[发明专利]一种Al-Mg-Mn-Sc-Zr合金搅拌摩擦焊接头

说明书

为了改善粉末合金的硬度、耐磨性，设计了一种Al‑Mg‑Mn‑Sc‑Zr合金搅拌摩擦焊接头。采用Al‑Mg‑MnSc‑Zr合金板材为原料，所制得的Al‑Mg‑Mn‑Sc‑Zr合金搅拌摩擦焊接头，其硬度、致密化程度、抗弯强度都得到大幅提升。其中，焊缝区的硬度相比母材有所降低，在焊接过程中焊缝中心受热，部分粒子发生溶解，使得粒子形成的析出强化效果弱化。焊接接头比母材对应力腐蚀更为敏感。搅拌摩擦焊接头耐蚀性的排序由大到小依次为母材、热影响区、搅拌区、热机影响区。耐蚀性最差的是热机影响区，其次是搅拌区。本发明能够为制备高性能的Al‑Mg‑Mn‑Sc‑Zr合金搅拌摩擦焊接头提供一种新的生产工艺。

所属技术领域

本发明涉及一种粉末冶金材料，尤其涉及一种Al-Mg-Mn-Sc-Zr合金搅拌摩擦焊接头。

背景技术

合金是一种金属与另一种或几种金属或非金属经过混合熔化，冷却凝固后得到的具有金属性质的固体产物。根据合金中含量较大的主要金属的名称而分类。

摩擦焊是实现焊接的固态焊接方法。在压力作用下，是在恒定或递增压力以及扭矩的作用下，利用焊接接触端面之间的相对运动在摩擦面及其附近区域产生摩擦热和塑形变形热，使及其附近区域温度上升到接近但一般低于熔点的温度区间，材料的变形抗力降低、塑性提高、界面的氧化膜破碎，在顶锻压力的作用下，伴随材料产生塑性变形及流动，通过界面的分子扩散和再结晶而实现焊接的固态焊接方法。

发明内容

本发明的目的是为了改善粉末合金的硬度、耐磨性，设计了一种Al-Mg-Mn-Sc-Zr合金搅拌摩擦焊接头。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

Al-Mg-Mn-Sc-Zr合金搅拌摩擦焊接头的制备原料包括：厚度为2mm的Al-Mg-MnSc-Zr合金板材。

Al-Mg-Mn-Sc-Zr合金搅拌摩擦焊接头的制备步骤为：将原料按实验设计方案称重、配料，配好后进行球磨，球磨时间为24h，将制得的粒料进行真空干燥，随后加入成形剂进行制粒。将制好的粉末加至单柱液压机中进行压制成形，随后放入脱蜡-低压烧结一体炉中进行烧结，烧结温度为1250℃，保温时间为60min。

Al-Mg-Mn-Sc-Zr合金搅拌摩擦焊接头的检测步骤为：拉伸性能采用M58万能拉伸试验机进行测试，硬度采用HV05型数显显微硬度计测量，显微组织采用Le型倒置金相显微镜观察，慢应变速率拉伸试验采用LE1应力腐蚀试验机进行，断口形貌采用Siri200扫描电镜观察，极化曲线采用Im6电化学工作站测试。

所述的Al-Mg-Mn-Sc-Zr合金搅拌摩擦焊接头，其焊接系数为1，其硬度以焊缝为中心，呈近似对称分布。焊缝区的硬度相比母材有所降低，在焊接过程中焊缝中心受热，部分粒子发生溶解，使得粒子形成的析出强化效果弱化。

所述的Al-Mg-Mn-Sc-Zr合金搅拌摩擦焊接头，在空气和3.5%NaCl溶液中进行慢应变速率拉伸，母材和焊接接头的应力腐蚀敏感因子分别为1和0.5，焊接接头比母材对应力腐蚀更为敏感。

所述的Al-Mg-Mn-Sc-Zr合金搅拌摩擦焊接头，搅拌摩擦焊接头耐蚀性的排序由大到小依次为母材、热影响区、搅拌区、热机影响区。耐蚀性最差的是热机影响区，其次是搅拌区。

本发明的有益效果是：

采用Al-Mg-MnSc-Zr合金板材为原料，经过配料、球磨、干燥、制粒、成形、烧结工艺成功制备了具有优异力学性能的Al-Mg-Mn-Sc-Zr合金搅拌摩擦焊接头。其中，焊缝区的硬度相比母材有所降低，焊接接头比母材对应力腐蚀更为敏感，搅拌摩擦焊接头耐蚀性的排序由大到小依次为母材、热影响区、搅拌区、热机影响区。所制得的Al-Mg-Mn-Sc-Zr合金搅拌摩擦焊接头，其硬度、致密化程度、抗弯强度都得到大幅提升。本发明能够为制备高性能的Al-Mg-Mn-Sc-Zr合金搅拌摩擦焊接头提供一种新的生产工艺。