【技术实现步骤摘要】
本专利技术公开了一种用于铝合金与异种金属焊接的高强高韧耐腐蚀焊料，属于金属材料焊接。
技术介绍
0、技术背景
1、铝合金具有密度低、加工性能好、及抗腐蚀性能优良等特点，铝合金在一定程度上可以代替钢在汽车、舰船等构件上的使用，以达到减少整体重量，减低能耗的作用，采用轻质材料制造或替换部分钢的复合结构是轻量化技术的重要组成部分。铜和铝都具有良好的导电性，而且铝的资源十分丰富，铝与铜形成连接件可以降低成本，减轻机械构件的质量以及发挥各自的优点。采用价格低廉的铝合金与钛合金形成有效连接的铝/钛异种金属复合结构可结合两种材料的优点，在保证了结构高比强度和轻量化的同时，实现了节省材料的经济效益。镁合金密度仅为铝的2/3，具有比强度高、耐腐蚀等优点。镁合金与铝合金共同被广泛应用于飞行器、汽车零部件的减重设计中，而铝/镁的焊接结构的复合应用，展现出巨大的发展潜力。
2、然而，由于铝/钢、铝/铜、铝/钛、铝/镁等异种金属性能的差异，想要获得一个性能优良的接头并不容易，异种金属力学性能不相容、塑性不匹配，焊缝金属流动受限，易出现孔洞缺陷。异种金属焊接接头界面容易出现大量脆性imc，难以实现冶金结合。铝/钢、铝/铜、铝/钛、铝镁等异种金属热膨胀系数差异大，接头界面应力大。接头中产生大量的al-cu、al-fe、al-ti、al-mg系脆性imcs，严重恶化接头的力学性能。这些缺陷限制了铝/钢、铝/铜、铝/钛、铝/镁一体化结构的工业应用。而固相焊接技术，如搅拌摩擦焊，摩擦焊等工艺热输入低于熔化焊，能够有效控制金属间化合物的生长，
3、cn101284339b公开了“一种用于铝及铝合金与钢连接的焊丝”，应用领域为电弧熔钎焊，以al-si焊料为基，加入cu、mn、zn合金元素和b、zr、微量稀土la(si：6.0％～8.0％；cu：2.0％～4.0％；mn：1.0％～2.0％；zn：0.3％～0.8％；zr：0.05％～0.15％；b：0.1％～0.3％；la：0.05％～0.15％)。这种焊丝熔化后在钢表面具有高的流动性，同时焊丝中的si、mn、la等元素能够有效控制铝/钢界面层的生长。这种添加焊丝的5a06与不锈钢1cr18ni9ti对接试件电弧焊接头拉伸强度为180mpa，但由于熔化焊的热输入较大，界面存在较大应力,接头强度不足铝合金母材的70％。
4、文献(doi.org/10.1016/j.optlastec.2021.107533)中li等在al/ti异种合金双光束激光钎焊中，通过添加al-12si焊丝作为填充剂，成功地获得了良好的ti/al对接接头。si元素的引入使得界面反应层tial3相中的al原子被部分取代形成ti(al,si)3相，同时反应形成ti5si3和ti7al5si12相。目前专利cn11051093a、cn105382398a、cn103084714a等中公开的钛合金及铝合金焊接用焊丝，其配方复杂，涉及昂贵金属元素的融入，且需配备真空技术以辅助，这些条件显然难以适应大规模工业化生产的现实要求。cn112338389a、cn102935558a等公开了铜合金和铝合金焊接用填充钎料，铝/铜异种金属钎焊可通过调整钎料元素添加量、调控imcs的生成，进而调控接头力学性能。但铝/铜钎焊接头强度普遍较低，实则限制了其在特殊服役条件下的实际应用。
5、固相焊接技术中的焊接温度往往低于母材的液相线，且焊接时会施加一定的压力。因该技术热输入较小，且母材始终为固态，形成的脆硬向fe-al系金属间化合物较少。熔化焊中焊料金属对焊缝的填充比列大于70％，而固相焊中焊料金属对焊缝的填充比列不足20％。虽然文献中涉及的al-si系含稀土的焊料成分的在熔化焊的优势有值得借鉴的地方，但是其成分比列不能直接用于异种金属的固相焊接中，在目前也未发现将al-si系含稀土类型的焊料用于异种金属固相焊接中的实例。
6、cn107414283a公开了一种用于异种金属材料对接的自动送丝的搅拌摩擦焊方法，其涉及一种填丝搅拌摩擦焊方法，该方法在铝/钢母材之间填加了al-5si焊丝，si元素的加入阻碍了fe/al元素之间扩散，减少了fe-al脆性金属间化合物的形成，一定程度上提升了铝/钢焊接头的抗拉强度。但是，焊丝中粗大的硅相颗粒会破坏焊缝整体性，容易引起应力集中，添加al-5si焊丝的铝/钢搅拌摩擦焊接头的抗拉强度接头强度最高为180mpa，且对接头的耐腐蚀性没有明显改善。
7、cn 111203671 a公开了一种用于铝/钢填丝搅拌摩擦焊的铝基焊丝及其制备方法，按重量百分比计包括如下组分：硅5～10％，铜3～5％，镍4～10％，钴≤3％，余量为铝。该专利提高了铝/钢搅拌摩擦焊接头的抗拉性能、塑韧性能及弯曲性能，但是对异种金属接头腐蚀性的改善有限。并且在接头界面出现了粗大的初晶硅，造成应力集中，限制了接头强度的进一步提高。该专利与本专利技术所述的铝基焊丝成分都含有硅，铜，镍等元素，不同之处在于该专利所述焊接的母材为铝合金和钢，且焊料组织存在粗大的初晶硅，本专利技术所述的焊料通过大量实验优化成分配比并添加稀土元素，焊料铸态组织中的硅相为颗粒细小且分布均匀的共晶硅。研发的al-si共晶焊料可应用于铝/钢、铝/铜、铝/钛、铝/镁等异种金属的固相焊接，应用领域更加广阔，提升接头强韧性和耐蚀性。
