[发明专利]一种金属基纳米复合材料焊丝及其制备方法

说明书

本发明公开了一种金属基纳米复合材料焊丝的制备方法，属于金属材料及焊接材料制备领域。本发明通过熔盐辅助向合金，尤其是热裂倾向性高的合金中加入纳米增强体，以降低合金的热裂倾向性，制备出的金属基纳米复合料焊丝能广泛应用于高热裂倾向合金的同种焊接及与其他合金系的异种焊接中。

技术领域

本发明属于金属材料及焊接材料制备领域，尤其涉及一种金属基纳米复合材料焊丝及其制备方法。

背景技术

先进金属材料由于强度高、断裂韧性好，在航空航天、汽车等工业领域具有广泛的应用前景。但具有高热裂倾向的合金，如2000系(A206，A2024)及7000系列(7075)高强铝合金，由于其热裂倾向性高、焊接成型性能差，其作为结构件获得广泛应用受到了严重的制约。高热裂倾向的合金焊接后常在焊接接头中存在大量的热裂缺陷：首先，由于此类合金的凝固区间宽，热裂敏感性高，焊缝在凝固过程中会产生大量的凝固裂纹；其次，在熔合区，晶界处的低熔点共晶相发生熔化常会产生液化裂纹。此外，焊接过程中巨大的热量输入，导致熔合区及热影响区的晶粒及析出相长大严重。以上因素导致此类合金的焊接接头强韧性差，严重地降低了焊接接头的可靠性。

目前工程上用于降低此类合金热裂倾向性，改善其焊接成形性能的方法主要包括以下两种：

1)改变焊丝的化学成分

为了减少焊缝中的凝固裂纹，通常在焊丝中引入其他元素来减小焊缝区金属熔体的凝固区间从而来减少热裂，或者引入晶粒细化剂使焊缝区晶粒细化，从而提高其在凝固后期的补缩能力来减少热裂。但其他元素及晶粒细化剂的含量一般较低，因此改善效果有限。此外，熔合区及热影响区由于晶粒及析出相长大而引起的强度下降亦不能得到改善。

2)改变焊接工艺参数(如调整焊接速度、焊接功率密度等)

调整焊接工艺参数可以在一定程度上减少热裂，但工艺参数的调整需要进行大量的尝试，十分耗时，且改善效果有限；另外，熔合区及热影响区在焊接时力学性能的下降仍不可避免。

因此，有必要针对高热裂倾向合金的焊接，设计出一种热裂倾向性低且强度大的焊丝，以便使此类合金获得更广泛的应用。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种金属基纳米复合材料焊丝及其制备方法，制备出的金属基纳米复合材料焊丝的热裂倾向性低且强度高，能更好地应用于高热裂倾向合金的焊接。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种金属基纳米复合材料焊丝的制备方法，其包括以下步骤：

S1)选好目标合金，准备组成目标合金的单质，目标合金中含量最高元素为主金属；

S2))将主金属单质在高于其熔化温度60℃以上进行熔化，熔化后即得主金属熔体；

S3)向所述主金属熔体中加入盐与纳米增强体的混合物；当盐熔化后，进行搅拌或超声处理；

S4)步骤S3)得到的混合物熔体中纳米增强体进入主金属熔体中时，停止加热、搅拌或停止加热、超声处理；对混合物熔体进行冷却，即得到铸锭Ⅰ，所述铸锭Ⅰ的上层凝固有熔盐和杂质；

S5)去除所述铸锭Ⅰ的熔盐及杂质，即得到铸锭Ⅱ；将所述铸锭Ⅱ进行熔化，向熔化的铸锭Ⅱ中加入除主金属单质外的其他单质，并继续保温进行熔化；熔化后冷却，即得金属基纳米复合材料；所述金属基纳米复合材料由纳米增强体与所有单质构成；

S6)对步骤S5)得到的所述金属基纳米复合材料依次进行机械加工、热处理、挤压或拉丝，即可得到金属基纳米复合材料焊丝；

所述目标合金为铝合金、镁合金、铜合金、铁合金或镍合金。