CN108796322B - 一种含纳米氧化铝颗粒的铝合金焊丝及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种含纳米氧化铝颗粒的铝合金焊丝及其制备方法，属于铝合金焊丝技术领域。该焊丝含有的成分及其质量百分比为：纳米Al2O3为0.1～1％，Zn为10～12％，Mg为4.0～4.4％，Cu为0.2～0.4％，Zr为0.2～0.4％，Ag为1.0～2.0％，Sc为0.2～0.4％，Ti为0.2～0.4％，Er为0.1～0.4％，Fe≤0.15％，Si≤0.06％，余量为Al；该焊丝的直径为1.2mm～3.0mm。其制备方法为：低频半连续铸造、退火、均匀化处理、挤压、拉拔。该焊丝专门用于7XXX高强铝合金的焊接，解决其在焊接过程中产生的焊缝热开裂、焊缝稳定性差以及焊缝强度偏低等问题。焊丝制备工艺简单可操作，生产成本较低，适合工业化生产，市场前景广阔。

Description

一种含纳米氧化铝颗粒的铝合金焊丝及其制备方法
技术领域
本发明涉及铝合金焊丝技术领域，尤其涉及一种含纳米氧化铝颗粒的铝合金焊丝及其制备方法。
背景技术
采用高强铝合金代替钢铁材料进行轻量化不仅减重效果突出，而且成本造价相比钛合金、复合材料低廉，具有无可比拟的优势。因此，越来越多的高强铝合金结构材料代替钢铁制品在航空、航天等武器装备、高铁动车轨道等军事与民用领域广泛使用，但由于轻量化重量、结构以及寿命等多重指标严格要求，迫使铝合金零件之间的连接方式由机械连接更换为焊缝连接。目前，以铝代钢的高强铝合金板材多是Al-Zn-Mg-Cu系合金，其焊接性能不佳，而目前大都采用Al-Mg系焊丝甚至进口5087、1561等焊丝，焊缝的强度最多只能稳定到300MPa左右，而且焊缝极易产生热裂纹，导致高强铝合金零件的连接可靠性降低，无法满足装备长寿命、高质量、低损耗的使用要求。
为了解决7XXX高强铝合金制件焊缝热开裂问题，提高焊缝强度与热稳定性，需开发一种专门用于7XXX高强铝合金的焊丝。
发明内容
本发明的目的是提供一种含纳米氧化铝颗粒的铝合金焊丝及其制备方法，该含纳米氧化铝颗粒的铝合金焊丝是一种含纳米氧化铝颗粒Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Ti-Ag-Sc-Er铝合金焊丝，专门用于7XXX高强铝合金的焊接，解决其在焊接过程中产生的焊缝热开裂、焊缝稳定性差以及焊缝强度偏低等问题。焊丝制备工艺简单可操作，生产成本较低，适合工业化生产，市场前景广阔。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为：
本发明的一种含纳米氧化铝颗粒的铝合金焊丝，其含有的成分及各个成分的质量百分比为：纳米Al2O3为0.1～1％，Zn为10～12％，Mg为4.0～4.4％，Cu为0.2～0.4％，Zr为0.2～0.4％，Ag为1.0～2.0％，Sc为0.2～0.4％，Ti为0.2～0.4％，Er为0.1～0.4％，Fe≤0.15％，Si≤0.06％，余量为Al；其中，所述的含纳米氧化铝颗粒的铝合金焊丝的直径为1.2mm～3.0mm。
所述的纳米Al2O3为表面镀铜的纳米Al2O3，其粒径为10nm～30nm。
本发明的一种含纳米氧化铝颗粒的铝合金焊丝的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：低频半连续铸造
(1)按照含纳米氧化铝颗粒的铝合金焊丝的成分配料，将部分原料按照顺序加入熔炼炉中，进行熔炼，得到部分原料完全熔化的金属液；
