CN112536505A - 纳米晶铝材料的焊接方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及纳米晶铝材料技术领域，且公开了纳米晶铝材料的焊接方法及应用。该纳米晶铝材料的焊接方法，通过采用表面镀有同等材质的纳米晶铝材料的高强度铝合金焊丝对纳米晶铝材料制成的产品焊缝之间进行焊接，不仅可以获得纳米细晶焊丝，而且可以获得纳米细晶焊缝，提高焊缝的强度和塑性，一方面保证的纳米晶铝材料产品的整体性能，一方面提高了焊缝的焊接强度与塑性。

Description

纳米晶铝材料的焊接方法及应用

技术领域

本发明涉及纳米晶铝材料技术领域，具体为纳米晶铝材料的焊接方法及应用。

背景技术

铝及铝合金由于密度小、塑性高、具有优良的导电导热性和抗蚀性,目前大量应用于军事工业、农业、轻工业、交通运输业和航空航天等领域而且也广泛用作建筑结构材料、家庭生活用具和体育用品。此外,铝粉末也常作为添加剂用以提高材料的性能，如将铝纳米颗粒添加在镁基体中可以明显提高镁合金的强度和延展性。

然而,纯铝材料强度较低,较大程度上限制了其应用范围有研究报道表明,在不改变材料成分的条件下,将传统粗晶的材料制备成纳米结构的材料.可为材料带来一系列优异的性能,如高比热、低熔点、高电阻率、高强度和高硬度等热学、电学和力学等性能。纳米晶材料是近年来备受关注的一类先进材料，目前的研究热点是如何使其成为工业应用的选择。

现有技术存在以下缺陷与不足：

铝制产品具有重量轻、传热快，使用方便等特点。但由于铝质地软、熔点低，易与其它物质发生化学反应，使用时存在诸多弊端。如：

1、盛放食物或水不要过夜，用后及时洗净。食物与铝器皿接触时间过长，铝会部分地进入食物，人体食进铝后，容易有大脑衰老等症，故铝制品勿做存放食物的器皿使用。

2、铝制产品使用时间长，则会因为表面氧化及吸附油污造成表面发暗，失去原有光泽，食物也会腐蚀铝锅；

3、铝制产品使用时间过久或用砂灰揩擦清洁时，它的保护层—氧化铝膜被破坏，从而造成铝器表面粗糙，降低其使用期限；在用铝制品蒸煮食物时，锅开后不要突然冷却，以免缩短其使用寿命。

铝炊具由于存在以上问题而大大影响其市场占有率，因此应用纳米晶铝材料制成的产品由于其优异的性能而受到消费者广泛推崇使用，但微米/纳米尺度材料的焊接，一直是微米/纳米尺度材料加工的一个热点，也是微米/纳米机械电子(MEMS/NEMS)器件自下而上(Bottom-up)组装过程中的重大难题。在微米/纳米机械电子(MEMS/NEMS)器件中，需要在材料间形成稳定的物理接触和电接触。对于微米/纳米尺度材料的焊接需要满足速度快，精度高，接触牢固，材料损伤小，无污染，对材料要求低，成本低等要求。现有的应用于微米/纳米尺度材料焊接的技术都有自身的不足，难以达到以上所有要求。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了纳米晶铝材料的焊接方法及应用，可以解决现有的应用纳米晶铝材料制成的产品在焊接方法上存在缺陷，对纳米材料的焊接对材料损伤大，成本高以及焊接精度低问题；本装置通过设置采用表面镀有同等材质的纳米晶铝材料的高强度铝合金焊丝对纳米晶铝材料制成的产品焊缝之间进行焊接，一方面保证的纳米晶铝材料产品的整体性能，一方面提高了焊缝的焊接强度与塑性，在保证焊接精度的条件下使成本得到控制。本纳米晶铝材料的焊接方法及应用，焊接技术可靠，焊接材料易于制造，成本低，使用时灵活方便，易于推广应用。

