[发明专利]用于焊接和增材制造的铝合金丝材及其制备方法

说明书

本发明涉及金属材料技术领域，具体提供了一种铝合金丝材及其制备方法，该丝材按质量百分比计包括：Mg：6.0～8.0wt％；Sc：0.3～0.8wt％；Zr：0.1～0.4wt％；Mn：0.4～0.8wt％；Si：0.6～1.5wt％；Fe：≤0.1wt％；Zn：0.03～0.1wt％；Ti：0.03～0.1wt％；Cr：≤0.1wt％；Cu：≤0.05wt％；余量为Al，H含量≤0.15mL/100gAl。其制备方法包括配料、真空熔铸、均匀化热处理、一次挤压、二次挤压、拉拔和退火、减径、刮削等步骤。本发明能够显著提高焊缝和增材制造件的强度，不易开裂，克服了现有焊丝应用的局限性。

技术领域

本发明涉及金属材料技术领域，尤其涉及一种用于焊接和增材制造的铝合金丝材及其制备方法。

背景技术

随着轨道交通、航空飞行器、运载火箭、军用装甲车、新能源汽车等对轻量化、高性能需求的日益迫切，高强度铝合金材料的应用越来越广泛，常用的高强铝合金材料包括Al-Mg系、Al-Cu系、Al-Zn-Mg-Cu系合金以及航天常用的Al-Li系和Al-Sc系合金。这些铝合金强度往往达到400-600MPa，能够很好的对装备进行减重。但是，对铝合金制件进行连接所用的传统焊丝材料往往强度不高于300MPa，且焊接高强度的Al-Cu系、Al-Zn-Mg-Cu系、Al-Li系时往往容易出现焊接性较差，易开裂问题，成为高强铝合金整体结构的薄弱环节，无法发挥出高强铝合金制件轻量化、高性能的优势。因此，为了提高焊缝性能、降低焊缝开裂倾向，需要开发专门的高强度阻裂铝合金焊丝。

另一方面，增材制造技术的发展给轻量化复杂结构的快速制造带来了新的可能，其中电弧增材制造技术以焊接为冶金基础，采用数字化的方式进行逐层打印来构建零件，能够最大限度地降低材料损耗，提升个性化复杂零件的制造速度，同时提高零件的性能。而电弧增材制造所用的“耗材原料”即为焊丝。因此，为了提升增材制造铝合金零件的强度，降低零件在逐层制造过程中不断熔化凝固所造成的开裂倾向，也急需开发一种高强度的阻裂铝合金焊丝材料。

目前，国内研制的高强度铝合金焊丝主要为通过添加Sc元素强化的Al-Sc焊丝，Sc元素的强化作用主要源于热处理时效过程中的Al3Sc纳米粒子析出强化。但是这种强化机制主要存在三个问题：一是强化作用单一，Al3Sc纳米粒子需要在热处理时效过程中产生，这虽然适用于可以热处理的增材制造制件，但一般不做热处理的焊缝，其强化作用有限，无法兼顾增材制造和焊接两种工艺；二是Sc元素过多添加往往会提高焊缝和制件的屈强比，降低延伸率，同时作为一种战略性的稀土元素，Sc元素价格高，造成丝材成本高；三是目前含Sc的铝合金焊丝由于硬度高，在制备过程中往往需要采用多次拉拔，甚至是轧制或旋锻的方式进行制备，成本高，效率低，且不利于铝合金焊丝氢、氧含量的降低，造成焊接和增材过程中气孔的增多。

因此，急需开发一种具有多重强化机制的高强铝合金焊丝及快速高效制备方法，以同时适用于焊接和增材制造，提高铝合金焊丝的实用性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于焊接和增材制造的高强铝合金丝材及其制备方法，制得的铝合金丝材能够显著提高焊缝和增材制造件的强度，不易开裂，且具有较好的耐腐蚀性，适用于轨道交通、航空航天、船舶、兵器等具有高强度要求的高端制造领域。

为实现上述目的，本发明提供一种铝合金丝材，按质量百分比计，包括如下合金元素：Mg：6.0～8.0wt％；Sc：0.3～0.8wt％；Zr：0.1～0.4wt％；Mn：0.4～0.8wt％；Si：0.6～1.5wt％；Fe：≤0.1wt％；Zn：0.03～0.1wt％；Ti：0.03～0.1wt％；Cr：≤0.1wt％；Cu：≤0.05wt％；余量为Al。