CN107695519A - 一种Al‑Zn‑Mg‑Cu系铝合金焊缝的时效和电刷镀复合的处理方法 - Google Patents

一种Al‑Zn‑Mg‑Cu系铝合金焊缝的时效和电刷镀复合的处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及了一种Al‑Zn‑Mg‑Cu系铝合金焊缝的时效和电刷镀的复合处理新方法。首先将铝合金板材用激光对焊后，进行双级时效处理和电刷镀处理。与传统的焊缝：焊接—除渣—固溶—淬火—时效的热处理工艺相比，从一方面来看该方法可以提高焊缝的强度、硬度、等性能，使其综合性能大大提高，延长焊接零件的使用寿命；从另一方面来看该方法可以根据被焊零件表面提高抗SCC性能、提高导电性、提高抗氧化性、提高耐磨性、提高反光性能等不同的需求，在被焊零件的表面电刷镀一层其它金属，同时降低了被焊工件的表面粗糙度，保证了焊缝的美观性。而且电刷镀相比于传统的电镀来看，操作灵活，节约资源，最终该方法可以大大提高被焊零件的观赏性，增加销量，在汽车行业领域，航空航天领域，装饰行业等领域有广泛的应用潜力。

Description

一种Al-Zn-Mg-Cu系铝合金焊缝的时效和电刷镀复合的处理 方法
技术领域
本发明涉及Al-Zn-Mg-Cu系铝合金焊缝的强化领域，是一种Al-Zn-Mg-Cu系铝合金激光焊焊缝的时效和电刷镀复合处理的方法，能对Al-Zn-Mg-Cu系铝合金激光焊焊缝的综合性能与外观进行优化。
背景技术
激光焊接铝合金时，铝合金的高反射性使铝焊接性发生改变；随着激光器的枪头在对接线处走过，铝合金导热能力快，熔池凝固速度非常快，所以会产生应力、气孔、夹渣等缺陷问题，造成材料的综合性能下降。
就目前来看，铝合金的强化已经被广泛深入的研究了，但是很少有人专门研究铝合金焊缝的强化，而且他们在对铝合金焊缝进行处理时的大多数主要手段是单纯的热处理，如华中科技大学黄亮等人申请的专利一种铝合金形变热处理方法、中南大学陈康华等人申请的专利一种Al-Zn-Mg-Cu系铝合金的时效处理工艺、他们的主要的处理目的是使晶粒变细，提高板材的内部性能，但是这些处理方法对焊接零件来说并不适用，焊接零件的最薄弱的位置在焊接接头，而且我们都知道的是焊缝的表面形貌和母材有很大的区别，而又有很多装饰性零件和结构功能零件需要很好的外观，因此对焊接件进行单纯的热处理是远远不够的。
在本方法中，考虑到这个问题后，决定在焊接零件的表面使用电刷镀来改变它的形貌，而本方法的电刷镀和湖南大学的旷亚非等人申请的专利一种铝或铝合金表面直接电镀方法、中山职业技术学院的李吉昌等人申请的专利一种超声波电镀铝合金的方法相比，焊接零件的各个位置需要的镀层的薄厚程度不一致，所以普通的带有电镀液的电镀方法在焊接零件这种特定的条件之下并不适用，电刷镀的层厚度可以精确控制，并可实施均匀或不均匀镀层的电镀，即在同一零件上可以刷镀不同厚度的镀层。除此之外，电刷镀的镀层与零件表面结合强度高，零件上不需镀的部位不需包扎绝缘，节省材料和简化了电镀工艺。
发明内容
为了解决上述问题，因此本发明的目的在于提供一种Al-Zn-Mg-Cu系铝合金焊缝的时效和电刷镀复合的处理方法，除了能够提高Al-Zn-Mg-Cu系铝合金焊缝的综合性能之外，还能对整个焊接零件的表面进行美化。
为了实现本发明的目的，本发明包括如下的技术方案，包括以下步骤：
(1)焊前准备，焊接之前，需要将铝合金板材切割，切割之后抛光，然后在需要焊接的位置微微打磨，去除铝合金表面的氧化层后，开始焊接。
(2)焊接，焊接时用的是YLS-10000光纤激光器，焊接参数为激光功率3.5kW、焊接速度：2.3m/min、气流量：侧面气流量15L/min、背面气体5L/min。
