【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及材料加工工程中的焊接材料，主要涉及一种基于掺杂高熵合金粉末的增强铝锂合金焊丝强韧性的方法。
技术介绍
1、铝锂合金由于密度低、比强度和比刚度高、弹性模量高、疲劳裂纹扩展速率低、低温性能较好、良好的耐腐蚀性和卓越的超塑成形性能等诸多优异的综合性能，在航空航天关键结构件中得到广泛的应用。铝锂合金已应用于克希德导弹和空间公司(lmsc)的大力神运载火箭的有效载荷转接器、“暴风雪”号航天飞机的结构件、中国的大飞机c919大部分结构材料以及“奋进号”航天飞机的外贮箱等关键结构件上。
2、激光焊接是航空航天制造领域关键结构件中广泛应用的先进加工技术，具有热输入量小、焊接速度快、焊接的精度高、适应性强、光束的可控性好的优点。铝锂合金虽然综合性能较好，但是在焊接过程中受焊接热输入的影响，锂元素易被蒸发氧化，组织结构会发生很大的变化，出现焊缝气孔多，焊接热裂纹倾向大等问题，在制备焊丝时易断裂，生产效率低，制备的焊丝力学性能不理想，焊缝接头性能较差。
3、高熵合金粉末具有强度高、硬度高、耐磨性优良以及与铝锂合金间界面润湿良好的优势，所以在铝锂合金焊丝中掺杂高熵合金粉末具有很好的潜力。高熵合金粉末可弥散分布于铝锂合金基体中，阻碍晶界的迁移，达到弥散强化和细晶强化的目的，进而提高焊丝及焊缝的强韧性。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是：为了克服现有铝锂合金制备拉丝时易发生断裂、焊接接头强韧性较差的问题，提出了一种通过制丝时掺杂高熵合金粉末来提高铝锂合金焊丝
2、本专利技术通过以下技术方案实现：
3、一种基于掺杂高熵合金粉末的增强铝锂合金焊丝强韧性的方法，其特征在于高熵合金粉末弥散分布于铝锂合金基体中，阻碍晶界的迁移，达到弥散强化和细晶强化的目的进而提高焊丝及焊缝强韧性。焊丝成分最优解的筛选过程包括以下步骤：
4、掺杂高熵合金粉末的增强铝锂合金焊丝成分设计方法，包括以下步骤：
5、(1)焊丝成分设计：依据性能需求，基于第一性原理设定有助于提升铝锂合金强韧性的高熵合金粉末种类和含量，铝锂合金焊丝各组分的重量百分含量为：li 2.1～2.7％、cu 1.4～1.6％、mg1.4～1.6％、高熵合金粉末0.3～0.4％，其余为al；
6、(2)成分设计空间建立：基于机器学习生成“焊丝成分-工艺参数-强韧性”关联模型及预测模型，建立数据库，生成适用于铝锂合金强韧性提高的成分设计空间；
7、(3)焊丝性能预测：基于设立的焊丝成分设计空间数据库，依据设定高熵合金粉末的种类和成分计算析出相的种类及晶粒大小，对焊丝及焊缝的强韧性进行预测，实现铝锂合金焊丝强韧性的协同提高；
8、(4)最优解焊丝筛选与制备：依据服役需求进行多次迭代筛选，完成掺杂高熵合金粉末的增强铝锂合金焊丝的成分最优解筛选，并制成掺杂高熵合金粉末的高强韧性铝锂合金焊丝。
9、进一步地，设定有助于提升铝锂合金强韧性的高熵合金粉末种类为alxcocrfeni、fenicocrmn、tizrhfnbta，其特征在于所选择的高熵合金粉末均具有较强的强度或韧性，均与al存在作用机制，可有效阻碍晶界的移动，达到提高焊丝及焊缝强韧性的目的。
10、进一步地，建立的“焊丝成分-工艺参数-强韧性”关联模型及预测模型，其特征在于利用分辨率求解出焊丝成分、工艺参数、强韧性之间关联度并建立数学模型，最后基于残差检验方法对铝锂合金强韧性的变化进行预测。
11、进一步地，依据服役需求及数据库对焊丝成分进行多次迭代筛选，对高熵合金粉末与铝锂合金的作用机制、析出相体积、力学性能进行筛选，筛选出适用于提高铝锂合金焊丝强韧性的最优高熵合金粉末种类及配比。
12、进一步地，依据筛选出的焊丝成分最优解，使用固体粉末均匀混合机将高熵合金粉末与铝锂合金粉末均匀混合，高熵合金粉末在铝锂合金基体中形成均匀的增强相颗粒，并作为强化相存在于焊缝中。
13、在此基础上，基于掺杂高熵合金粉末的增强铝锂合金焊丝的制备流程包括以下步骤：
14、(1)将配比量的高熵合金粉末和铝锂合金原料采用真空感应炉进行熔炼，熔炼温度为800-830℃；
15、(2)去除铸锭表面及两头的杂质后在500～550℃下进行连续挤压制得合金盘条；