为实现上述的纳米晶铝材料的焊接方法及应用目的，本发明提供如下技术方案：所述纳米晶铝材料的焊接方法及应用，所述纳米晶铝材料的焊接方法如下：

第一步：用纳米晶铝材料颗粒对高强度铝合金焊丝进行表面抛丸处理，制成表面镀有同等材质的纳米晶铝材料的高强度铝合金焊丝；

第二步：将具有放电尖端的待焊接的表面镀有纳米晶铝材料的高强度铝合金焊丝夹持后，将高强度铝合金焊丝焊接部位的放电尖端与纳米晶铝材料放电尖端对准；

第三步：将表面镀有纳米晶铝材料的待焊接的高强度铝合金焊丝分别连通直流电源的正负极，然后将放电尖端与纳米晶铝材料焊缝处逐渐靠近；

第四步：表面镀有纳米晶铝材料的待焊接的高强度铝合金焊丝在逐渐靠近纳米晶铝材料焊缝处时放电尖端之间发生放电，放电产生的热量熔化表面镀有纳米晶铝材料的待焊接的高强度铝合金焊丝放电尖端，熔化后的表面镀有纳米晶铝材料的待焊接的高强度铝合金焊丝放电尖端接触纳米晶铝材料焊缝处并与之融合，限流电阻被导通，焊接部位放电消失，待冷却之后，纳米晶铝材料焊缝处焊接完成。

优选的，所述高强度铝合金为2519铝合金。

优选的，所述纳米晶铝材料颗粒直径为0.1mm-2mm。

优选的，所述纳米晶铝材料颗粒对高强度铝合金焊丝进行表面抛丸处理，抛丸时间为10分钟-2小时。

优选的，高强度铝合金焊丝焊接部位的放电尖端与纳米晶铝材料放电尖端间距为100～1000nm。

优选的，所述表面镀有纳米晶铝材料的待焊接的高强度铝合金焊丝放电尖端的曲率半径为50nm～10μm，所述直流电源的电压为1～60V。

优选的，所述直流电源的正负极之间设有限流电阻。

与现有技术相比，本发明提供了纳米晶铝材料的焊接方法及应用，具备以下有益效果：

1、本纳米晶铝材料的焊接方法及应用，通过设置表面镀有纳米晶铝材料的待焊接的高强度铝合金焊丝为焊接材料，高强度铝合金焊丝采用表面镀有同等材质的纳米晶铝材料的高强度铝合金焊丝对纳米晶铝材料制成的产品焊缝之间进行焊接，一方面保证的纳米晶铝材料产品的整体性能，一方面提高了焊缝的焊接强度与塑性，高强度铝合金焊丝内部为高强度铝合金，具有密度小、强度高、加工性能好等优点，应用范围广泛。高强度铝合金作为高强度铝合金焊丝的填充材料，是决定焊缝质量的重要因素之一，2519高强铝合金广泛应用于飞机蒙皮、火箭、舰船等的结构件和两栖装甲突击车、空投空降车等装甲材料，其焊接强度一般为母材的60-80％，合适的焊丝不仅可以改善焊接时的热裂倾向，还可弥补焊接过程中的元素烧损，并在一定程度上改善焊接接头的性能，2519高强铝合金焊接强度低；

2、本纳米晶铝材料的焊接方法及应用，纳米晶铝材料的焊接方法及应用的产品具有如下特性：

在表面镀有纳米晶铝材料的待焊接的高强度铝合金焊丝高强铝合金表面采用纳米技术镀有同等材质的纳米晶铝材料颗粒，不仅可以获得纳米细晶焊丝，而且可以获得纳米细晶焊缝，提高焊缝的强度和塑性，一方面保证的纳米晶铝材料产品的整体性能，一方面提高了焊缝的焊接强度与塑性。