(3)双级时效，双级时效采用的是正交实验方案，总共设计了最具代表性的九组实验方案进行实验。
(4)电刷镀，在确定了最优的双级时效工艺并对试样在该时效条件处理之后，对该试样进行电刷镀处理，电刷镀采用的电刷镀铜工艺。
(5)数据采集，双级时效后采集试样的硬度值、晶相图片、伸长率。
更具体的说，在所述的一种Al-Zn-Mg-Cu系铝合金焊缝的时效和电刷镀复合的处理方法中，焊前准备的切割是用线切割设备完成的、抛光是在电磁抛光设备上抛光的，抛光之后的打磨是用普通的砂轮机即可。
所述的焊接用的是YLS-10000光纤激光器，焊接参数为激光功率3.5kW、焊接速度：2.3m/min、气流量：侧面气流量15L/min、背面气体5L/min。需要注意的是焊接受环境影响较大，因此焊接参数可能略有变化。
所述的双级时效采用的参数为，预时效温度为110-130℃、预时效时间为3-5h、终时效的温度为150-180℃、终时效的时间为14-18h。
所述的电刷镀采用的工艺流程为，丙酮除油、电净、表面粗化、水洗、出光、水洗、浸锌、水洗、二次浸锌、镀碱铜。
所述的数据采集是在双级时效后用HXD-1000TM型显微硬度计采集试样的硬度值、用AxioImager.A1m型蔡司光学显微镜采集焊缝处的晶相图片、用微机控制电液伺服万能试验机采集试样的伸长率，验证焊接试样经双级时效后性能的变化趋势。
本发明的有益效果
本发明旨在提高铝合金焊接零件的综合性能，经过本发明的技术方案处理过的焊接零件具有如下的优点。
(1)本发明的工艺路线为焊前处理—焊接—时效处理—电刷镀—数据采集。利用双级时效和电刷镀的复合对焊接零件进行处理，双级时效处理过后，焊接零件的组织更加的细小均匀，抗拉强度和硬度有明显的提高，电刷镀处理过后，焊接零件的焊缝表面被其它金属覆盖，焊缝被遮挡，因此经本发明的技术方案处理过后，不仅可以延长焊接零件的使用寿命，而且焊接零件更加美观。
(2)工艺路线中双级时效采用正交实验方案，总共设实验进行实验计了9组最具代表性的实验进行实验，大大简化了实验的任务量，电刷镀采用电刷镀铜，电刷镀和其它的电镀方法相比，刷镀工艺以电净除油工序代替了普通电镀工艺中的化学除油工序,不需要加热,节约了能源。设备简单，工艺灵活，镀液种类多，应用范围广，镀层厚度的均匀性可以控制，镀后一般不需要进行机械加工。
附图说明
图1为发明方法的步骤流程图
图2为本发明实施1中拉伸试样的国家标准
图3为本发明实施2中双级时效因素对硬度值的影响程度
图4为本发明实施3中110℃×5h+150℃×18h处理时热影响区的金相图片
图5为本发明实施3中120℃×5h+180℃×16h处理时热影响区的金相图片
图6为本发明实施3中120℃×5h+180℃×16h处理时热影响区的金相图片
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施1本发明实施例采用7075铝合金完全退火态3mm薄板。用于测量材料抗拉强度和延伸率的拉伸试样根据GB/G228-2002《金属材料拉伸试验方法》加工制定。将7075铝合金切成200mm×100mm×3mm的长方形铝板，抛光打磨平整后利用YLS-10000光纤激光器进行对焊。焊接参数为：激光功率3.5kW、焊接速度：2.3m/min、气流量：侧面气流量15L/min、背面气体5L/min。