所述的部分原料，其加入顺序依次为纯Al、Al-Zr中间合金、Al-Cu中间合金、纯Zn、纯Mg；
对部分原料完全熔化的金属液进行精炼，得到精炼后的金属液，精炼的金属液温度维持在700℃～760℃，精炼时间为10min～20min；
对精炼后的金属液，进行真空除气处理，得到真空处理后的熔体；其中，真空处理的时间为10min～15min；
向真空处理后熔体中，按顺序加入剩余原料，进行熔炼，得到完全熔炼后的金属液；
所述的剩余原料的加入顺序依次为Al-Ti-B中间合金、Al-Sc中间合金，Al-Er中间合金，工业纯Ag，纳米Al2O3颗粒；
(2)将完全熔炼后的金属液，搅拌均匀，在氩气环境下，进行低频电磁半连续铸造，制得铸锭；其中，低频电磁半连续铸造的工艺参数为：在频率为20Hz～40Hz，电流为80A～120A的条件下，进行间歇搅拌，每隔4min～6min搅拌一次，每次搅拌2min～4min，直到铸造完成，铸造过程中，浇铸温度为690℃～705℃，铸造速度40mm/min～200mm/min，冷却水强度0.01MPa～0.02MPa；
步骤2：退火
将铸锭进行退火处理，得到退火后的铸锭；其中，退火制度为450℃～460℃，保温24h～30h；
步骤3：均匀化处理
将退火后的铸锭进行均匀化处理，得到均匀化处理后的铸锭；其中，均匀化制度为400℃×(6-10)h，(465-470)℃×(30-40)h；
步骤4：挤压
将均匀化处理后的铸锭切段，进行挤压，得到直径为8mm～12mm的棒材；
步骤5：拉拔
将直径为8mm～12mm的棒材进行多道次拉拔，得到直径为1.2mm～3.0mm的焊丝，最后清洁处理，即得到含纳米氧化铝颗粒的铝合金焊丝。
其中，
所述的步骤1(1)中，所述的熔炼采用的设备为坩埚熔炼炉。
所述的步骤1(1)中，所述的熔炼，温度为690℃～880℃。
所述的步骤1(1)中，所述的Al-Zr中间合金优选为Al-5Zr中间合金，Al-Cu中间合金优选为Al-50Cu中间合金，Al-Ti-B中间合金优选为Al-5Ti-1B中间合金，其中，B起到细化组织的作用，Al-Sc中间合金优选为Al-5Sc中间合金，Al-Er中间合金优选为Al-5Er中间合金。
所述的步骤1(2)中，所述的搅拌均匀的工艺为：使用机械搅拌装置对静置后的熔体搅拌5min～10min，搅拌速度180r/min～280r/min。
所述的步骤1中，原料的熔炼顺序依次为纯Al、Al-Zr中间合金、Al-Cu中间合金、纯Zn、纯Mg、Al-Ti-B中间合金、Al-Sc中间合金，Al-Er中间合金，工业纯Ag，纳米Al2O3颗粒。
所述的步骤4中，所述的挤压，挤压比λ为20～35。
所述的步骤5中，多道次拉拔优选为8-35道次拉拔。
所述的步骤5中，所述的清洁处理，为定径刮削、清洗和表面处理后，封装。
本发明的一种含纳米氧化铝颗粒的铝合金焊丝及其制备方法，具有的优点和有益效果是：
1)为了解决焊缝热稳定性差与强度低的问题，采用与7XXX高强铝合金母材主成分类别相同的材料作为焊丝主材，通过调整Zn、Mg、Cu元素的成分范围，向其中添加微量的Ag、Ti、Zr、Er、Sc元素。其中，Zn、Mg为主要合金化元素，n-Al2O3(纳米氧化铝)、Ti、Zr、Ag、Sc、Er为主要工艺元素，Fe、Si为杂质元素，要求控制在允许范围内。这些微元素既可以在铸锭成形过程中形成共晶化合物弥补Cu含量降低所引起的铸造开裂倾向，又具备优异的高温热稳定性能，实现焊缝热稳定性的提高。Zn含量的提高，一方面有助于焊缝的固溶强化，另一方面使得焊缝脆性断裂风险增强，Ag、Ti、Zr、Er、Sc元素的添加可以显著改善焊缝脆性断裂问题。另外，焊接完成后，焊缝及热影响区利用焊后余热进行自时效强化，从而实现焊缝强度的提升。因此，采用上述成分的焊丝焊接高强铝合金制件时，焊缝的热稳定性能和焊缝强度可以得到显著提升。