8、在工程应用中异种金属焊接接头有时需要面临潮湿的海洋或大气环境，这就要求在考虑接头力学性能的同时可以兼顾对焊缝区组织均匀性和腐蚀性的改善，在异种金属焊接结构存在电位差异，接头容易发生电偶腐蚀，降低构件的使用寿命。因此，目前在异种金属固相焊接
还没有能够有效减少焊接缺陷、提升接头的力学性能同时兼顾接头耐腐蚀性的中间层焊料，在一定程度上制约了铝/钢、铝/铜、铝/钛、铝/镁复合构件的推广和实际应用。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供种用于铝合金与异种金属焊接的高强度耐腐蚀焊料，提高了铝/钢、铝/铜、铝/钛搅拌摩擦焊接头的力学性能同时兼顾接头耐腐蚀性。si元素能够抑制al/fe、al/ti、al/cu、al/mg等异种金属元素之间的相互扩散，减薄界面脆性金属间化合物。但是焊缝中粗大的初晶硅相在受到单向拉力时容易引起应力集中，降低合金力学性能，当si含量较低时，焊缝内金属流动性不足，不能有效填充焊缝孔洞，过量的si又使得焊缝界面出现粗大的初生硅，造成应力集中，降低界面强度。本专利技术所述的一种用于铝合金与异种金属焊接的高强高韧耐腐蚀焊料中的稀土元素的可以抑制初生硅相的产生，促进共晶硅生长，细化组织，共晶硅颗粒细小，分布均匀。本专利技术所述的焊料在添加稀土元素的基础上通过大量实验确定了si的最佳含量，si(10～14％)含量接近al-si共晶点，焊料铸态组织中大量弥散分布均匀细小的共晶硅组织，有效填充焊缝孔洞的同时细化焊缝组织，降低界面应力。稀土元素不仅能细化晶粒，而且在腐蚀时会生成耐腐蚀产物，形成耐蚀层，进而减缓腐蚀速率。专利技术解决了铝/钢、铝/铜、铝/钛、铝镁等本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于铝合金与异种金属焊接的高强高韧耐腐蚀焊料，其特征在于，按重量百分比计包括如下组分：硅10～14％，铜2～3％，镍1～3％，镧0.1～2％，铈0.1～2％，锌1～2％，锡1～1.5％，镁0.1～0.5％，余量为铝。
2.一种用于铝合金与异种金属焊接的高强高韧耐腐蚀焊料，其特征在于，按重量百分比计包括如下组分：硅10～14％，铜2～3％，镍1～3％，镧0.1～2％，锌1～2％，锡1～1.5％，镁0.1～0.5％，余量为铝。
3.根据权利要求1～2所述的一种用于铝合金与异种金属焊接的高强高韧耐腐蚀焊料，其特征在于，硅含量(10～14％)接近Al-Si共晶点，镧和铈重量百分比合计不超过4％，稀土抑制了焊料铸态组织中初生硅相的产生，焊料组织中大量弥散分布均匀细小的共晶硅颗粒，同时焊料不会出现团聚的含稀土IMC。
4.根据权利要求1～2所述的一种用于铝合金与异种金属焊接的高强高韧耐腐蚀焊料，其特征在于焊接母材之一为铝合金，另一母材为第一合金元素的原子半径与铝原子半径r差值的绝对值为x的金属及其合金，0<x≤0.3r。
5.根据
6.根据权利要求1～2所述的一种用于铝合金与异种金属焊接的高强高韧耐腐蚀焊料，其特征在于焊料的硬度75～85HV，熔点560～600/℃，焊料的硬度略低于铝合金母材，在焊接过程中能够有效填充孔洞，有效降低接头界面温度和缓冲界面应力，有效提高了异种金属接头的强韧性能。
7.根据权利要求1～2所述的一种用于铝合金与异种金属焊接的高强高韧耐腐蚀焊料，其特征在于：焊料通过熔铸方法进行制备。包括如下步骤：
8.根据权利要求1～2任一项所述的焊料及成分配比在异种金属焊接时的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种用于铝合金与异种金属焊接的高强高韧耐腐蚀焊料，其特征在于，按重量百分比计包括如下组分：硅10～14％，铜2～3％，镍1～3％，镧0.1～2％，铈0.1～2％，锌1～2％，锡1～1.5％，镁0.1～0.5％，余量为铝。
2.一种用于铝合金与异种金属焊接的高强高韧耐腐蚀焊料，其特征在于，按重量百分比计包括如下组分：硅10～14％，铜2～3％，镍1～3％，镧0.1～2％，锌1～2％，锡1～1.5％，镁0.1～0.5％，余量为铝。
3.根据权利要求1～2所述的一种用于铝合金与异种金属焊接的高强高韧耐腐蚀焊料，其特征在于，硅含量(10～14％)接近al-si共晶点，镧和铈重量百分比合计不超过4％，稀土抑制了焊料铸态组织中初生硅相的产生，焊料组织中大量弥散分布均匀细小的共晶硅颗粒，同时焊料不会出现团聚的含稀土imc。
4.根据权利要求1～2所述的一种用于铝合金与异种金...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨栋华，李涛，许惠斌，杜庆，张春红，胡传孝，韩亚州，胡凯伦，
申请(专利权)人：重庆理工大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。