[發明專利]一種激光處理提高Al-Zn-Mg鋁合金攪拌摩擦焊接頭耐蝕性的方法

有效

• 申請號: 201810315972.8
• 申請日: 2018-04-08
• 公開（公告）號: CN108517519B
• 公開（公告）日: 2019-12-17
• 發明（設計）人: 何長樹;張志強;李穎;韋景勛;田妮
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10;C22C21/08;B23K37/00
• 代理公司: 21200 大連理工大學專利中心
• 代理人: 陳玲玉;梅洪玉

本發明屬于鋁合金攪拌摩擦焊接頭表面抗腐蝕技術領域，涉及一種激光處理提高Al?Zn?Mg(Cu)鋁合金攪拌摩擦焊接頭耐蝕性的方法。步驟一：預處理，將待處理接頭進行預打磨處理，去除接頭的飛邊和表面氧化膜。步驟二：配置合金粉末，將合金粉末放入球磨機中進行混合、研磨。步驟三：粉末噴涂，將混合好的合金粉末、粘結劑與酒精的混合溶液均勻噴涂在接頭正面待處理區域表面，然后烘干。步驟四：激光合金化，步驟五：在對接頭一面進行激光合金化處理后，將接頭翻面，對另一面接頭待處理區域依次進行步驟三和步驟四的操作。本發明能夠在Al?Zn?Mg(Cu)鋁合金攪拌摩擦焊接頭表面制備出與合金化層與基體呈良好的冶金結合、組織均勻致密、表面平整的耐蝕合金化層。

技術領域

本發明屬于鋁合金攪拌摩擦焊接頭表面抗腐蝕技術領域，涉及一種激光處理提高Al-Zn-Mg(Cu)鋁合金攪拌摩擦焊接頭耐蝕性的方法。

背景技術

由于鋁合金的密度低、強度高、塑性好、和易成型等優點，是工業中應用最廣泛的一類有色金屬結構材料。Al-Zn-Mg(Cu)系鋁合金是Al-Zn-Mg(Cu)可熱處理強化型鋁合金，該合金具有高比強度、高比剛度、優良的延展性以及加工性能優異等特點，廣泛應用于航空航天、軌道交通、動力能源等諸多領域。由于Al-Zn-Mg(Cu)系鋁合金的主要強化相MgZn₂的化學活性較高，導致Al-Zn-Mg(Cu)鋁合金的耐蝕性較差。

攪拌摩擦焊(簡稱FSW)是一種新型固相連接技術，相比較傳統的熔焊工藝，具有力學性能更高，變形小和環保無污染等優點，Al-Zn-Mg(Cu)鋁合金攪拌摩擦焊接頭的抗拉強度可達到母材抗拉強度的90％左右。但是Al-Zn-Mg(Cu)鋁合金攪拌摩擦焊接結構件的實際應用和研究中發現，由于在攪拌摩擦焊接過程中不同區域受到攪拌和熱循環影響的程度不同，使得接頭各微區顯微組織存在較大差異。特別是接頭的熱機影響區和熱影響區晶界處的η析出相尺寸和分布狀態將會發生改變，導致微區的耐蝕性惡化，而且鋁合金中存在的大量結晶相也會誘發鋁合金點蝕，并隨著時間的延長發展成晶間腐蝕、剝落腐蝕等其他腐蝕形式，這對于Al-Zn-Mg(Cu)鋁合金攪拌摩擦焊接結構件使用的安全性將帶來很大的隱患。因此，提高Al-Zn-Mg(Cu)系高強鋁合金攪拌摩擦焊接頭的耐蝕性，這對于提高Al-Zn-Mg(Cu)系高強鋁合金焊接結構件的可靠性和安全性具有重要的意義。

目前，關于提高Al-Zn-Mg(Cu)系高強鋁合金攪拌摩擦焊接頭耐蝕性的方法主要有熱處理、冷噴涂、微弧氧化等。中國專利201310240156.2中公開了一種熱處理改善高強鋁合金焊接接頭抗腐蝕性能的方法。主要是通過焊后固溶和人工時效處理，改變焊接接頭的組織形態，從而提高接頭的抗腐蝕性能。但這種方法不適合處理尺寸較大的工件，且耗時較長，效率不高。中國專利201310517252.7中公開了一種高速列車鋁合金焊接接頭的微弧氧化耐腐防護方法。主要是采用微弧氧化技術對接頭進行處理，使得接頭局部區域發生反應，形成陶瓷層來提高接頭的耐蝕性。但這種方法需要的電壓非常大，操作時存在較大的安全隱患，且制備的陶瓷涂層與鋁合金的性能差異較大，在應力存在時，陶瓷層容易發生開裂，起不到保護的效果。西北工業大學的李文亞提出采用冷噴技術對鋁合金攪拌摩擦焊接頭的進行處理，在接頭表面制備出耐蝕性較好的純鋁涂層來提高接頭的耐蝕性。但由于該方法生產環境限制因素較多且制備的涂層不是冶金結合，導致涂層易發生脫落失效。

激光合金化技術是通過在基材表面加入合金粉末材料，并利用激光高能束加熱使合金粉末材料與基體表層一起迅速熔化、凝固，在基材表面形成合金化改性層。因此，本發明對鋁合金攪拌摩擦焊接頭進行激光合金化處理，獲得與基體形成冶金結合的高性能的耐蝕涂層，且高能量的激光束將會使接頭近表面存在的結晶相瞬間溶解，從而提高接頭的耐蝕性能。

發明內容

本發明提供了一種激光處理提高Al-Zn-Mg(Cu)鋁合金攪拌摩擦焊接頭耐蝕性的方法，使得Al-Zn-Mg(Cu)鋁合金攪拌摩擦焊接頭表面形成與基體冶金結合的高性能的耐蝕層，提高其耐蝕性，該方法簡單可行，快速高效。