2)采用与7XXX高强铝合金主成分类别相同的铝合金材料作为焊丝主材，向合金中添加微量的Sc、Ti、Zr、Er元素，焊接过程中会分别形成Al3Sc、Al3Ti、Al3Zr、Al3Er等细化晶粒的小尺寸化合物，有助于细化焊缝的晶粒组织，提高焊缝的强韧性能。
3)采用低频电磁半连续铸造制备焊丝铸锭，可以非常显著的改善n-Al2O3(纳米氧化铝)颗粒在组织中的分布均匀性，减少颗粒团聚现象，进而提高挤压与拉拔成形后焊丝中n-Al2O3(纳米氧化铝)颗粒的分布均匀性。
4)在焊接过程中，n-Al2O3(纳米氧化铝)颗粒以形成形核质点的方式提高焊缝组织的形核率，实现焊缝细晶强化，使得焊缝强度与塑性提升。采用上述成分的焊丝焊接高强铝合金板材，焊接系数可达到0.75，焊缝热影响区范围有效减小，焊缝热开裂现象基本消失。
5)该焊丝适用于绝大部分7XXX高强铝合金板材、锻件的TIG与MIG焊接。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
以下实施例中，除特殊说明，采用的原料和设备均为市购。
实施例1
一种含纳米氧化铝颗粒的铝合金焊丝，其含有的组分及各个组分的质量百分比为：n-Al2O3(纳米氧化铝)含量0.1％，Zn含量12％，Mg含量4.0％，Cu含量0.2％，Zr含量0.2％，Ag含量1.1％，Sc含量0.23％，Ti含量0.36％，Er含量为0.4％，其他杂质元素含量Fe≤0.15％，Si≤0.06％，余量为Al。
所述的n-Al2O3(纳米氧化铝)表面镀铜的纳米Al2O3，其粒径为10～15nm。
一种含纳米氧化铝颗粒的铝合金焊丝制备方法，工艺如下：
步骤1：低频半连续铸造
1)按上述的合金化学成分及重量百分比要求配料，原材料包括：纯Al，n-Al2O3(纳米氧化铝)，纯Zn，纯Mg，Al-Cu中间合金，Al-Ti-B中间合金，Al-Er中间合金，工业纯Ag，Al-Sc中间合金，Al-Zr中间合金；
2)在坩埚熔炼炉内进行熔炼，原材料的熔炼顺序依次为纯Al、Al-Zr中间合金、Al-Cu中间合金、纯Zn、纯Mg、熔炼后，加入六氯乙烷精炼剂进行精炼，精炼温度为750～760℃，精炼时间为10min后，进行抽真空除气处理10min，得到抽真空后的熔体；
继续依次加入Al-Ti-B中间合金、Al-Sc中间合金，Al-Er中间合金，工业纯Ag，n-Al2O3(纳米氧化铝)，熔炼温度在690-800℃范围内；
3)真空处理后熔体静置10min，在坩埚炉内通入氩气保护，使用机械搅拌装置对熔体搅拌5min～10min，搅拌速度280r/min，接着低频电磁半连续铸造制备铸锭，频率f为40Hz，电流I为120A，每隔4min进行搅拌一次，每次搅拌2min，直到铸造完成，铸造过程中浇铸温度为705℃，铸造速度200mm/min，冷却水强度0.02MPa；
步骤2：退火
将制备的铸锭进行退火处理，退火制度为450℃～460℃，保温24h～30h；
步骤3：均匀化处理
再将退火后的铸锭进行均匀化处理，均匀化制度为400℃×10h，465℃×40h；
步骤4：挤压
将均匀化处理后的铸锭切段、进行挤压，挤压后直径为Φ8mm的棒材；
步骤5：拉拔
