[發明專利]攪拌摩擦焊攪拌頭及其制備方法

有效

• 申請號: 201910872816.6
• 申請日: 2019-09-16
• 公開（公告）號: CN110576255B
• 公開（公告）日: 2021-12-17
• 發明（設計）人: 董帝;熊寧;劉國輝;王承陽;常洋;康聚磊
• 申請（專利權）人: 安泰天龍鎢鉬科技有限公司;安泰科技股份有限公司;安泰天龍（北京）鎢鉬科技有限公司
• 主分類號: B23K20/12
• 分類號: B23K20/12;B22F1/00;B22F3/02;B22F3/15;C22C27/04;C22C32/00
• 代理公司: 北京五洲洋和知識產權代理事務所(普通合伙) 11387
• 代理人: 榮紅穎;徐麗娜

本發明提供一種攪拌摩擦焊攪拌頭及其制備方法，攪拌摩擦焊攪拌頭按質量百分比包括如下原料：鎢粉55～85％，錸粉5～15％，碳化鋯和/或碳化鉿粉末10～30％。攪拌摩擦焊攪拌頭的制備方法包括如下步驟：A、基體合金粉末制備：B、壓制成形：對所述步驟A后得到的所述基體合金粉末進行壓制成形處理，得到成形坯；C、高溫燒結：對所述步驟B得到的所述成形坯進行燒結，得到燒結坯料；D、熱等靜壓處理。本發明通過在鎢基體中引入錸、碳化鋯和/或碳化鉿等元素，可以顯著提高塑性和可加工性能，碳化鋯和/或碳化鉿彌散分布于鎢基體中，起到細晶強化的作用，同時界面結合處可以形成W?C化學鍵，使得增強效果進一步得到提高。

技術領域

本發明涉及粉末冶金技術領域，特別涉及一種攪拌摩擦焊攪拌頭及其制備方法。

背景技術

攪拌摩擦焊技術(FSW：Friction Stir Welding)作為一種新型的材料連接技術，具有焊縫質量一致性好、焊縫強度高、焊縫區殘余應力和殘余變形小等優點，已在航空航天、車輛、造船等行業得到廣泛應用。攪拌頭作為攪拌摩擦焊的“心臟”是攪拌摩擦焊技術的關鍵，它的好壞決定了攪拌摩擦焊接頭的性能、待焊材料的種類、待焊材料的板厚范圍，而且還決定著攪拌摩擦焊的生產成本。在攪拌摩擦焊接過程中，攪拌頭要旋轉著插入被焊材料的結合界面處，旋轉的攪拌頭與工件之間的摩擦熱使攪拌頭前面的材料發生強烈塑性變形。軸肩一方面可以和工件表面相互摩擦產生摩擦熱，另一方面可以防止攪拌頭在高速旋轉時塑化的材料從焊縫區噴射出去，同時可以起到清除表面氧化膜的作用。在焊接過程中，隨著攪拌頭的移動，高度塑性變形的材料流向攪拌頭的背后，攪拌頭后方的材料冷卻后就形成固態焊縫。在整個焊接過程中，攪拌頭都處于非常惡劣的工作環境中，因此，攪拌頭需要具有優異的高溫力學性能，尤其是高溫耐磨損性能。

在焊接鋁、鎂、鉛等低熔點材料時，攪拌頭采用工具鋼即可。對于鋼、銅、鈦等高熔點材料來講，焊接時最高溫度在1000℃以上，能滿足使用要求的攪拌頭材料往往是難熔金屬合金或者結構陶瓷。

在高熔點材料攪拌摩擦焊攪拌頭選材方面，美國的Megastir公司采用多晶立方氮化硼(PCBN)作為攪拌頭材料，針對不同高熔點材料設計了相應品級的PCBN攪拌頭并申請了專利。該材料屬于超硬材料，以立方氮化硼作為基體，采用粘結劑作為第二相在高溫高壓下燒結而成，通過調整基體和第二相的比例獲得不同品級攪拌頭以滿足不同需求。目前已有不少研究機構選用PCBN作為高熔點材料攪拌摩擦焊用攪拌頭材料，但由于目前冶金技術的限制，只能制出厚度較小的坯料，加工和設計難度較大。

日立公司和日本東北大學合作，針對鐵合金、鈦合金以及鋯合金等開發了Co-Al-W合金攪拌頭材料。該材料鑄造性和可加工性良好，高溫強度和耐磨損磨耗性能優異，以鈷基合金為基體，Co3(Al，W)金屬間化合物為第二相，通過調整基體和第二相的比例可獲得不同性能要求的攪拌頭。但該材料制備工藝復雜，而且不能滿足長時間工作壽命的要求。

專利CN108677705A《一種攪拌摩擦焊攪拌頭材料以及攪拌頭的制備方法》通過在鎢粉中添加一定比例的碳化鈦或者碳化鋯制得的合金粉末，采用熱壓燒結技術制備攪拌頭材料。該方法雖然制備工序簡單，但生產效率太低，不適于工業化生產。

發明內容

本發明的目的在于提供一種攪拌摩擦焊攪拌頭及其制備方法。通過該制備方法制備的攪拌摩擦焊攪拌頭具有優異的高溫強度和耐磨性能，使用壽命長，生產工藝簡單，成品率高，適合工業化生產制造。

為了實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種攪拌摩擦焊攪拌頭，所述攪拌頭按質量百分比包括如下原料：鎢粉55～85％，錸粉5～15％，碳化鋯和/或碳化鉿粉末10～30％。

進一步地，在上述的攪拌頭中，按質量百分比，鎢粉55～67％，錸粉5～15％，碳化鋯和/或碳化鉿粉末28～30％。

另一方面，還提供一種攪拌摩擦焊攪拌頭的制備方法，包括如下步驟：