铝合金焊丝按重量百分比包含如下元素：Zn：13-14％，Mg：2.5-2.6％，Cu：3.0-3.5％，Zr：0.02-0.3％，Cr：0.03-0.3％，Fe：0.01-0.4％，Si：0.01-0.3％，Mn：0.01-0.4％，TiB2陶瓷颗粒≤2％，余量为Al。


6.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：李险峰，雷爽，邓亚琪，钱裕文，李宇罡，王浩伟，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31