将Φ8mm的棒材在拔丝机上进行8道次拉拔，拉拔得到直径为Φ3.0mm的焊丝。
步骤6：清洁处理
(1)定径与刮削：将经过拉拔后的Φ1.2mm焊丝穿过定径模具，公差为±0.001mm；将经过定径后的铝合金焊丝穿过挂削模具，公差为±0.001mm，刮削速率为3.0m/s；
(2)清洗：将经过刮削后的铝合金焊丝通过超声波水箱进行超声波清洗；
(3)表面处理与封装：表面处理为依次进行酸洗、表面抛光与钝化三个工序，表面处理后快速采用真空包装将焊丝包装，得到含纳米氧化铝颗粒的铝合金焊丝。
以本实施例制备的含纳米氧化铝颗粒的铝合金焊丝进行焊接，具体步骤为：
采用本实施例制备的含纳米氧化铝颗粒的铝合金焊丝对7075高强铝合金进行焊接，焊接工艺为MIG焊接，对得到的焊接处进行性能测试，焊接系数可达到0.75，焊缝热影响区范围有效减小，焊缝热开裂现象基本消失。
实施例2
一种含纳米氧化铝颗粒的铝合金焊丝，其含有的组分及各个组分的质量百分比为：n-Al2O3(纳米氧化铝)含量0.5％，Zn含量10.5％，Mg含量4.0％，Cu含量0.4％，Zr含量0.3％，Ag含量1.2％，Sc含量0.3％，Ti含量0.2％，Er含量为0.14％，其他杂质元素含量为Fe≤0.15％，Si≤0.06％，余量为Al。
所述的n-Al2O3(纳米氧化铝)表面镀铜的纳米Al2O3，其粒径为20～23nm。
一种含纳米氧化铝颗粒的铝合金焊丝的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：低频半连续铸造
1)配料：按上述的合金化学成分及重量百分比要求配料，配料的原材料及各个原材料的质量百分比为：n-Al2O3(纳米氧化铝)含量0.5％，Zn含量10.5％，Mg含量4.0％，Cu含量0.4％，Zr含量0.3％，Ag含量1.2％，Sc含量0.3％，Ti含量0.2％，Er含量为0.14％，余量为Al。
原材料包括：纯Al，纯Zn，纯Mg，Al-Cu中间合金，Al-Ti-B中间合金，Al-Er中间合金，工业纯Ag，Al-Sc中间合金，Al-Zr中间合金，n-Al2O3(纳米氧化铝)；
2)熔炼：在坩埚熔炼炉内进行熔炼，先加入纯Al并加热至880℃待全部融化后，加入Al-Zr中间合金，升温至810℃并搅拌均匀，待体系降温至760℃时，加入Al-Cu中间合金待熔化后搅拌均匀，继续在745℃加入纯Zn并熔化搅拌均匀，710℃加入纯Mg并搅拌均匀，接着在745℃时，加入六氯乙烷精炼剂1500g精炼12min后，抽真空15min，在735℃时加入Al-Ti-B中间合金，在740℃时，加入Al-Sc中间合金和Al-Er中间合金并分别搅拌均匀，在795℃加入纯Ag并充分搅拌均匀，最后在760℃加入n-Al2O3(纳米氧化铝)并充分搅拌均匀，当金属液温度降到730℃时将金属液转至中间包；
3)低频电磁半连续铸造：接着采用低频电磁半连续铸造制备铸锭，采用Φ168mm结晶器制备铸锭，每隔5min进行搅拌一次，每次搅拌3min，搅拌速度为180r/min，频率f为20Hz，电流I为80A，直到铸造完成，铸造过程中，浇铸温度为695℃，铸造速度62mm/min，冷却水强度0.012MPa；
步骤2：退火
将铸锭进行退火处理，退火制度为460℃，保温28h；
步骤3：均匀化处理
再将退火后的铸锭进行均匀化处理，均匀化制度为400℃×6h，470℃×32h；
步骤4：挤压
均匀化处理后的铸锭加工扒皮至Φ148mm并切段进行挤压，挤压筒直径Φ148mm，挤压速度1.4m/min，得到直径为Φ10mm的棒材；
