CN101733511B

CN101733511B - TIG焊堆焊SiC颗粒增强铝基复合材料覆层的方法

Info

Publication number: CN101733511B
Application number: CN2009100733393A
Authority: CN
Inventors: 汤文博; 牛济泰; 关绍康; 陈永; 李杏瑞; 卢广玺; 潘继民; 田昊; 汪喜和; 王典亮; 郭永良
Original assignee: Zhengzhou University
Current assignee: Zhengzhou University
Priority date: 2009-12-03
Filing date: 2009-12-03
Publication date: 2012-02-15
Anticipated expiration: 2029-12-03
Also published as: CN101733511A

Abstract

TIG焊堆焊SiC颗粒增强铝基复合材料覆层的方法，它涉及颗粒增强铝基复合材料表面覆层的制备方法。本发明解决了目前在铝合金表面激光熔覆层存在覆层容易开裂和剥落、成本高的问题。本发明方法是采用TIG焊在铝合金表面堆焊SiC颗粒增强铝基复合材料覆层。本发明具有操作简便、覆层耐磨性远高于基体铝合金并与基体铝合金结合强度高的特点从而避免了开裂和剥落，同时还有利于提高结构的耐热性和抗振能力。在所有的铝基复合材料覆层制备方法中，钨极惰性气体保护电弧焊堆焊因其对焊件形式和尺寸等工艺适应性强，焊接设备成本低，操作灵活，具有推广应用价值。

Description

TIG焊堆焊SiC颗粒增强铝基复合材料覆层的方法

技术领域

本发明涉及颗粒增强铝基复合材料表面覆层的制备方法。

背景技术

在铝合金表面制备陶瓷颗粒增强的铝基复合材料覆层，是表面工程领域研究的热点之一。目前制备表层陶瓷颗粒增强复合材料的技术多种多样，如激光熔覆技术、等离子熔覆技术、热喷涂技术、氩弧熔覆技术。近年来随着高功率激光器的开发和工业应用，铝合金表面激光熔覆技术得到了国内外的普遍关注，特别是激光熔覆陶瓷颗粒增强的复合材料覆层可以显著提高铝合金的表面性能。但由于铝的化学活性高，与目前常用的熔覆材料Ni基、Co基、Fe基合金的冶金相容性较差，覆层开裂和剥落的倾向较大，而且外加陶瓷颗粒的尺寸较大，存在界面污染及界面反应等问题，直接影响熔覆层的质量。此外，激光熔覆成本较高。

发明内容

本发明的目的是为了解决目前在铝合金表面激光熔覆层存在覆层容易开裂和剥落、成本高的问题；而提供了TIG焊堆焊SiC颗粒增强铝基复合材料覆层的方法。

本发明TIG焊堆焊SiC颗粒增强铝基复合材料覆层的方法是按步骤进行的：一、将铝合金表面氧化膜去除，然后用乙醇或丙酮清洗，再晾干；二、将填充材料表面的氧化膜去除，然后用乙醇或丙酮清洗，再晾干，其中填充材料为SiC颗粒增强铝基复合材料的焊丝或合金粉块；三、通过用TIG焊(钨极惰性气体焊接)将填充材料堆积在铝合金表面，即在铝合金表面得到SiCp/Al复合材料覆层。其中步骤三的TIG焊工艺条件：焊接电流为60～220安培，电弧电压为10～18伏，惰性气体保护短弧焊，焊接速度为50～200毫米/分。

本发明具有操作简便、覆层耐磨性远高于基体铝合金并与基体铝合金结合强度高的特点从而避免了开裂和剥落，同时还有利于提高结构的耐热性能和抗振能力。本发明方法处理后的铝合金与铝合金比较耐磨性提高了0.6～5.2倍。

所有的铝基复合材料覆层制备方法中，钨极惰性气体保护电弧焊堆焊因其对焊件形式和尺寸等工艺适应性强，焊接设备成本低，操作灵活，最具有推广应用价值。经过反复试验，通过用TIG焊(钨极惰性气体焊接)将填充材料堆积在铝合金表面得到的SiCp/Al复合材料覆层无裂纹、无剥落，耐磨性比铝合金最多提高了5.2倍。

