CN108500444A - 一种提高轻质合金搅拌摩擦焊接接头表面腐蚀性能的方法 - Google Patents

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张华�
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Abstract

本发明公开了一种提高轻质合金(包括铝合金、镁合金及钛合金)搅拌摩擦焊接接头表面腐蚀性能的方法，其主要是将经过搅拌摩擦焊焊接的接头表面进行喷砂处理，冷喷涂处理，随后利用热处理方法对冷喷涂表面进一步处理，一方面消除焊接带来的残余应力，另一方面在涂层/接头界面处发生元素扩散，形成过渡层，提高冷喷涂层的界面结合力，最终在接头表面形成一层致密的保护层。该发明方法操作简单、使用方便、性能可靠、经济实用，能够显著提高搅拌摩擦焊焊接接头的表面腐蚀性能，对搅拌摩擦焊的实际应用具有重要意义。

Description

一种提高轻质合金搅拌摩擦焊接接头表面腐蚀性能的方法
技术领域
本发明属于材料连接技术领域，具体涉及一种提高轻质合金搅拌摩擦焊接接头表面腐蚀性能的方法。
背景技术
搅拌摩擦焊(friction stir welding，FSW)是英国焊接研究所(TWI)于1991年发明的一种固相连接技术。该技术具有接头质量高、焊接变形小、残余应力小和焊接过程绿色、无污染等优点，是铝、镁等轻合金首选的焊接方法，广泛应用于航空航天，轨道运输，海洋船舶等领域。FSW焊缝从组织上可以划分为四种不同的区域：焊核区(weld nugget zone，WNZ)、热机影响区(thermo-mechanically affected zone，TMAZ)、热影响区(heat-affected zone，HAZ)和轴肩影响区(should-affected zone，SAZ)，各区域由于在焊接过程当中所经历的过程不同，导致颗粒组织差异较大。所以，在耐腐蚀性方面也存在较大差异，属于腐蚀敏感区。
冷喷涂工艺是通过预热高压，将粉末粒子以较高速度撞击基体，通过较大的塑性变形而沉积于基体表面而形成涂层。冷喷涂具有低成本、快速高效、无氧化、组织均匀、可百分百回收利用等优点。如将冷喷涂工艺应用到FSW接头的保护当中，能够大幅提高FSW接头的使用寿命。但冷喷涂层与焊接区的界面结合属于机械咬合，结合力强度不高。在受力时易发生脱落，这就需要对界面进行进一步处理。焊后热处理过程不仅能够改善搅拌摩擦焊接头的组织性能，有效减少残余应力，还能够在涂层/接头界面结合处发生元素扩散，形成结合物，产生明显的过渡层，使得界面结合由机械咬合变为冶金结合，大大提高界面结合力。
发明内容
根据背景技术所述，本发明的目的在于提供一种提高轻质合金搅拌摩擦焊接接头表面腐蚀性能的方法，首先将冷喷涂工艺应用到提高轻质合金搅拌摩擦焊接接头的腐蚀性能上。在对轻质合金进行搅拌摩擦焊之后，通过冷喷涂工艺对其接头区域进行涂层保护。由于冷喷涂涂层的界面结合基本为机械咬合，导致界面强度不高。所以，在进行冷喷涂工艺后，为提高其界面结合力，进行焊后热处理，使涂层/焊缝的界面结合由机械咬合变为冶金结合，达到提高界面结合强度的目的。从而最终达到对接头区域的保护目的，提高其耐腐蚀性。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案。一种提高轻质合金搅拌摩擦焊接接头表面腐蚀性能的方法，包括以下步骤：
1)焊接设备以传统搅拌摩擦焊设备为主，焊接参数的选择要根据所焊材料各自物理性能及差异进行选择。在冷喷涂之前，要对接头区域进行喷砂处理，工作气体为压缩空气，压力控制在0.8-1.0Mpa。
2)对接头表面进行冷喷涂工艺处理。冷喷涂气体预热温度为500℃，所述冷喷涂介质为纯Al颗粒、2XXX、6XXX、7XXX系列高强铝合金颗粒，或纯Al颗粒与氧化铝颗粒的混合物，尺寸在20-30μm，送粉速率为30g/min，送粉距离为25mm，最终涂层厚度在2mm。
3)在进行冷喷涂工艺后，对冷喷涂表面进行焊后热处理，其中热处理温度为400℃，热处理时间为2h，热处理氛围为氩气环境，随炉冷却。
进一步，所述搅拌摩擦焊焊接接头包括传统搅拌摩擦焊接头、双轴肩搅拌摩擦焊接头、静轴肩搅拌摩擦焊接头；所述焊接材料为可热处理强化的2XXX、6XXX、7XXX系列高强铝合金、镁合金以及钛合金。
进一步，所述热处理，升温速率不高于2℃/min。降温过程为随炉冷却，热处理氛围为氩气环境。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下优点和效果：
(1)通过冷喷涂工艺对搅拌摩擦焊焊接接头实施保护；
(2)利用焊后热处理过程对冷喷涂涂层进行改性加工；
(3)采用冷喷涂工艺，能够大大提高搅拌摩擦焊接头的抗应力腐蚀能力。
(4)采用焊后热处理工艺，能够使涂层界面结合力加大，从而大大提高接头涂层的力学性能和稳定性，同时对接头组织进行强化，进一步提高接头性能。
附图说明
图1为未进行焊后热处理的涂层/接头截面图。
图2为进行焊后热处理的涂层/接头截面图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明进一步详细说明。
1)按照本发明方法,首先将6mm厚AZ91E镁合金进行搅拌摩擦焊接，焊接速度为100mm/min，搅拌头旋转速度为500r/min，下压量控制为0.2mm。
2)随后对焊接表面进行冷喷涂处理，喷涂颗粒采用纯铝-氧化铝混合颗粒，其中纯铝颗粒占50％，氧化铝颗粒占50％。颗粒尺寸在20-30μm，送粉速率为30g/min，送粉距离为25mm，最终涂层厚度在2mm。
3)对冷喷涂涂层焊后热处理，热处理温度为400℃，热处理时间为2h，热处理氛围为氩气环境，随炉冷却。
以上对本发明的技术方案进行了详细说明。显然，本发明并不局限于所述内容。基于本发明中的上述内容，熟悉本技术领域的人员还可据此做出多种变化，但任何与本发明等同或相类似的变化都属于本发明保护的范围。