步骤5：拉制
经过32道次的拉拔，将Φ10mm的棒材在拔丝机上拉拔成Φ2mm的焊丝；
步骤6：清洁处理
(1)定径与刮削：将经过拉拔后的Φ2mm焊丝穿过定径模具，公差为±0.001mm；将经过定径后的铝合金焊丝穿过挂削模具，公差为±0.001mm，刮削速率为3.5m/s；
(2)清洗：将经过刮削后的铝合金焊丝通过超声波水箱进行超声波清洗；
(3)表面处理与封装：表面处理为依次进行酸洗、表面抛光与钝化三个工序，表面处理后快速采用真空包装将焊丝包装，得到含纳米氧化铝颗粒的铝合金焊丝。
以本实施例制备的含纳米氧化铝颗粒的铝合金焊丝进行焊接，具体步骤为：
采用本实施例制备的含纳米氧化铝颗粒的铝合金焊丝对7075高强铝合金进行焊接，焊接工艺为TIG焊接，对得到的焊接处进行性能测试，焊接系数可达到0.75，焊缝热影响区范围有效减小，焊缝热开裂现象基本消失。
实施例3
一种含纳米氧化铝颗粒的铝合金焊丝，其含有的组分及各个组分的质量百分比为：n-Al2O3(纳米氧化铝)含量1％，Zn含量11％，Mg含量4.2％，Cu含量0.3％，Zr含量0.4％，Ag含量1.6％，Sc含量0.35％，Ti含量0.25％，Er含量为0.24％，杂质元素含量Fe≤0.15％，Si≤0.06％，余量为Al。
所述的n-Al2O3(纳米氧化铝)表面镀铜的纳米Al2O3，其粒径为25～30nm。
一种含纳米氧化铝颗粒的铝合金焊丝的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：低频半连续铸造
1)配料：按上述的合金化学成分及重量百分比要求配料，配料的原材料及各个原材料的质量百分比为：n-Al2O3(纳米氧化铝)含量1％，Zn含量11％，Mg含量4.2％，Cu含量0.3％，Zr含量0.4％，Ag含量1.6％，Sc含量0.35％，Ti含量0.25％，Er含量为0.24％，余量为Al。
原材料包括：纯Al，纯Zn，纯Mg，Al-Cu中间合金，Al-Ti-B中间合金，Al-Er中间合金，工业纯Ag，Al-Sc中间合金，Al-Zr中间合金，n-Al2O3(纳米氧化铝)；
2)熔炼：在坩埚熔炼炉内进行熔炼，先加入纯Al并加热至875℃待全部融化后，加入Al-Zr中间合金，升温至808℃并搅拌均匀，待体系降温至750℃时，加入Al-Cu中间合金待熔化后搅拌均匀，继续在750℃加入纯Zn并熔化搅拌均匀，718℃加入纯Mg并搅拌均匀，接着在750℃时，加入六氯乙烷精炼剂2000g精练20min后，抽真空15min，在体系为738℃时，加入Al-Ti-B中间合金，在体系为743℃时，加入Al-Sc中间合金和Al-Er中间合金，并分别搅拌均匀，在790℃加入纯Ag并充分搅拌均匀，最后在766℃加入n-Al2O3(纳米氧化铝)并充分搅拌均匀，当金属液温度降到725℃时将金属液转至中间包；
3)低频电磁半连续铸造：接着采用低频电磁半连续铸造制备铸锭，采用Φ180mm结晶器制备铸锭，每隔5min进行搅拌一次，每次搅拌3min，搅拌速度为260r/min，频率f为25Hz，电流I为90A，直到铸造完成，铸造过程中，浇铸温度为690℃，铸造速度50mm/min，冷却水强度0.018MPa；
步骤2：退火
将铸锭进行退火处理，退火制度为455℃，保温30h；
步骤3：均匀化处理
再将退火后的铸锭进行均匀化处理，均匀化制度为400℃×8h，470℃×38h；
步骤4：挤压
均匀化处理后的铸锭加工扒皮至Φ148mm并切段进行挤压，挤压筒直径Φ148mm，挤压速度1.2m/min，得到直径为Φ12mm的棒材；