附图说明

图1是添加焊丝TIG焊堆焊示意图。图2是采用合金粉末TIG焊堆焊示意图；图中1表示母材，2表示喷嘴，3表示电弧，4表示惰性气体，5表示电源，6表示焊缝，7表示焊丝，8表示钨极，9表示合金粉末层。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式TIG焊堆焊SiC颗粒增强铝基复合材料覆层的方法是按步骤进行的：一、将铝合金表面氧化膜去除，然后用乙醇或丙酮清洗，再晾干；二、将填充材料表面的氧化膜去除，然后用乙醇或丙酮清洗，再晾干，其中填充材料为SiC颗粒增强铝基复合材料的焊丝或合金粉块；三、通过TIG焊(不熔化电极的惰性气体保护电弧焊)将填充材料堆积在铝合金表面，即在铝合金表面得到SiCp/Al复合材料覆层。其中步骤三的TIG焊工艺条件：焊接电流为60～220安培，电弧电压为10～18伏，钨极惰性气体保护短弧焊，焊接速度为50～200毫米/分。

本实施方式步骤一中铝合金表面氧化膜去除是用砂纸或其他机械方法(刮刀、钢丝刷等)打磨；步骤二焊丝表面氧化膜去除是用砂纸或其他机械方法(刮刀、钢丝刷等)打磨。焊接方式参见图1。经过反复试验，通过用TIG焊(钨极惰性气体焊接)将填充材料堆积在铝合金表面得到的SiCp/Al复合材料覆层无裂纹、无剥落。本实施所述方法处理后的铝合金与铝合金比较耐磨性提高了0.6～5.2倍。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤三所述的惰性气体为氦气，氦气流量为0.2～1.2立方米/小时，电流形式为交流。其它步骤和参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤三所述的惰性气体为氦氩混合气，其中氩气流量为0.1～1.2立方米/小时，氦气流量为0.2～1.2立方米/小时，电流形式为交流或直流。其它步骤和参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一、二或三不同的是：步骤二中填充材料为SiC颗粒增强铝基复合材料的实芯焊丝，直径为1.0～2.0mm，焊丝成分按重量百分比由3.5％～12％ SiC、1.0％～5.0％ Ti、0～1.0％ B、5.0％～9.0％ Si、0～2.0％氟化物，0～2.0％氯化物和余量的Al组成。其它步骤和参数与具体实施方式一、二或三相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四不同的是：所述氟化物为氟化钙、氟化铝、氟化镁、氟化钾、氟铝酸钠或氟硼酸钾。其它步骤和参数与具体实施方式四相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式四或五不同的是：所述氯化物为氯化钠、氯化钾、氯化锌或氯化锂。其它步骤和参数与具体实施方式四或五相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一、二或三不同的是：步骤二所述的填充材料为SiC颗粒增强铝基复合材料的管状药芯焊丝，外径为1.0～2.0mm，管材为纯Al(纯度≥99.60％)制成，药芯由下列成分的粉末按重量百分比制成：5～15％ SiC、2％～6％ Ti、5％～9％ Si、0～0.5％ Ce、0～0.5％ Y、0～2％硼化物、0～2％氯化物、0～2％氟化物和余量的Al粉组成。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式七不同的是：所述氟化物为氟化钙、氟化铝、氟化镁、氟化钾、氟铝酸钠或氟硼酸钾。其它步骤和参数与具体实施方式七相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式七或八不同的是：所述氯化物为氯化钠、氯化钾、氯化锌或氯化锂。其它步骤和参数与具体实施方式七或八相同。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式七至九不同的是：所述硼化物为硼酐、硼酸或硼砂。其它步骤和参数与具体实施方式七至九相同。

具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式七至十不同的是：所述SiC颗粒粒径为10～18μm。其它步骤和参数与具体实施方式七至十相同。

具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式七至十一不同的是：当焊丝直径小于等于1.2mm，除SiC之外焊丝药芯组分的粒径为75～180μm。其它步骤和参数与具体实施方式七至十一相同。

具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式七至十一不同的是：当焊丝直径大于等于1.6mm，除SiC之外焊丝药芯组分的粒径为75～250μm。其它步骤和参数与具体实施方式七至十一相同。

具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式七至十一不同的是：当焊丝直径大于1.2mm，小于1.6mm，除SiC之外焊丝药芯组分的粒径为75～210μm。其它步骤和参数与具体实施方式七至十一相同。

具体实施方式十五：本实施方式与具体实施方式一、二或三不同的是：步骤二所述的填充材料由Al-Si实心焊丝和涂敷材料按下述步骤制成：用丙酮稀释的粘接剂，再加入涂敷材料后混匀，然后涂敷在直径为1.6～2mm的Al-Si实心焊丝表面上，然后自然风干；其中涂敷材料由占Al-Si实心焊丝重量的5％～15％钇硅及钇铝中的一种、0～3％SiC颗粒、2％～6％Ti、0～2％氯化物和0～2％氟化物组成，SiC颗粒粒径为10～18μm，SiC颗粒之外粉末的粒径为75～100μm。

