一種磁控熔敷成形制備鋁基耐磨覆層的焊接絲材屬于焊件領域。該絲材以普通Al-Si系合金焊絲為基礎，添加Mg、Sc、Zr等微量元素后制備而成。絲材各組分含量占絲材質量的百分比范圍如下：Si：4.5~6%、Fe：0~0.2%、Cu：0~0.3%、Ti：0~0.2%、Zr+Sc：0~0.45%、Mg：0.15~0.35%，其余為Al。采用所述焊絲制備覆層晶粒過渡平緩，組織未發生突變，力學性能優良；覆層耐磨性能優異，摩擦系數僅為0.32，覆層可有效減輕鋁合金基體表面劃傷，提高鋁合金基體高溫、濕熱環境下的耐磨性。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種用于磁控焊接熔敷成形制備鋁基耐磨覆層的Al-Si絲材，主要通過在Al-Si系合金焊絲中添加Mg元素及Sc、Zr等微量元素制備強度高、塑性好、耐磨性好的覆層。
技術介紹
焊接熔敷快速成形作為快速成形技術的一種新工藝，其是利用堆焊技術的原理，不但可以用于零件的表面改性，還可以對缺損零件進行修復和直接成形新零件。鋁合金表面修復技術包括普通焊條電弧焊、MIG焊和等離子焊接等焊接方法，熱噴涂技術和刷鍍技術。焊接熔敷技術與熱噴涂和電刷鍍技術相比，焊接熔敷層與基體為冶金結合，其結合強度 較高；與普通的焊接方法相比，焊接熔敷技術沉積率、粗糙度、熱輸入、敷層厚度等指標更優巳隨著材料電磁過程的不斷發展，將磁場引入焊接過程已經成為一種先進的焊接技術，當外加磁場作用于電弧時，由于焊接電弧中的等離子體的良好導電性，提供了外部磁場對它的可作用性。磁場控制焊接熔敷技術的研究包括通過電磁力攪拌熔池，強迫金屬流動，使晶粒細化；通過磁場對電弧的拘束作用，提高非熔化極電弧的能量密度，可改善接頭質量，提高熔敷效率。2002年由北京工業大學殷樹言等人申請的公告號為CN1369347A的專利技術專利《磁控高熔敷率熔化極混合氣體保護焊接(MAG)方法及專用設備》中磁場作用于焊接過程，有效的提高了熔敷效率。2005年由武漢理工大學羅健等人申請的公告號為CN1751834的專利技術專利《一種磁控熔化極焊接方法及其拓展應用和通用設備》中采用磁場影響焊接過程，提高了焊接接頭的質量。2010年由裝甲兵工程學院朱勝等人申請的申請號為201010049723. 2的專利技術專利《電磁場控制焊接熔敷快速成形方法和設備》中提到采用直流橫向磁控熔覆成形設備實現零件的快速成形。鋁合金焊接絲材廣泛應用于焊接領域。隨著技術的進步，普通的Al-Si絲材不能滿足生產的需求，在Al-Si絲材中添加具有特殊性能的元素成為改善絲材性能的重要手段。2009年由張國清等人申請的專利號為200910244555的專利技術專利《一種高強度鋁合金焊絲》中各元素的質量百分比為2. 5 3. 5%Cu，2. 2 3. 2%Si，0. 0. 25%Ti，0. ro. 25%Zr，0. ro. 2%Mn，其余為Al。所得焊絲強度較高。2010年由鄒鐵生等人申請的專利號為201010180705的專利技術專利《一種鋁硅合金焊絲及其制備方法》中其特征為組分和重量百分含量分別為4. 5 彡 Si 彡 6. 5,0. 0001 ^ Be ^ 0. 0003,0. 05 ^ Ti ^ 0. 20、0. 01 ^ Sr ^ 0. 06，余量是Al，焊絲的塑性加工能力和力學性能優良。但對于在鋁硅合金絲材中添加Mg、Sc、Zr三種元素的Al-Si合金涉及很少，本專利技術Al-Si焊絲通過磁控焊接熔敷成形技術，可以在鋁基體表面堆敷一層或數層特殊絲材，提高鋁基體和熔敷層的耐磨、耐蝕、耐熱等性能
技術實現思路
本專利技術以普通Al-Si系合金焊絲為對象，添加Mg、Sc、Zr等微量元素后制成焊絲。利用磁控熔敷成形技術制備鋁基耐磨覆層。所述絲材中的各組分質量百分比范圍為Si 4. 5 6%、Fe :0 0. 2%、Cu :0 0. 3%、T1:0 0. 2%、Zr+Sc :0 0. 45%、Mg :0. 15 0. 35%，其余為 Al。采用磁控焊接熔敷成形技術，使用上述成分的Al-Si系合金焊絲，可在鋁合金上制備出組織結構優良、力學性能較好、耐磨性好的覆層。本專利技術的優點(I)在Al-Si系合金焊絲中添加Mg元素含量為0. 15^0. 35%，其焊接接頭熔合區晶粒形態為等軸晶，減少了組織突變，提高了熔敷層的力學性能。