步骤5：拉制
经过35道次的拉拔，将Φ12mm的棒材在拔丝机上拉拔成Φ1.2mm的焊丝；
步骤6：清洁处理
(1)定径与刮削：将经过拉拔后的Φ1.2mm焊丝穿过定径模具，公差为±0.001mm；将经过定径后的铝合金焊丝穿过挂削模具，公差为±0.001mm，刮削速率为3.0m/s；
(2)清洗：将经过刮削后的铝合金焊丝通过超声波水箱进行超声波清洗；
(3)表面处理与封装：表面处理为依次进行酸洗、表面抛光与钝化三个工序，表面处理后快速采用真空包装将焊丝包装，得到含纳米氧化铝颗粒的铝合金焊丝。
以本实施例制备的含纳米氧化铝颗粒的铝合金焊丝进行焊接，具体步骤为：
采用本实施例制备的含纳米氧化铝颗粒的铝合金焊丝对7075高强铝合金进行焊接，焊接工艺为TIG焊接，对得到的焊接处进行性能测试，焊接系数可达到0.75，焊缝热影响区范围有效减小，焊缝热开裂现象基本消失。
实施例4
一种含纳米氧化铝颗粒的铝合金焊丝，其含有的组分及各个组分的质量百分比为：n-Al2O3(纳米氧化铝)含量0.5％，Zn含量10％，Mg含量4.4％，Cu含量0.2％，Zr含量0.21％，Ag含量2.0％，Sc含量0.4％，Ti含量0.21％，Er含量为0.1％，杂质元素含量Fe≤0.15％，Si≤0.06％，余量为Al。
所述的n-Al2O3(纳米氧化铝)表面镀铜的纳米Al2O3，其粒径为20～25nm。
一种含纳米氧化铝颗粒的铝合金焊丝的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：低频半连续铸造
1)配料：按上述的合金化学成分及质量量百分比要求配料；
原材料包括：纯Al，纯Zn，纯Mg，Al-Cu中间合金，Al-Ti-B中间合金，Al-Er中间合金，工业纯Ag，Al-Sc中间合金，Al-Zr中间合金，n-Al2O3(纳米氧化铝)；
2)熔炼：在坩埚熔炼炉内进行熔炼，先加入纯Al并加热至875℃待全部融化后，加入Al-Zr中间合金，升温至808℃并搅拌均匀，待体系降温至750℃时，加入Al-Cu中间合金待熔化后搅拌均匀，继续在750℃加入纯Zn并熔化搅拌均匀，718℃加入纯Mg并搅拌均匀，接着在700～710℃时，加入六氯乙烷精炼剂2000g精练10min后，抽真空20min，在体系为738℃时，加入Al-Ti-B中间合金，在体系为743℃时，加入Al-Sc中间合金和Al-Er中间合金，并分别搅拌均匀，在790℃加入纯Ag并充分搅拌均匀，最后在766℃加入n-Al2O3(纳米氧化铝)并充分搅拌均匀，当金属液温度降到725℃时将金属液转至中间包；
3)低频电磁半连续铸造：接着采用低频电磁半连续铸造制备铸锭，采用Φ180mm结晶器制备铸锭，每隔6min进行搅拌一次，每次搅拌4min，搅拌速度为260r/min，频率f为25Hz，电流I为90A，直到铸造完成，铸造过程中，浇铸温度为695℃，铸造速度40mm/min，冷却水强度0.012MPa；
步骤2：退火
将铸锭进行退火处理，退火制度为460℃，保温24h；
步骤3：均匀化处理
再将退火后的铸锭进行均匀化处理，均匀化制度为400℃×10h，465℃×30h；
步骤4：挤压
均匀化处理后的铸锭加工扒皮至Φ148mm并切段进行挤压，挤压筒直径Φ148mm，挤压速度1.2m/min，得到直径为Φ8mm的棒材；
步骤5：拉制
经过20道次的拉拔，将Φ8mm的棒材在拔丝机上拉拔成Φ1.2mm的焊丝；
步骤6：清洁处理
