[发明专利]一种磁控熔敷成形制备铝基耐磨覆层的焊接丝材

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于磁控焊接熔敷成形制备铝基耐磨覆层的Al-Si丝材，主要通过在Al-Si系合金焊丝中添加Mg元素及Sc、Zr等微量元素制备强度高、塑性好、耐磨性好的覆层。

背景技术

焊接熔敷快速成形作为快速成形技术的一种新工艺，其是利用堆焊技术的原理，不但可以用于零件的表面改性，还可以对缺损零件进行修复和直接成形新零件。铝合金表面修复技术包括普通焊条电弧焊、MIG焊和等离子焊接等焊接方法，热喷涂技术和刷镀技术。焊接熔敷技术与热喷涂和电刷镀技术相比，焊接熔敷层与基体为冶金结合，其结合强度较高；与普通的焊接方法相比，焊接熔敷技术沉积率、粗糙度、热输入、敷层厚度等指标更优异。

随着材料电磁过程的不断发展，将磁场引入焊接过程已经成为一种先进的焊接技术，当外加磁场作用于电弧时，由于焊接电弧中的等离子体的良好导电性，提供了外部磁场对它的可作用性。磁场控制焊接熔敷技术的研究包括：通过电磁力搅拌熔池，强迫金属流动，使晶粒细化；通过磁场对电弧的拘束作用，提高非熔化极电弧的能量密度，可改善接头质量，提高熔敷效率。2002年由北京工业大学殷树言等人申请的公告号为CN1369347A的发明专利《磁控高熔敷率熔化极混合气体保护焊接（MAG）方法及专用设备》中磁场作用于焊接过程，有效的提高了熔敷效率。2005年由武汉理工大学罗健等人申请的公告号为CN1751834的发明专利《一种磁控熔化极焊接方法及其拓展应用和通用设备》中采用磁场影响焊接过程，提高了焊接接头的质量。2010年由装甲兵工程学院朱胜等人申请的申请号为201010049723.2的发明专利《电磁场控制焊接熔敷快速成形方法和设备》中提到采用直流横向磁控熔覆成形设备实现零件的快速成形。

铝合金焊接丝材广泛应用于焊接领域。随着技术的进步，普通的Al-Si丝材不能满足生产的需求，在Al-Si丝材中添加具有特殊性能的元素成为改善丝材性能的重要手段。2009年由张国清等人申请的专利号为200910244555的发明专利《一种高强度铝合金焊丝》中各元素的质量百分比为2.5~3.5%Cu，2.2~3.2%Si，0.1~0.25%Ti，0.1~0.25%Zr，0.1~0.2%Mn，其余为Al。所得焊丝强度较高。2010年由邹铁生等人申请的专利号为201010180705的发明专利《一种铝硅合金焊丝及其制备方法》中其特征为组分和重量百分含量分别为： 4.5≤Si≤6.5、0.0001≤Be≤0.0003、0.05≤Ti≤0.20、0.01≤Sr≤0.06，余量是Al，焊丝的塑性加工能力和力学性能优良。但对于在铝硅合金丝材中添加Mg、Sc、Zr三种元素的Al-Si合金涉及很少，本发明Al-Si焊丝通过磁控焊接熔敷成形技术，可以在铝基体表面堆敷一层或数层特殊丝材，提高铝基体和熔敷层的耐磨、耐蚀、耐热等性能。

发明内容

本发明以普通Al-Si系合金焊丝为对象，添加Mg、Sc、Zr等微量元素后制成焊丝。利用磁控熔敷成形技术制备铝基耐磨覆层。所述丝材中的各组分质量百分比范围为：Si：4.5~6%、Fe：0~0.2%、Cu：0~0.3%、Ti：0~0.2%、Zr+Sc：0~0.45%、Mg：0.15~0.35%，其余为Al。采用磁控焊接熔敷成形技术，使用上述成分的Al-Si系合金焊丝，可在铝合金上制备出组织结构优良、力学性能较好、耐磨性好的覆层。

本发明的优点：

（1）在Al-Si系合金焊丝中添加Mg元素含量为0.15~0.35%，其焊接接头熔合区晶粒形态为等轴晶，减少了组织突变，提高了熔敷层的力学性能。覆层的抗拉强度与屈服强度提高>15MPa，延伸率保持不变，抗正弯能力提高>10MPa。

（2）在Al-Si系合金焊丝中添加Zr+Sc元素含量为0~0.45%，使焊丝微合金化，起到对焊缝金属变质的作用，细化焊缝组织，提高接头强度。

（3）所述Al-Si焊丝磁控熔敷成形后所得覆层耐摩擦性能显著提高，与传统Al-Si系合金焊丝相比，其摩擦系数降低0.1~0.15，磨损量降低40~60%，磨损率明显减低。

本发明有益的效果：在普通Al-Si系合金焊丝中添加Mg、Sc、Zr等元素制备焊丝，采用磁控熔敷成形技术在铝合金表面制备出性能优异的覆层。采用所述焊丝制备所得覆层晶粒过渡平缓、组织未发生突变，力学性能优良；耐磨性能优异，可有效减轻铝合金基体表面划伤及高温、湿热环境下的耐磨性。

附图说明