[發明專利]一種磁控熔敷成形制備鋁基耐磨覆層的焊接絲材

有效

• 申請號: 201210515026.0
• 申請日: 2012-12-04
• 公開（公告）號: CN103008906A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 朱勝;趙志浩;王曉明;姚巨坤;王啟偉;崔建忠;劉玉項
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍裝甲兵工程學院
• 主分類號: B23K35/28
• 分類號: B23K35/28
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

技術領域

本發明涉及一種用于磁控焊接熔敷成形制備鋁基耐磨覆層的Al-Si絲材，主要通過在Al-Si系合金焊絲中添加Mg元素及Sc、Zr等微量元素制備強度高、塑性好、耐磨性好的覆層。

背景技術

焊接熔敷快速成形作為快速成形技術的一種新工藝，其是利用堆焊技術的原理，不但可以用于零件的表面改性，還可以對缺損零件進行修復和直接成形新零件。鋁合金表面修復技術包括普通焊條電弧焊、MIG焊和等離子焊接等焊接方法，熱噴涂技術和刷鍍技術。焊接熔敷技術與熱噴涂和電刷鍍技術相比，焊接熔敷層與基體為冶金結合，其結合強度較高；與普通的焊接方法相比，焊接熔敷技術沉積率、粗糙度、熱輸入、敷層厚度等指標更優異。

隨著材料電磁過程的不斷發展，將磁場引入焊接過程已經成為一種先進的焊接技術，當外加磁場作用于電弧時，由于焊接電弧中的等離子體的良好導電性，提供了外部磁場對它的可作用性。磁場控制焊接熔敷技術的研究包括：通過電磁力攪拌熔池，強迫金屬流動，使晶粒細化；通過磁場對電弧的拘束作用，提高非熔化極電弧的能量密度，可改善接頭質量，提高熔敷效率。2002年由北京工業大學殷樹言等人申請的公告號為CN1369347A的發明專利《磁控高熔敷率熔化極混合氣體保護焊接（MAG）方法及專用設備》中磁場作用于焊接過程，有效的提高了熔敷效率。2005年由武漢理工大學羅健等人申請的公告號為CN1751834的發明專利《一種磁控熔化極焊接方法及其拓展應用和通用設備》中采用磁場影響焊接過程，提高了焊接接頭的質量。2010年由裝甲兵工程學院朱勝等人申請的申請號為201010049723.2的發明專利《電磁場控制焊接熔敷快速成形方法和設備》中提到采用直流橫向磁控熔覆成形設備實現零件的快速成形。

鋁合金焊接絲材廣泛應用于焊接領域。隨著技術的進步，普通的Al-Si絲材不能滿足生產的需求，在Al-Si絲材中添加具有特殊性能的元素成為改善絲材性能的重要手段。2009年由張國清等人申請的專利號為200910244555的發明專利《一種高強度鋁合金焊絲》中各元素的質量百分比為2.5~3.5%Cu，2.2~3.2%Si，0.1~0.25%Ti，0.1~0.25%Zr，0.1~0.2%Mn，其余為Al。所得焊絲強度較高。2010年由鄒鐵生等人申請的專利號為201010180705的發明專利《一種鋁硅合金焊絲及其制備方法》中其特征為組分和重量百分含量分別為：?4.5≤Si≤6.5、0.0001≤Be≤0.0003、0.05≤Ti≤0.20、0.01≤Sr≤0.06，余量是Al，焊絲的塑性加工能力和力學性能優良。但對于在鋁硅合金絲材中添加Mg、Sc、Zr三種元素的Al-Si合金涉及很少，本發明Al-Si焊絲通過磁控焊接熔敷成形技術，可以在鋁基體表面堆敷一層或數層特殊絲材，提高鋁基體和熔敷層的耐磨、耐蝕、耐熱等性能。

發明內容

本發明以普通Al-Si系合金焊絲為對象，添加Mg、Sc、Zr等微量元素后制成焊絲。利用磁控熔敷成形技術制備鋁基耐磨覆層。所述絲材中的各組分質量百分比范圍為：Si：4.5~6%、Fe：0~0.2%、Cu：0~0.3%、Ti：0~0.2%、Zr+Sc：0~0.45%、Mg：0.15~0.35%，其余為Al。采用磁控焊接熔敷成形技術，使用上述成分的Al-Si系合金焊絲，可在鋁合金上制備出組織結構優良、力學性能較好、耐磨性好的覆層。

本發明的優點：

（1）在Al-Si系合金焊絲中添加Mg元素含量為0.15~0.35%，其焊接接頭熔合區晶粒形態為等軸晶，減少了組織突變，提高了熔敷層的力學性能。覆層的抗拉強度與屈服強度提高>15MPa，延伸率保持不變，抗正彎能力提高>10MPa。

（2）在Al-Si系合金焊絲中添加Zr+Sc元素含量為0~0.45%，使焊絲微合金化，起到對焊縫金屬變質的作用，細化焊縫組織，提高接頭強度。

（3）所述Al-Si焊絲磁控熔敷成形后所得覆層耐摩擦性能顯著提高，與傳統Al-Si系合金焊絲相比，其摩擦系數降低0.1~0.15，磨損量降低40~60%，磨損率明顯減低。

本發明有益的效果：在普通Al-Si系合金焊絲中添加Mg、Sc、Zr等元素制備焊絲，采用磁控熔敷成形技術在鋁合金表面制備出性能優異的覆層。采用所述焊絲制備所得覆層晶粒過渡平緩、組織未發生突變，力學性能優良；耐磨性能優異，可有效減輕鋁合金基體表面劃傷及高溫、濕熱環境下的耐磨性。

附圖說明