(1)定径与刮削：将经过拉拔后的Φ1.2mm焊丝穿过定径模具，公差为±0.001mm；将经过定径后的铝合金焊丝穿过挂削模具，公差为±0.001mm，刮削速率为3.0m/s；
(2)清洗：将经过刮削后的铝合金焊丝通过超声波水箱进行超声波清洗；
(3)表面处理与封装：表面处理为依次进行酸洗、表面抛光与钝化三个工序，表面处理后快速采用真空包装将焊丝包装，得到含纳米氧化铝颗粒的铝合金焊丝。
以本实施例制备的含纳米氧化铝颗粒的铝合金焊丝进行焊接，具体步骤为：
采用本实施例制备的含纳米氧化铝颗粒的铝合金焊丝对7075高强铝合金进行焊接，焊接工艺为MIG焊接，对得到的焊接处进行性能测试，焊接系数可达到0.75，焊缝热影响区范围有效减小，焊缝热开裂现象基本消失。

Claims (10)

1.一种含纳米氧化铝颗粒的铝合金焊丝，其特征在于，该含纳米氧化铝颗粒的铝合金焊丝含有的成分及各个成分的质量百分比为：纳米Al2O3为0.1~1%，Zn为10~12%，Mg为4.0~4.4%，Cu为0.2~0.4%，Zr为0.2~0.4%，Ag为1.0~2.0%，Sc为0.2~0.4%，Ti为0.2~0.4%，Er为0.1~0.4%，Fe≤0.15%，Si≤0.06%，余量为Al；其中，所述的含纳米氧化铝颗粒的铝合金焊丝的直径为1.2mm~3.0mm；
所述的含纳米氧化铝颗粒的铝合金焊丝的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：低频半连续铸造
(1)按照含纳米氧化铝颗粒的铝合金焊丝的成分配料，将部分原料按照顺序加入熔炼炉中，进行熔炼，得到部分原料完全熔化的金属液；
所述的部分原料，其加入顺序依次为纯Al、Al-Zr中间合金、Al-Cu中间合金、纯Zn、纯Mg；
对部分原料完全熔化的金属液进行精炼，得到精炼后的金属液，精炼的金属液温度维持在700℃~760℃，精炼时间为10min~20min；
对精炼后的金属液，进行真空除气处理，得到真空处理后的熔体；其中，真空处理的时间为10min~15min；
向真空处理后熔体中，按顺序加入剩余原料，进行熔炼，得到完全熔炼后的金属液；
所述的剩余原料的加入顺序依次为Al-Ti-B中间合金、Al-Sc中间合金，Al-Er中间合金，工业纯Ag，纳米Al2O3颗粒；
(2)将完全熔炼后的金属液，搅拌均匀，在氩气环境下，进行低频电磁半连续铸造，制得铸锭；其中，低频电磁半连续铸造的工艺参数为：在频率为20Hz~40Hz，电流为80A~120A的条件下，进行间歇搅拌，每隔4min~6min搅拌一次，每次搅拌2min~4min，直到铸造完成，铸造过程中，浇铸温度为690℃~705℃，铸造速度40mm/min~200mm/min，冷却水强度0.01MPa~0.02MPa；
步骤2：退火
将铸锭进行退火处理，得到退火后的铸锭；其中，退火制度为450℃~460℃，保温24h~30h；
步骤3：均匀化处理
将退火后的铸锭进行均匀化处理，得到均匀化处理后的铸锭；其中，均匀化制度为400℃×(6-10)h，(465-470)℃×(30-40)h；
步骤4：挤压
将均匀化处理后的铸锭切段，进行挤压，得到直径为8mm~12mm的棒材；
步骤5：拉拔
将直径为8mm~12mm的棒材进行多道次拉拔，得到直径为1.2mm~3.0mm的焊丝，最后清洁处理，即得到含纳米氧化铝颗粒的铝合金焊丝。
2.如权利要求1中所述的含纳米氧化铝颗粒的铝合金焊丝，其特征在于，所述的纳米Al2O3为表面镀铜的纳米Al2O3，其粒径为10nm~30nm。