16、(3)将合金盘条经过粗、中、精拉丝后，中间经过均匀化退火，再进行刮削清洗处理即得所述焊丝。
17、进一步地，制备过程中真空熔炼中氩气流量为8～10ml/s，纯化真空度为1×10-3～2×10-3pa；经过精拉丝后制成直径为1.2mm的增强铝锂合金强韧性焊丝。
18、本专利技术的有益效果体现在以下几个方面：
19、本专利技术提供了一种基于掺杂高熵合金粉末的增强铝锂合金焊丝强韧性的方法。基于提高铝锂合金焊丝强韧性，依据高熵合金粉末与al元素的作用机制及析出相的强化效果，筛选出适用于提高铝锂合金焊丝的高熵合金粉末及含量。高熵合金粉末颗粒弥散分布于铝锂合金基体，形成较多的非共格相，形成的原子团簇结构能够阻碍晶界的移动，实现弥散强化和细晶强化，抑制气孔和裂纹的产生，进而提高铝锂合金焊丝及焊缝的强韧性。
20、本专利技术提供的铝锂合金焊丝由上述的添加高熵合金粉末的铝锂合金焊丝的筛选及制备方法制得，该铝锂合金焊丝性能稳定，不易发生断裂，焊后焊缝强韧性较好。
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1.一种基于掺杂高熵合金粉末的增强铝锂合金焊丝强韧性的方法，其特征在于高熵合金粉末弥散分布于铝锂合金基体中，阻碍晶界的迁移，达到弥散强化和细晶强化的目的进而提高焊丝及焊缝强韧性；掺杂高熵合金粉末的增强铝锂合金焊丝成分最优解的筛选过程，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于第一性原理的高熵合金粉末成分设计方法，其特征在于设定有助于提升铝锂合金强韧性的高熵合金粉末种类为AlxCoCrFeNi、FeNiCoCrMn、TiZrHfNbTa，所选择的高熵合金粉末均具有较强的强度或韧性，均与Al存在作用机制，可有效阻碍晶界的移动，达到提高焊丝及焊缝强韧性的目的。
3.根据权利要求1所述的建立的“焊丝成分-工艺参数-强韧性”关联模型及预测模型，其特征在于利用分辨率求解出焊丝成分、工艺参数、强韧性之间关联度并建立数学模型，最后基于残差检验方法对铝锂合金强韧性的变化进行预测。
4.根据权利要求1所述的一种最优解焊丝的筛选方法，其特征在于依据服役需求，对高熵合金粉末与铝锂合金的作用机制、析出相体积、力学性能进行筛选，筛选出适用于提高铝锂合金焊丝强韧性的最
5.根据权利要求1所述的一种成分最优解的铝锂合金焊丝的制备方法，其特征在于，使用粉末混合机快速将高熵合金粉末与铝锂合金粉末均匀混合，高熵合金粉末在铝锂合金基体中形成均匀的增强相颗粒，并作为强化相随铝锂合金焊丝存在于焊缝中。
6.根据权利要求1所述的基于掺杂高熵合金粉末的增强铝锂合金焊丝的制备流程，其特征在于按照以下步骤进行制备：
7.权利要求6中所述的一种掺杂高熵合金粉末的增强铝锂合金焊丝的制备方法，其特征在于：真空熔炼中氩气流量为8～10ml/s，纯化真空度为1×10-3～2×10-3Pa；经过精拉丝后制成直径为1.2mm的增强铝锂合金强韧性焊丝。
...【技术特征摘要】
1.一种基于掺杂高熵合金粉末的增强铝锂合金焊丝强韧性的方法，其特征在于高熵合金粉末弥散分布于铝锂合金基体中，阻碍晶界的迁移，达到弥散强化和细晶强化的目的进而提高焊丝及焊缝强韧性；掺杂高熵合金粉末的增强铝锂合金焊丝成分最优解的筛选过程，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于第一性原理的高熵合金粉末成分设计方法，其特征在于设定有助于提升铝锂合金强韧性的高熵合金粉末种类为alxcocrfeni、fenicocrmn、tizrhfnbta，所选择的高熵合金粉末均具有较强的强度或韧性，均与al存在作用机制，可有效阻碍晶界的移动，达到提高焊丝及焊缝强韧性的目的。
3.根据权利要求1所述的建立的“焊丝成分-工艺参数-强韧性”关联模型及预测模型，其特征在于利用分辨率求解出焊丝成分、工艺参数、强韧性之间关联度并建立数学模型，最后基于残差检验方法对铝锂合金强韧性的变化进行预测。
【专利技术属性】
技术研发人员：占小红，刘睿祖，王建峰，李悦，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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