一种高表面张力7xxx系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高表面张力7xxx系铝合金焊丝及其制备方法和应用，该焊丝化学成分的重量百分比为：Zn6.0％

【技术实现步骤摘要】
一种高表面张力7xxx系铝合金焊丝及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于电弧增材制造材料领域，具体涉及一种高表面张力7xxx系铝合金焊丝及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]增材制造是具有生产革命意义的新一代制造技术，是推动制造业转型升级的驱动引擎。与传统减材制造技术相比，增材制造具有快速近净成形技术优势，材料利用率高、制造成本低、生产周期短，特别是能够实现精密复杂零件的无模具、高自由度、定制化成型。根据热源不同，金属增材制造主要分为激光增材制造、电子束增材制造和电弧增材制造。由于铝合金具有激光反射率高、热膨胀系数大、液相表面张力低等特殊的物理化学特性，其激光焊接易出现气孔、成形精度差等问题，降低了接头的力学性能，在工业中的应用受到限制。其中电弧增材制造技术因具有熔覆效率高、成型尺寸大、设备成熟且可扩展性高等优势，在金属结构材料领域具有广阔应用前景。
[0003]增材制造技术是一种通过逐层沉积填充材料直接制造构件的新技术，其中又分为粉末和丝材两大类，前者由于其制备工艺复杂，设备价格昂贵，目前还未普遍使用，丝材电弧增材制造工艺是增材制造技术中一种通过数字化方式增加材料的典型工艺，与其它增材制造技术相比，电弧增材制造具有沉积效率高、制造成本低、可制造大尺寸构件等优点，以及高度柔性、技术集成度高、材料利用率高、设备成本低和生产效率高等优势。
[0004]专利申请CN201811248423X公开了一种增材制造用铝合金粉末及其制备方法，通过工艺优化，制成的铝合金增材制造用粉末球形度高，球形率大于95％，粒径在20
±
15μm范围内，粒径分布窄，有利于提高增材制造过程中粉末的流动性，可有效起到降低增材制造零部件成分偏析的作用，提高零部件的性能，制备过程中Al、Ti和B4C粉末发生化学反应生成的TiB2和TiC增强颗粒，增材制造过程中起到等轴晶形核和晶粒细化的作用，制备的合金大部分晶粒为等轴晶粒，晶粒平均尺寸为50μm，制备的增材制造用铝合金材料具有较高的抗拉强度和延伸率。专利申请CN2019105945490公开了一种通过电弧增材制造进行铝碳化硅复合材料丝材打印的方法，该方法直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件，再通过送丝进行逐层打印，可以实现工件的高效快速成形，适用于大尺寸且形状较复杂的构件，其另一个优势是可以实现材料的近净成形，不仅提高原材料的使用率，还能简化复合材料的加工过程，从而节省加工成本，提高材料的利用效率，制备的复合材料具有较高的比刚度、比强度，广泛用于制备航空航天、汽车、船舶等领域的结构件。专利申请CN2019106720649公开了一种电弧增材制造用铝硅基焊丝及其制备方法，其中铝硅基焊丝的增强方式为合金补偿和合金强化，配备的制丝工序中通过去应力退火温度和时间随道次递增逐步提升，焊丝的强度硬度逐步提高，韧性也能保持，具有这种性质的焊丝能实现连续生产，与电弧丝打印匹配。
[0005]但是，上述及现有的铝合金电弧增材制造技术缺乏对熔池表面张力及其成型的研究，由于表面粗糙度高且电弧增材制造具有快速非平衡凝固效应，直接导致增材成形尺寸
难以实现精确控制，铝合金倾向形成柱状枝晶组织形貌，同时受熔池内部热聚集影响，凝固收缩会产生较大热应力，从而形成热裂纹。在熔池形成的初始阶段，表面张力对熔池中的对流和传热起主要作用，而电磁力的作用受到抑制，随着熔深增加，电磁力作用增强并引起涡旋，导致熔深和下表面熔宽增加。熔池内的驱动力包括表面张力引起的Marangoni流、温差引起的热浮力以及电弧电流在熔池中发散造成自磁效应而产生的电磁力，在激光等离子弧复合焊接熔池的熔化过程中电磁力的作用是增加熔深和背面熔宽，但在熔化过程的初始阶段它受到上表面张力驱动流的抑制，随着熔池深度的增加其作用开始显现。表面张力引起的Marangoni对流方向由熔池周边指向熔池中心，与电弧等离子体产生的剪切应力流动方向并不一致，这个电弧等离子体由于强大剪切力促使熔池表面由中心向四周流动。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中电弧增材制造过程的不足，本专利技术的主要目的是提供一种高表面张力7xxx系铝合金焊丝，通过对焊丝化学成分进行合理设计和调控并引入表面活性元素，改变传统低表面张力对熔池成型的影响，形成一种高表面张力焊丝。
[0007]本专利技术的另一目的是提供上述高表面张力7xxx系铝合金焊丝的制备方法。
[0008]本专利技术的再一目的是提供上述高表面张力7xxx系铝合金焊丝在电弧增材制造中的应用，制品具有较好的成型精度和力学性能。
[0009]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0010]本专利技术提供一种高表面张力7xxx系铝合金焊丝，其焊丝中元素成分的质量百分比为：Zn 6.0％
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7.5％，Mg 2.0％
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3.0％，Cu 1.5％
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2.5％，Fe 0.05％
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0.10％，Mn 0.05％
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0.20％，Ti 0.05％