Claims (7)

1.一种提高轻质合金搅拌摩擦焊接接头表面腐蚀性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)对接头区域进行喷砂处理，工作气体为压缩空气；
2)将搅拌摩擦焊接头表面进行冷喷涂，形成一层保护层；
3)将经过冷喷涂的表面进行热处理，热处理温度为400℃，热处理时间为2h。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述搅拌摩擦焊焊接接头包括传统搅拌摩擦焊接头、双轴肩搅拌摩擦焊接头、静轴肩搅拌摩擦焊接头；所述焊接材料为可热处理强化的2XXX、6XXX、7XXX系列高强铝合金、镁合金以及钛合金。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)中所述压缩空气，其压力为0.8-1.0Mpa。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2)中所述冷喷涂介质为纯铝颗粒、氧化铝颗粒、2XXX、6XXX、7XXX系列高强铝合金颗粒，或纯Al颗粒与氧化铝颗粒的混合物。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2)中所述冷喷涂，气体预热温度为500℃，所述冷喷涂介质颗粒尺寸为20-30μm，送粉速率为30g/min，送粉距离为25mm，最终涂层厚度为0.5mm。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤3)中所述热处理，升温速率不高于2℃/min，降温过程为随炉冷却，热处理氛围为氩气环境。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述纯Al颗粒与氧化铝颗粒的混合物中，纯Al颗粒与氧化铝颗粒重量相同。
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