[发明专利]一种纳米陶铝复合铝合金焊丝及制备方法

摘要

本发明涉及一种纳米陶铝复合铝合金焊丝及制备方法，包括以下五个步骤：(1)内生纳米TiB2/Al中间合金的制备；(2)含有纳米TiB2颗粒铝合金铸锭的制备；(3)铸锭均匀化处理；(4)含有纳米TiB2颗粒铝合金热挤压塑性成型；(5)铝合金焊丝线材拉拔成型。本发明是要解决现有制备工艺及成分组成所生产的铝合金焊丝焊接性能低的问题。本发明涉及的技术方案是通过在铝合金熔体中加入内生纳米TiB2/Al中间合金，在铝合金熔体内引入在已经分散的纳米尺寸TiB2颗粒，制备一种含有微量纳米陶瓷颗粒的铝合金焊丝线材，纳米尺寸陶瓷颗粒可以促进熔池内金属异质形核，细化焊缝组织，提高焊接效率和焊接质量，显著的强化焊口的力学性能。

主权项

1.一种新型纳米陶铝复合铝合金焊丝及制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)内生纳米TiB2/Al中间合金的制备：(1a)硼粉球磨活化预处理：将硼粉放入球磨罐中，用球磨机将硼粉以200-300r/min的速度球磨活化处理1-3h；(1b)反应压坯的制备：ⅰ.称取所需的粒度13-48μm的铝粉，球磨处理后粒度为0.5-1μm的硼粉以及粒度为13-45μm的钛粉备用；ⅱ.将铝粉、钛粉、硼粉按以下几种配比配制成100g混合粉末制成Al–Ti–B压坯，其中，Ti/B质量比为2.22:和1.85:1；Ti/B摩尔比为1:2和1:2.4；铝粉的含量为90-70wt.％；钛粉含量为6.88-19.45wt.％；硼粉含量为3.12-10.55wt.％；①Al–Ti–B体系中反应生成纳米TiB2陶瓷颗粒的质量分数为10wt.％，其中，Ti/B质量比为2.22:1；Ti/B摩尔比为1:2；体系中铝粉、钛粉、硼粉各自重量分别为：铝粉：90克；钛粉：6.88克；硼粉：3.12克；配制成100克混合粉末；②Al–Ti–B体系中反应生成纳米TiB2陶瓷颗粒的质量分数为20wt.％；其中，Ti/B质量比为1.85:1；Ti/B摩尔比为1:2.4；体系中铝粉、钛粉、硼粉各自重量分别为：铝粉：80克；钛粉：12.97克；硼粉：7.03克；配制成100克混合粉末；③Al–Ti–B体系中反应生成纳米TiB2陶瓷颗粒的质量分数为30wt.％，其中，Ti/B质量比为1.85:1；Ti/B摩尔比为1:2.4；体系中铝粉、钛粉、硼粉各自重量分别为：铝粉：70克；钛粉：19.45克；硼粉：10.55克；配制成100克混合粉末；ⅲ.将配制好的不同组分的粉料与氧化锆磨球放入混料机中，罐中盛有直径分别为5mm、7mm、11mm、15mm、20mm、22mm的ZrO2球，每种10个，ZrO2球质量共800g；混料机以30-60r/min的速度均匀混合8-32h；其中氧化锆磨球和混合粉末的质量比是8:1；ⅳ.将球磨混料的粉料取出，将球磨混好的粉料用铝箔包好，在液压机上冷压制成Φ30圆柱形压坯，高35-45mm；致密度为60-75％；(1c)压坯烧结原位反应：ⅰ.用石墨纸将步骤(1b)中制得的Φ30圆柱形压坯包裹好放入到石墨模具中；ⅱ.将石墨模具和Φ30圆柱形压坯放入到真空热爆炉中，关闭炉门，后抽真空至炉内压力低于10Pa；ⅲ.开始加热，加热速度设置为25-40K/min；加热升温至1183K,然后将温度降到1073K后保温10min，保温过程中同时对圆柱形压坯施加轴向25-55MPa压力，保压时间20-60s；反应后并经轴向压力致密化的圆柱形陶铝复合随炉在真空中冷却至室温，制得内生纳米TiB2/Al中间合金；(2)含有纳米TiB2颗粒铝合金铸锭的制备：(2a)按照铝合金的成分为：Mg：4.5wt.％～6.6wt.％；Mn：0.4wt.％～0.85wt.％；Si：0.01wt.％～0.045wt.％；Fe：0.01wt.％～0.20wt.％；Cu：0.01wt.％～0.15wt.％；Zn：0.01wt.％～0.22wt.％；Ti：0.12wt.％～0.32wt.％；Be：0.0001wt.％～0.0003wt.％；余量为Al，配置铝合金，将配置铝合金的原料一起加入到干燥的熔炼炉中，加热到温度为1023-1073K条件下熔炼1h～2h，得到铝合金熔液；(2b)随后加入纳米尺度内生TiB2/Al中间合金，纳米TiB2陶瓷颗粒实际加入量为0.01wt.％-0.7wt.％，机械搅拌2-4min；(2c)将超声波探头接触至液面保温5min后，下降探头至液面以下100-150mm并保温5min；随后开启超声波设备，振动3-8min；(2d)加入0.05-0.10wt.％的清渣剂对合金液进行精炼除渣，打渣处理后保温5min；(2e)将超声处理后的铝合金溶液在温度在1003K-1023K下铸造成坯、铸造速度为100mm/min～120mm/min；冷却水强度为0.05MPa～0.08MPa；冷却水温度为283K-303K；铸造成直径为105mm的含有纳米TiB2颗粒铝合金铸锭；(3)铸锭均匀化处理：(3a)将步骤二中制备得到的铸锭切断，断后的铸锭长度为400mm，再将铸锭表面的氧化皮车削掉，制得直径为100mm的铝合金铸锭；(3b)进行均匀化退火处理，退火温度为773K-803K，保温时间为20h-22h，得到铝合金铸锭；(4)含有纳米TiB2颗粒铝合金热挤压塑性成型：(4a)将步骤三中经均匀化处理后的含有纳米TiB2颗粒铝合金放入电阻炉中加热至673K-733K，保温1h-3h；(4b)再放入挤压机中，温度为673K-723K条件下进行热挤压塑性成型，制得线材毛料；挤压比为15:1；(5)步骤五，铝合金焊丝线材拉拔成型：(5a)将步骤四制得的线材毛料在温度为653K-703K条件下保温1.5h～2.5h，然后以25-30K/h的速度降温冷却至543K以下，然后空冷至室温；(5b)将线材进行第一次拉拔，拉拔至直径为6.3mm～6.4mm的线材，将线材进行中间退火，退火温度为653K-703K，保温时间1.5h～2.5h，然后以25-30K/h的速度降温冷却至543K以下，然后空冷至室温；(5c)再将线材进行第二次拉拔，拉伸至直径为6.0mm～6.1mm的线材，将线材进行中间退火，退火温度为653K-703K，保温时间1.5h～2.5h，然后以25-30K/h的速度降温冷却至543K以下，然后空冷至室温；(5d)重复步骤4c，共进行16～25道次拉拔和中间退火工艺，每道次拉拔面收缩率为5～5.5％，并且，每道次的变形量一致；最终制得1.85mm～3.0mm直径纳米陶铝复合铝合金焊丝。