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0.20％，Cr 0.10％
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0.15％，Si 0.10％
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0.25％，Sc 0.05％
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0.30％，Zr 0.05％
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0.15％，Er 0.01％
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0.05％，V 0.05％
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0.15％，Y 0.05％
–
0.15％，余量为Al及不可避免的杂质元素；其中Al、Mg、Zn以铸锭的形式加入，其余元素以中间合金的形式加入熔铸，且同时满足：Sc、Er和Y的总质量百分比≤0.60％，Zr和V的总质量百分比≤0.40％，Sc与Er的质量比≥1.5，Zr与V的质量比≥1.5。
[0011]本专利技术还提供上述高表面张力7xxx系铝合金焊丝的制备方法，包括以下步骤：
[0012](1)熔铸：将铝锭、镁锭及锌锭进行熔化，在熔体中依次加入其余中间合金，添加精炼剂进行精炼和除气，再对熔体进行除渣，精炼所得的熔体静置，冷却，得到铸锭；
[0013](2)均匀化退火：将步骤(1)中冷却后的铸锭进行均匀化退火，得到铸胚；
[0014](3)热挤压：对步骤(2)所得的铸坯进行挤压变形，制成初线坯；
[0015](4)中间退火：对步骤(3)所得的初线坯进行中间退火处理，制成精线坯，并立即对其进行刮削处理；
[0016](5)拉拔与剥皮：对步骤(4)所得的精线坯进行多道次拉拔，每道拉拔的配模减径梯度小于0.10mm，制成所需规格的丝材后，进行末道刮削处理和超声波清洗，去除丝材表面的氧化膜以及有机物杂质，真空包装，即得。
[0017]优选地，步骤(1)中，还包括对所述铝锭、镁锭及锌锭表面打磨掉氧化皮后丙酮清洗去除表面油污及杂质进行预处理，熔炼温度为800
–
850℃，静置时间为30
–
60min，除气采用惰性保护气体，更优选为纯度≥99.999％的氩气。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高表面张力7xxx系铝合金焊丝，其特征在于，其焊丝中元素成分的质量百分比为：Zn 6.0％
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7.5％，Mg 2.0％
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3.0％，Cu 1.5％
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2.5％，Fe 0.05％
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0.10％，Mn 0.05％
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0.20％，Ti 0.05％
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0.20％，Cr 0.10％
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0.15％，Si 0.10％
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0.25％，Sc 0.05％
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0.30％，Zr 0.05％
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0.15％，Er 0.01％
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0.05％，V 0.05％
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0.15％，Y 0.05％
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0.15％，余量为Al及不可避免的杂质元素；其中Al、Mg、Zn以铸锭的形式加入，其余元素以中间合金的形式加入熔铸，且同时满足：Sc、Er和Y的总质量百分比≤0.60％，Zr和V的总质量百分比≤0.40％，Sc与Er的质量比≥1.5，Zr与V的质量比≥1.5。2.权利要求1所述高表面张力7xxx系铝合金焊丝的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)熔铸：将铝锭、镁锭及锌锭进行熔化，在熔体中依次加入其余中间合金，添加精炼剂进行精炼和除气，再对熔体进行除渣，精炼所得的熔体静置，冷却，得到铸锭；(2)均匀化退火：将步骤(1)中冷却后的铸锭进行均匀化退火，得到铸胚；(3)热挤压：对步骤(2)所得的铸坯进行挤压变形，制成初线坯；(4)中间退火：对步骤(3)所得的初线坯进行中间退火处理，制成精线坯，并立即对其进行刮削处理；(5)拉拔与剥皮：对步骤(4)所得的精线坯进行多道次拉拔，每道拉拔的配模减径梯度小于0.10mm，制成所需规格的丝材后，进行末道刮削处理和超声波清洗，去除丝材表面的氧化膜以及有机...

【专利技术属性】
技术研发人员：张天理，陈浩欣，徐锴，李振华，方乃文，武雯，彭净净，杨凯钦，葛丽，葛坤，
申请(专利权)人：上海工程技术大学，
类型：发明
国别省市：