[发明专利]一种Al‑Mg‑In系焊丝及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料制备技术领域。具体是一种Al-Mg-In系焊丝及其制备方法。

背景技术

目前，轻轨列车、地铁列车及高速列车车厢均是以铝合金型材作为骨架的焊接构件，焊接可减少40％的车辆制造工作量，车辆的运行性能和运行速度、运载能力和效率取决于焊接材料性能的好坏。但是，国内车辆制造需要的铝合金焊丝主要依赖进口，其中，美国铝业公司(ALCOA)生产的焊丝4043、5082和5356占90％以上。我国城际轻轨和高铁行业的高速发展，使Al-Mg系合金焊丝需求量剧增，国内铝镁合金焊丝的市场潜力巨大。如果能研制成功一种新型焊丝替代进口焊丝，其市场价值和利润均非常可观。

美国铝业公司(ALCOA)生产的焊丝4043、5082和5356，其焊丝通用性最好的是ER5356，该合金用途广泛的主要原因在于它具有强度适中、高抗热裂性能与高耐腐蚀性能。但是，ER5356铝镁合金焊丝在焊接过程中Mg和Zn等元素挥发氧化烧损严重而使接头强度明显低于母材强度，已不能满足中高强铝合金焊接接头高强度的要求，尤其是对于厚板焊接和焊接以后不能进行热处理的大型部件。焊缝强度可通过提高合金中的Mg含量而得以提高，同时延展性的损失也不大。然而，提高Al-Mg系合金焊丝中的Mg含量会引起耐蚀性的急剧降低。此外，随着中高强度铝合金性能的不断改善和连接部件可靠性要求的提高，传统的Al-Mg系合金焊丝如ER5356已不能满足中高强度铝合金焊接接头的强度要求，迫切需要抗热裂和抗应力腐蚀性能更佳的高强度铝合金焊丝，以满足更多工程部件的连接强度与可靠性需要。

近年来许多学者对In在铝及铝合金的作用进行了研究。In的表面能较小，在铝合金焊料中加入In可以使其表面能降低，有利于焊料的流动，避免应力集中和裂缝，改善合金的焊接性能；In的熔融热较小(28.6J/g)，可以减小焊接过程的热裂敏感性；然而，若加入In过量，将会造成在提高合金微细化强度和蠕变特性的同时，焊料表面易形成坚固的氧化膜，使润湿性大大降低。In还能提高铝合金的耐蚀性。将In加入Al-Cu-Mg中能明显提高合金的抗拉强度和屈服强度。将In加入到Al-Mg-Si合金中，漫流面积与In含量呈正相关关系。Al-Mg系合金中晶界游离的Na引起合金中严重的高温脆性，晶界中的In会与杂质Na反应生成类似In₈Na₅化合物，降低晶界脆性，提高材料的强度。微量In的添加使Al-Cu-Li合金的屈服强度增加25％，到达时效峰值的时间缩短25％，时效24h后的强度值提高70％。

由于In与Al形成溶混间隙，In在Al中的固溶度很小，溶质分配系数K₀<1，凝固过程中发生溶质再分配，出现成分过冷，使α(Al)较易形核，而且凝固时In在结晶前沿造成极大的溶质富集，促使枝晶形成缩颈，这样就有利于枝晶熔断、游离，使晶核增殖，从而使α(Al)相细化；另一方面，Mg能固溶到In与Al形成的溶混间隙中，生成富In且富Mg相(HCP结构，熔点为285℃)，可在大大提高Mg的固溶强化作用及减少焊接过程中Mg氧化烧损的同时，保证焊接过程中良好的润湿性和铺展性。但是人们目前还没有开发出将In作为主要添加元素的Al-Mg-In系焊丝。

发明内容

本发明的目的是提供一种Al-Mg-In系焊丝及其制备方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

1.一种Al-Mg-In系焊丝，其组成成分的重量百分数为Mg：4.0％～6.5％、In：0.15％～1.0％、Ce：0.1％～0.4％、Mn：0.4％～1.2％、Ti：0.05％～0.15％、Si≤0.3％、Fe≤0.2％、Na≤0.0015％，余量为Al。

2.一种Al-Mg-In系焊丝的制备方法，操作步骤如下：

(1)原材料配制：

基体元素Al以纯度为99.7％的形式加入；合金元素的加入方式为：Mg和Ce以纯度为99.9％的形式加入，In以纯度为99.99％的形式加入，Ti以Al-5Ti-B的形式加入，Mn以Al-10Mn中间合金的形式加入；按质量百分数为Mg：4.0％～6.5％、In：0.15％～1.0％、Ce：0.1％～0.4％、Mn：0.4％～1.2％、Ti 0.05％～0.15％、Si≤0.3％、Fe≤0.2％、Na≤0.0015％，余量为Al配制。

(2)合金熔炼：