3.权利要求1~2中任意一项所述的含纳米氧化铝颗粒的铝合金焊丝的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：低频半连续铸造
(1)按照含纳米氧化铝颗粒的铝合金焊丝的成分配料，将部分原料按照顺序加入熔炼炉中，进行熔炼，得到部分原料完全熔化的金属液；
所述的部分原料，其加入顺序依次为纯Al、Al-Zr中间合金、Al-Cu中间合金、纯Zn、纯Mg；
对部分原料完全熔化的金属液进行精炼，得到精炼后的金属液，精炼的金属液温度维持在700℃~760℃，精炼时间为10min~20min；
对精炼后的金属液，进行真空除气处理，得到真空处理后的熔体；其中，真空处理的时间为10min~15min；
向真空处理后熔体中，按顺序加入剩余原料，进行熔炼，得到完全熔炼后的金属液；
所述的剩余原料的加入顺序依次为Al-Ti-B中间合金、Al-Sc中间合金，Al-Er中间合金，工业纯Ag，纳米Al2O3颗粒；
(2)将完全熔炼后的金属液，搅拌均匀，在氩气环境下，进行低频电磁半连续铸造，制得铸锭；其中，低频电磁半连续铸造的工艺参数为：在频率为20Hz~40Hz，电流为80A~120A的条件下，进行间歇搅拌，每隔4min~6min搅拌一次，每次搅拌2min~4min，直到铸造完成，铸造过程中，浇铸温度为690℃~705℃，铸造速度40mm/min~200mm/min，冷却水强度0.01MPa~0.02MPa；
步骤2：退火
将铸锭进行退火处理，得到退火后的铸锭；其中，退火制度为450℃~460℃，保温24h~30h；
步骤3：均匀化处理
将退火后的铸锭进行均匀化处理，得到均匀化处理后的铸锭；其中，均匀化制度为400℃×(6-10)h，(465-470)℃×(30-40)h；
步骤4：挤压
将均匀化处理后的铸锭切段，进行挤压，得到直径为8mm~12mm的棒材；
步骤5：拉拔
将直径为8mm~12mm的棒材进行多道次拉拔，得到直径为1.2mm~3.0mm的焊丝，最后清洁处理，即得到含纳米氧化铝颗粒的铝合金焊丝。
4.如权利要求3所述的含纳米氧化铝颗粒的铝合金焊丝的制备方法，其特征在于，所述的步骤1(1)中，所述的熔炼采用的设备为坩埚熔炼炉。
5.如权利要求3所述的含纳米氧化铝颗粒的铝合金焊丝的制备方法，其特征在于，所述的步骤1(1)中，所述的熔炼，温度为690℃~880℃。
6.如权利要求3所述的含纳米氧化铝颗粒的铝合金焊丝的制备方法，其特征在于，所述的步骤1(1)中，所述的Al-Zr中间合金为Al-5Zr中间合金，Al-Cu中间合金为Al-50Cu中间合金，Al-Ti-B中间合金为Al-5Ti-1B中间合金，Al-Sc中间合金为Al-5Sc中间合金，Al-Er中间合金为Al-5Er中间合金。
7.如权利要求3所述的含纳米氧化铝颗粒的铝合金焊丝的制备方法，其特征在于，所述的步骤1(2)中，所述的搅拌均匀的工艺为：使用机械搅拌装置对静置后的熔体搅拌5min~10min，搅拌速度180r/min~280r/min。
8.如权利要求3所述的含纳米氧化铝颗粒的铝合金焊丝的制备方法，其特征在于，所述的步骤4中，所述的挤压，挤压比为20~35。
9.如权利要求3所述的含纳米氧化铝颗粒的铝合金焊丝的制备方法，其特征在于，所述的步骤5中，多道次拉拔为8-35道次拉拔。
10.如权利要求3所述的含纳米氧化铝颗粒的铝合金焊丝的制备方法，其特征在于，所述的步骤5中，所述的清洁处理，为定径刮削、清洗和表面处理后，封装。
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