实施2本实验所用原材料为7075铝合金板材在进行激光焊对接时形成的焊缝，在焊接实验中，没有填充焊丝，双级时效具体的实验方案见表1和表2。将双级时效处理过后的板材进行线切割，试样尺寸为3mm×6mm×15mm。显微硬度实验所用的仪器是上海泰明公司生产的HXD-1000TM型显微硬度计。在把硬度试样进行硬度测量之前，需要对硬度试样进行打磨，要保证硬度试样在打磨后保证其上下两面平整而且平行，然后在对将要进行硬度测量的那一面进行由粗砂纸到细砂纸的精磨，由带有粗布的抛光机到带有细布的抛光机进行精抛，进行硬度测量时，需要对硬度试样加载200公斤的力，然后分别对焊缝和母材各在不同的地方测量3个点，分别求其平均值，将焊缝的强度作为实验值，而把母材的强度作为参考量，用来验证焊缝的强度是否有错误并且作出时效因素对硬度值影响的表格，得到的硬度值实验结果见表2。
表1双级时效因子组合
实施3金相观察所用的金相观察仪器是德国制造的AxioImager.A1m型蔡司光学显微镜，该显微镜和一般的显微镜的组成和工作原理一样。对7075铝合金板材焊缝试样横截面进行显微组织观察并分析。首先对金相试样进行镶样、预磨(样品表面平整且无较深划痕)、抛光处理，然后在混合酸中浸蚀15～25s，然后立即用消毒棉蘸取无水乙醇进行擦洗，等待晾干后，进行显微组织观察。拉伸实验所用的仪器是微机控制电液伺服万能试验机，主机系统、油气来源、电气控制设备，计算机辅助系统，夹持设备等部件是该仪器的主要组成部分，电液伺服控制系统是控制该仪器的较完美的系统，该设备完全可以满足本实验的要求，本实验进行了3组最具代表性的实验，实验结果见表2。
表2设计正交实验方案及实验结果
实施4电刷镀的工艺流程为：初除油→电净→表面粗化→水洗→出光→水洗→浸锌→水洗→二次浸锌→镀碱铜。丙酮除油时用脱脂棉蘸取丙酮溶液,在待镀部位擦拭,初步除掉表面灰尘、油脂；电净时将工件作为阴极,不锈钢作为阳极,电压8～10V,室温,交替操作两次；铝合金表面粗化时用粗化液在电净后的铝合金试件表面粗化30s(不通电),室温下,当在表面上能观察到小气泡冒出时,即认为表面粗化操作工序已经到位；出光时表面经粗化处理后,室温,在出光溶液进行出光30s左右,直到整个待镀面白亮为止；浸锌时在浸锌处理溶液中,铝合金在除去表面氧化膜的同时,表面沉积一层锌层,防止了铝合金进一步氧化,铝合金表面电位向正方向移动；电刷镀铜时采用碱铜镀铜溶液,在二次浸锌后的铝合金试样上刷镀铜。试件作为阴极,刷镀电压8～12V。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种Al-Zn-Mg-Cu系铝合金焊缝的时效和电刷镀复合的处理方法,其处理步骤依次如下：把铝合金板材抛光、磨削；用激光对焊；把焊好的铝合金试样进行双级时效处理；进行电刷镀处理；最后进行数据采集。
2.根据权利要求1所述的一种Al-Zn-Mg-Cu系铝合金激光焊缝的时效和电刷镀复合的处理方法，其特征在于：在本实验中所述的激光焊接使用的是YLS-10000光纤激光器。
3.根据权利要求1所述的一种Al-Zn-Mg-Cu系铝合金激光焊缝的时效和电刷镀复合的处理方法，其特征在于：本实验的时效工艺为双级时效，在进行双级时效前，需要对焊缝除渣、打磨、固溶、淬火后进行双级时效处理，采用的是正交实验法，预时效温度为110-130℃、预时效时间为3-5h、终时效的温度为150-180℃、终时效的时间为14-18h。
4.根据权利要求1所述的一种Al-Zn-Mg-Cu系铝合金激光焊缝的时效和电刷镀复合的处理方法，其特征在于：本实验所进行电刷镀为电刷镀铜，所进行电刷镀的顺序依次为：初除油→电净→表面粗化→水洗→出光→水洗→浸锌→水洗→二次浸锌→镀碱铜。
5.根据权利要求1所述的一种Al-Zn-Mg-Cu系铝合金激光焊缝的时效和电镀复合的处理方法，其特征在于：本方法所适用的铝合金为7系铝合金，本实验所用的是7075板材型铝合金。
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