[发明专利]一种铝合金焊丝用中间合金的制备方法

说明书

本发明公开了一种铝合金焊丝用中间合金的制备方法，该焊丝的质量百分比组成为Mg：4.5～7.5％、Mn：0.1～1％、Zn：0.2～1.2％、Ti：0.01～0.12％、Sc：0.02～0.6％、Zr：0.02～0.35％，Fe≤0.2％，Si≤0.15％，余量为Al；其特征在于：所述Sc、Zr的添加采用Al‑Sc、Al‑Zr中间合金。本发明通过使用真空熔炼设备对Al‑Sc、Al‑Zr中间合金重熔稀释制备Al‑Sc‑Zr三元中间合金，熔炼过程中直接形成大量小尺寸Al₃(Sc、Zr)相，小尺寸Al₃(Sc、Zr)相通过再中间合金“遗传效应”进入焊材和焊缝中，细化焊缝组织晶粒，提高焊接接头强度和塑性。

技术领域

本发明属于金属材料领域，具体涉及一种铝合金焊丝用中间合金的制备方法。

背景技术

在铝合金焊材领域，由于过渡族元素和稀土元素(Sc、Zr、Er、Ti、Zr等)对铝合金显著的改性作用而备受研究者关注，过渡族、稀土元素微合金化铝合金焊材逐渐成为航空航天、兵器车辆、船舶舰船等领域重要的研究和应用方向。Sc元素是目前为止发现对铝合金性能最为有效的合金化元素，在铝合金中具有稀土金属净化合金，改善微观组织和过渡族元素抑制再结晶的作用。Sc、Zr复合添加不但能降低Sc元素的添加量，大幅度降低材料成本，还能进一步提升铝合金材料的性能，Sc、Zr复合微合金化成为高性能铝合金重要的研究方向。

铝合金中Sc、Zr元素通常以Al-Sc、Al-Zr中间合金的形式添加，金相组织分析表明，Al-Sc合金中分布尺寸15～35μm规格块状第二相，Al-Zr合金中分布大量呈长条状第二相，最大长度达50～60μm。这类第二相具有熔点高、易聚集的特点，在合金常规熔炼温度下难以将其熔化，导致工作合金中仍有大量聚集分布的大尺寸Al、Sc、Zr相。在铝合金焊丝合金中，大尺寸第二相极大降低了焊材挤压、拉拔加工工艺性能，同时消耗大量Sc、Zr元素，降低了Sc、Zr元素在合金中的有效作用。

因此，为充分发挥Sc、Zr元素在铝合金焊材中的有效作用，制备高性能铝合金焊材，提高焊接接头综合性能，需改进Sc、Zr元素在焊丝中的添加形式。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术现状而提供一种Al₃(Sc、Zr)相细小、焊丝性能优异的铝合金焊丝用中间合金的制备方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种铝合金焊丝用中间合金的制备方法，该焊丝的质量百分比组成为Mg：4.5～7.5％、Mn：0.1～1％、Zn：0.2～1.2％、Ti：0.01～0.12％、Sc：0.02～0.6％、Zr：0.02～0.35％，Fe≤0.2％，Si≤0.15％，余量为Al；其特征在于：所述Sc、Zr的添加采用Al-Sc、Al-Zr中间合金，所述Al-Sc-Zr中间合金的制备包括以下步骤：

1)按照目标成分进行配料，其中Sc、Zr元素的添加采用Al-Sc、Al-Zr中间合金；

2)使用真空熔炼炉熔炼，将Al锭、Al-Sc、Al-Zr中间合金置于真空炉坩埚中，抽真空至10Pa以下后升温熔炼；

3)当熔炼温度达到900～1000℃后进行保温，并对熔体进行机械搅拌，同时向溶液底部通入惰性气体，时间10～20min；

4)搅拌结束后进行浇铸，得到Al-Sc-Zr中间合金铸锭。

中间合金熔炼温度设计为900～1000℃，该温度理论上低于合金中Al₃Sc、Al₃Zr第二相的熔点，但中间合金中第二相基本以微米级甚至纳米级形态存在，由于第二相的小尺寸效应，900～1000℃足以将熔体中Al₃Sc、Al₃Zr第二相熔解重新生成更小尺寸Al₃(Sc、Zr)相。