[發明專利]一種鋁合金焊絲用中間合金的制備方法

在審

• 申請號: 202011128053.3
• 申請日: 2020-10-20
• 公開（公告）號: CN112410593A
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 毛華;周古昕;郎玉婧;王生;杜秀征;李金寶;喬麗;韓峰
• 申請（專利權）人: 中國兵器科學研究院寧波分院
• 主分類號: C22C1/03
• 分類號: C22C1/03;C22C21/06;C22C21/08;C22B9/04;C22B9/05;B23K35/28;B23K35/40
• 代理公司: 寧波誠源專利事務所有限公司 33102
• 代理人: 袁忠衛;周銀銀

本發明公開了一種鋁合金焊絲用中間合金的制備方法，該焊絲的質量百分比組成為Mg：4.5～7.5％、Mn：0.1～1％、Zn：0.2～1.2％、Ti：0.01～0.12％、Sc：0.02～0.6％、Zr：0.02～0.35％，Fe≤0.2％，Si≤0.15％，余量為Al；其特征在于：所述Sc、Zr的添加采用Al?Sc、Al?Zr中間合金。本發明通過使用真空熔煉設備對Al?Sc、Al?Zr中間合金重熔稀釋制備Al?Sc?Zr三元中間合金，熔煉過程中直接形成大量小尺寸Al₃(Sc、Zr)相，小尺寸Al₃(Sc、Zr)相通過再中間合金“遺傳效應”進入焊材和焊縫中，細化焊縫組織晶粒，提高焊接接頭強度和塑性。

技術領域

本發明屬于金屬材料領域，具體涉及一種鋁合金焊絲用中間合金的制備方法。

背景技術

在鋁合金焊材領域，由于過渡族元素和稀土元素(Sc、Zr、Er、Ti、Zr等)對鋁合金顯著的改性作用而備受研究者關注，過渡族、稀土元素微合金化鋁合金焊材逐漸成為航空航天、兵器車輛、船舶艦船等領域重要的研究和應用方向。Sc元素是目前為止發現對鋁合金性能最為有效的合金化元素，在鋁合金中具有稀土金屬凈化合金，改善微觀組織和過渡族元素抑制再結晶的作用。Sc、Zr復合添加不但能降低Sc元素的添加量，大幅度降低材料成本，還能進一步提升鋁合金材料的性能，Sc、Zr復合微合金化成為高性能鋁合金重要的研究方向。

鋁合金中Sc、Zr元素通常以Al-Sc、Al-Zr中間合金的形式添加，金相組織分析表明，Al-Sc合金中分布尺寸15～35μm規格塊狀第二相，Al-Zr合金中分布大量呈長條狀第二相，最大長度達50～60μm。這類第二相具有熔點高、易聚集的特點，在合金常規熔煉溫度下難以將其熔化，導致工作合金中仍有大量聚集分布的大尺寸Al、Sc、Zr相。在鋁合金焊絲合金中，大尺寸第二相極大降低了焊材擠壓、拉拔加工工藝性能，同時消耗大量Sc、Zr元素，降低了Sc、Zr元素在合金中的有效作用。

因此，為充分發揮Sc、Zr元素在鋁合金焊材中的有效作用，制備高性能鋁合金焊材，提高焊接接頭綜合性能，需改進Sc、Zr元素在焊絲中的添加形式。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術現狀而提供一種Al₃(Sc、Zr)相細小、焊絲性能優異的鋁合金焊絲用中間合金的制備方法。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為：一種鋁合金焊絲用中間合金的制備方法，該焊絲的質量百分比組成為Mg：4.5～7.5％、Mn：0.1～1％、Zn：0.2～1.2％、Ti：0.01～0.12％、Sc：0.02～0.6％、Zr：0.02～0.35％，Fe≤0.2％，Si≤0.15％，余量為Al；其特征在于：所述Sc、Zr的添加采用Al-Sc、Al-Zr中間合金，所述Al-Sc-Zr中間合金的制備包括以下步驟：

1)按照目標成分進行配料，其中Sc、Zr元素的添加采用Al-Sc、Al-Zr中間合金；

2)使用真空熔煉爐熔煉，將Al錠、Al-Sc、Al-Zr中間合金置于真空爐坩堝中，抽真空至10Pa以下后升溫熔煉；

3)當熔煉溫度達到900～1000℃后進行保溫，并對熔體進行機械攪拌，同時向溶液底部通入惰性氣體，時間10～20min；

4)攪拌結束后進行澆鑄，得到Al-Sc-Zr中間合金鑄錠。

中間合金熔煉溫度設計為900～1000℃，該溫度理論上低于合金中Al₃Sc、Al₃Zr第二相的熔點，但中間合金中第二相基本以微米級甚至納米級形態存在，由于第二相的小尺寸效應，900～1000℃足以將熔體中Al₃Sc、Al₃Zr第二相熔解重新生成更小尺寸Al₃(Sc、Zr)相。