[發(fā)明專利]高強(qiáng)韌鋁硅基復(fù)合材料焊絲及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910672080.8
• 申請日: 2019-07-24
• 公開（公告）號: CN110306083B
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李險峰;夏存娟;陳東;鄧亞琪;王浩偉
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: C22C21/02
• 分類號: C22C21/02;C22C32/00;C22F1/043;C22C1/10;B22F10/20;B33Y70/10;B23K35/28;B23K35/36;B23K35/40
• 代理公司: 上海漢聲知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31236
• 代理人: 莊文莉

本發(fā)明提供了一種高強(qiáng)韌鋁硅基復(fù)合材料焊絲及其制備方法，所述鋁硅復(fù)合材料焊絲的增強(qiáng)相為原位自生TiB₂陶瓷顆粒；所述基體合金為Al?Si(6.5％～7.5％)?Mg(0.4％～1％)。所述制備方法包括以純鋁、Al?Si中間合金、Al?Cu中間合金、Al?Mg中間合金等為原料，制得中間熔體，均勻化熱處理后，將中間熔體經(jīng)過熱擠壓、拉制和表面處理，即得。本發(fā)明制備的鋁硅基復(fù)合材料焊絲適用于電弧增材制造技術(shù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)韌鋁硅基復(fù)合材料焊絲及其制備方法，尤其涉及一種應(yīng)用于電弧增材制造的高強(qiáng)高模納米顆粒增強(qiáng)鋁硅基復(fù)合材料焊絲及其制備方法。

背景技術(shù)

鋁合金具有高的比強(qiáng)度、比模量、斷裂韌度、疲勞強(qiáng)度和耐腐蝕性，同時還具有良好的成形工藝性和焊接性，加之成本比較低，因此，成為航空、航天、船舶、汽車、列車、化工、軍事等領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的一類有色金屬結(jié)構(gòu)材料。其中鋁硅合金具有良好鑄造性能和耐磨性能，在鑄造鋁合金中用量最大。通過原位自生法添加TiB₂顆粒進(jìn)一步增強(qiáng)其模量剛度等力學(xué)性能，得到了廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。

航空航天、國防軍工等領(lǐng)域的飛速發(fā)展，對材料力學(xué)性能以及結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度提出了新的要求。電弧增材制造的出現(xiàn)可以很好地解決了上述難題，電弧增材制造相比激光增材制造沉積效率高，更適合打印大型零部件。在兼顧解決大型結(jié)構(gòu)的同時，由于冷卻速度快，可以細(xì)化晶粒，改善顆粒及合金元素分布，優(yōu)化組織均勻性，提高材料的塑性、強(qiáng)度及耐腐蝕性能。目前，電弧增材制造在不銹鋼、鈦合金和高溫合金等方面的研究和應(yīng)用已經(jīng)日益成熟，然而鋁及其合金由于其容易產(chǎn)生氣孔、易氧化等特點，可供使用的鋁合金焊絲種類有限，極大的限制了鋁材在增材制造領(lǐng)域的發(fā)展。

鋁合金在電弧增材制造過程中容易產(chǎn)生氣孔，排除工藝因素本身限制及不合適的工藝參數(shù)引起氣孔，還包括鋁合金中所含的低蒸發(fā)元素的含量，都會。而鋁硅合金的主要強(qiáng)化元素為Mg元素，通過Mg元素的添加在熱處理過程中析出彌散的Mg₂Si相強(qiáng)化基體。研究發(fā)現(xiàn)Mg元素在電弧增材的過程有一定的損耗，而在損耗過程中容易引起氣孔，因而雖然Mg元素對于鋁硅合金有強(qiáng)化作用，但仍不能作為電弧打印鋁硅合金的主要強(qiáng)化元素。開發(fā)可替代Mg元素的強(qiáng)化元素為發(fā)展電弧增材應(yīng)用鋁硅基焊絲為目前的重要發(fā)展方向。

原位自生法添加的TiB₂顆粒有著細(xì)化晶粒，強(qiáng)化基體，在電弧打印過程中能穩(wěn)定存在等優(yōu)點。由這種工藝制得的鋁基復(fù)合材料能獲得較好的綜合性能，兼具鋁基體的延展性和陶瓷顆粒的高強(qiáng)度高模量。在鑄態(tài)條件下，即使是原位自生法添加的TiB₂顆粒都會出現(xiàn)一定程度的團(tuán)聚，而在電弧對熔池的攪拌作用下顆粒分布均勻彌散，最大程度地提升了鋁硅基復(fù)合材料的性能。在基體中加入TiB2顆粒后使得打印過程中基體的耐高溫和穩(wěn)定性有所提高，一定程度上降低Mg的損耗，從各種方向強(qiáng)化打印樣件的性能。因此原位自生法添加的TiB2顆粒可作為鋁硅合金中Mg元素的協(xié)同強(qiáng)化元素及替代性元素。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種高強(qiáng)韌鋁硅基復(fù)合材料焊絲及其制備方法，尤其是提供一種高強(qiáng)高模納米顆粒增強(qiáng)鋁硅基復(fù)合材料焊絲及其制備方法。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：

第一方面，本發(fā)明提供一種鋁硅基復(fù)合材料焊絲，所述焊絲包括基體合金和分布在所述基體合金中的增強(qiáng)相；所述基體合金由如下重量百分比含量的各組分組成：Al-Si(6.5％～7.5％)-Mg(0.4％～1％)；所述增強(qiáng)相為TiB₂顆粒。

優(yōu)選地，所述TiB₂顆粒的質(zhì)量為1-2％；所述TiB₂顆粒的尺寸為30～500nm。

優(yōu)選地，所述焊絲的直徑為1.0、1.2、1.6或2.0mm。

第二方面，本發(fā)明提供一種所述的鋁硅基復(fù)合材料焊絲的制備方法，包括如下步驟：