覆層的抗拉強度與屈服強度提高>15MPa，延伸率保持不變，抗正彎能力提高>10MPa。 (2)在Al-Si系合金焊絲中添加Zr+Sc元素含量為(H). 45%，使焊絲微合金化，起到對焊縫金屬變質的作用，細化焊縫組織，提高接頭強度。(3)所述Al-Si焊絲磁控熔敷成形后所得覆層耐摩擦性能顯著提高，與傳統Al-Si系合金焊絲相比，其摩擦系數降低0. ro. 15，磨損量降低40飛0%，磨損率明顯減低。本專利技術有益的效果在普通Al-Si系合金焊絲中添加Mg、Sc、Zr等元素制備焊絲，采用磁控熔敷成形技術在鋁合金表面制備出性能優異的覆層。采用所述焊絲制備所得覆層晶粒過渡平緩、組織未發生突變，力學性能優良；耐磨性能優異，可有效減輕鋁合金基體表面劃傷及高溫、濕熱環境下的耐磨性。附圖說明附圖1為實施例1中4043、4143-2焊絲焊接熔合區金相組織對比圖附圖2為實施例3中4143-4、4143-5、4143-6焊絲焊接熔合區金相組織對比圖附圖3為實施例3中4143-4、4143-5、4143-6焊絲熔敷層力學性能對比曲線附圖4為實施例1、3中4043焊絲及4143-6焊絲摩擦系數隨時間的變化曲線具體實施例方式本專利技術通過如下措施來實現實施例1 :在牌號為4043的Al-Si系合金焊絲中單獨添加的Mg元素，Mg元素含量分別為0. 15%、0. 25%,0. 35%，制成4143-1、4143-2、4143-3三種焊絲。采用再制造國家重點實驗室中外加縱向磁場的Fronius全數字TPS-4000直流脈沖MIG焊接熔敷成形技術，使用4043、4143-1、4143-2、4143-3焊絲對鋁合金施焊，得到焊接接頭。對接頭進行拉伸試驗，使用4143-1、4143-2、4143-3焊絲所得接頭焊縫的屈服強度Otl 2分別為104MPa、108MPa、105MPa，抗拉強度ob分別為168MPa、179MPa、170 MPa ;焊縫的抗彎強度分別400 MPa,426MPa,405 MPa ;對比4043、4143_1焊絲拉伸試驗結果，使用4143-1焊絲所得接頭焊縫的屈服強度比4043焊絲提高5. 6%，拉伸強度提高8. 7%，抗正彎強度提高2. 06%,抗背彎強度與4043焊絲持平。表I為添加不同含量Mg元素的焊接接頭焊縫區力學性能對比，分析可知，添加Mg元素的Al-Si絲材力學性能更加優異。實施例2:采用實施例1中4043、4143_2焊絲所得焊接接頭，觀察焊接各區域組織結構，熔合區是接頭易斷裂位置。圖1 (a)為4043焊絲焊接接頭熔合區金相組織，圖1 (b)為4143-2焊絲焊接接頭熔合區金相組織。分析可知4043焊絲熔合區晶粒為柱狀晶，而4143-2焊絲熔合區柱狀晶生長區域變窄，方向性減弱，呈等軸晶形式生長，其晶粒形式的過渡趨于平緩，減小了組織上的突變，這使得接頭的性能更加均勻。實施例3 在牌號為4043的Al-Si系合金焊絲中添加的Mg、Sc、Zr元素制備焊絲。當添加Mg元素含量為0. 25%，Sc的含量為0. 3%、Zr的含量為0時制成4143-4焊絲；但添加Mg元素含量為0. 25%，Sc的含量為O、Zr的含量為0. 15%時制成4143-5焊絲；當添加Mg元素含量為0. 25%，Sc的含量為0. 3%、Zr的含量為0. 15%時制成4143-6焊絲；采用再制造國家重點實驗室中外加縱向磁場的Fronius全數字TPS-4000直流脈沖MIG焊接熔敷成形技術，使用4143-4、4143-5、4143-6焊絲對鋁合金施焊本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種磁控熔敷成形制備鋁基耐磨覆層的焊接絲材，絲材各組分含量占絲材質量的百分比范圍如下：Si：4.5~6%、Fe：0~0.2%、Cu：0~0.3%、Ti：0~0.2%、Zr+Sc：0~0.45%、Mg：0.15~0.35%，其余為Al。
【技術特征摘要】
1.一種磁控熔敷成形制備鋁基耐磨覆層的焊接絲材，絲材各組分含量占絲材質量的百分比范圍如下Si 4. 5 6%、Fe :0 0· ...
【專利技術屬性】
技術研發人員：朱勝，趙志浩，王曉明，姚巨坤，王啟偉，崔建忠，劉玉項，
申請(專利權)人：中國人民解放軍裝甲兵工程學院，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。