具体实施方式十六：本实施方式与具体实施方式十五不同的是：所述氟化物为氟化钙、氟化铝、氟化镁、氟化钾、氟铝酸钠、氟硼酸钾等。其它步骤和参数与具体实施方式十五相同。

具体实施方式十七：本实施方式与具体实施方式十五不同的是：所述氯化物为氯化钠、氯化钾、氯化锌、氯化锂等。其它步骤和参数与具体实施方式十五相同。

具体实施方式十八：本实施方式与具体实施方式与具体实施方式一、二或三不同的是：步骤二中所述的填充材料为SiC颗粒增强铝基复合材料的合金粉块，所述合金粉块的厚度不大于2mm，所述合金粉块的成分由0.2％～3％的粘结剂、4％～20％的SiC颗粒和余量为纯Al粉(纯度≥99.85％)制成，或者由0.2％～3％的粘结剂、4％～20％的SiC颗粒和余量的铝合金粉(其成分与被堆焊母材相同)制成，SiC颗粒粒径为10～18μm，Al粉或铝合金粉的粒径为75～250μm。本实施方式中焊接方式参见图2。

Claims

1.TIG焊堆焊SiC颗粒增强铝基复合材料覆层的方法，其特征在于TIG焊堆焊SiC颗粒增强铝基复合材料覆层的方法是按步骤进行的：一、将铝合金表面氧化膜去除，然后用乙醇或丙酮清洗，再晾干；二、将填充材料表面的氧化膜去除，然后用乙醇或丙酮清洗，再晾干，其中填充材料为SiC颗粒增强铝基复合材料的焊丝；三、通过TIG焊将填充材料堆积在铝合金表面，即在铝合金表面得到SiCp/Al复合材料覆层；其中步骤三的TIG焊工艺条件：焊接电流为60～220安培，电弧电压为10～18伏，钨极惰性气体保护电弧焊，焊接速度为50～200毫米/分钟；步骤二中填充材料为SiC颗粒增强铝基复合材料的实芯焊丝，直径为1.0～2.0mm，焊丝成分按重量百分比由3.5％～12％SiC、1.0％～5.0％Ti、0～1.0％B、5.0％～9.0％Si、0～2.0％氟化物，0～2.0％氯化物和余量的Al组成。

2.根据权利要求1所述的TIG焊堆焊SiC颗粒增强铝基复合材料覆层的方法，其特征在于步骤三所述的惰性气体为氦气，氦气流量为0.2～1.2立方米/小时，电流形式为交流。

3.根据权利要求1所述的TIG焊堆焊SiC颗粒增强铝基复合材料覆层的方法，其特征在于步骤三所述的惰性气体为氦氩混合气，其中氩气流量为0.1～1.2立方米/小时，氦气流量为0.2～1.2立方米/小时，电流形式为交流或直流。

4.TIG焊堆焊SiC颗粒增强铝基复合材料覆层的方法，其特征在于TIG焊堆焊SiC颗粒增强铝基复合材料覆层的方法是按步骤进行的：一、将铝合金表面氧化膜去除，然后用乙醇或丙酮清洗，再晾干；二、将填充材料表面的氧化膜去除，然后用乙醇或丙酮清洗，再晾干，其中填充材料为SiC颗粒增强铝基复合材料的合金粉块；三、通过TIG焊将填充材料堆积在铝合金表面，即在铝合金表面得到SiCp/Al复合材料覆层；其中步骤三的TIG焊工艺条件：焊接电流为60～220安培，电弧电压为10～18伏，钨极惰性气体保护电弧焊，焊接速度为50～200毫米/分钟；步骤二中所述合金粉块的厚度不大于2mm，所述合金粉块的成分由0.2％～3％的粘结剂、4％～20％的SiC颗粒和余量为纯Al粉制成，或者由0.2％～3％的粘结剂、4％～20％的SiC颗粒和余量的铝合金粉制成，SiC颗粒粒径为10～18μm，Al粉或铝合金粉的粒径为75～250μm。

5.根据权利要求4所述的TIG焊堆焊SiC颗粒增强铝基复合材料覆层的方法，其特征在于步骤三所述的惰性气体为氦气，氦气流量为0.2～1.2立方米/小时，电流形式为交流。

6.根据权利要求4所述的TIG焊堆焊SiC颗粒增强铝基复合材料覆层的方法，其特征在于步骤三所述的惰性气体为氦氩混合气，其中氩气流量为0.1～1.2立方米/小时，氦气流量为0.2～1.2立方米/小时，电流形式为交流或直流。