具体实施方式

下面将结合本发明的内容，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

纳米晶铝材料的焊接方法及应用，所述纳米晶铝材料的焊接方法如下：

第一步：用纳米晶铝材料颗粒对高强度铝合金焊丝进行表面抛丸处理，制成表面镀有同等材质的纳米晶铝材料的高强度铝合金焊丝；

第二步：将具有放电尖端的待焊接的表面镀有纳米晶铝材料的高强度铝合金焊丝夹持后，将高强度铝合金焊丝焊接部位的放电尖端与纳米晶铝材料放电尖端对准；

第三步：将表面镀有纳米晶铝材料的待焊接的高强度铝合金焊丝分别连通直流电源的正负极，然后将放电尖端与纳米晶铝材料焊缝处逐渐靠近；

第四步：表面镀有纳米晶铝材料的待焊接的高强度铝合金焊丝在逐渐靠近纳米晶铝材料焊缝处时放电尖端之间发生放电，放电产生的热量熔化表面镀有纳米晶铝材料的待焊接的高强度铝合金焊丝放电尖端，熔化后的表面镀有纳米晶铝材料的待焊接的高强度铝合金焊丝放电尖端接触纳米晶铝材料焊缝处并与之融合，限流电阻被导通，焊接部位放电消失，待冷却之后，纳米晶铝材料焊缝处焊接完成。

综上，所述高强度铝合金为2519铝合金，2519高强铝合金广泛应用于飞机蒙皮、火箭、舰船等的结构件和两栖装甲突击车、空投空降车等装甲材料，其焊接强度一般为母材的60-80％，合适的焊丝不仅可以改善焊接时的热裂倾向，还可弥补焊接过程中的元素烧损，并在一定程度上改善焊接接头的性能；所述纳米晶铝材料颗粒直径为0.1mm-2mm，在高强铝合金表面采用纳米技术镀有同等材质的纳米晶铝材料颗粒，不仅可以获得纳米细晶焊丝，而且可以获得纳米细晶焊缝，提高焊缝的强度和塑性；所述纳米晶铝材料颗粒对高强度铝合金焊丝进行表面抛丸处理，抛丸时间为10分钟-2小时，保证纳米晶铝材料颗粒均匀吸附在2519高强度铝合金表面，焊料晶粒显著细化，在2519高强度铝合金表面形成了一层纳米晶；高强度铝合金焊丝焊接部位的放电尖端与纳米晶铝材料放电尖端间距为100～1000nm，两放点尖端靠近过程中，尖端会发生放电，产生适当的热量熔化针尖，合适的间距保证针尖之间的范德华力和静电力促使熔融态的尖端融合，完成焊接；所述表面镀有纳米晶铝材料的待焊接的高强度铝合金焊丝放电尖端的曲率半径为50nm～10μm，所述直流电源的电压为1～60V，电压过大时会由于表面张力的作用而导致不能焊接成功；所述直流电源的正负极之间设有限流电阻，保证电流的限制，电流过大时会导致不能焊接成功。

本结构的工作使用流程以及安装方法为，本纳米晶铝材料的焊接方法及应用，应用纳米晶铝材料制成的产品之间焊缝的焊接方法如下：

第一步：用直径为0.1mm-2mm的纳米晶铝颗粒对高强度铝合金焊丝进行表面抛丸处理，抛丸时间为10分钟-2小时，制成表面镀有同等材质的纳米晶铝材料的高强度铝合金焊丝；

第二步：将具有放电尖端的待焊接的表面镀有同等材质的纳米晶铝材料的高强度铝合金焊丝夹持后，将表面镀有纳米晶铝材料的高强度铝合金焊丝焊接部位的放电尖端与纳米晶铝材料放电尖端间距100～1000nm对准；

第三步：将表面镀有纳米晶铝材料的高强度铝合金焊丝分别连通直流电源的正负极，然后将表面镀有纳米晶铝材料的高强度铝合金焊丝放电尖端与纳米晶铝材料产品焊缝处逐渐靠近，直流电源的正负极之间设有限流电阻；

第四步：表面镀有纳米晶铝材料的高强度铝合金焊丝在逐渐靠近纳米晶铝材料产品焊缝处时放电尖端之间发生放电，放电产生的热量熔化表面镀有纳米晶铝材料的高强度铝合金焊丝放电尖端，表面镀有纳米晶铝材料的高强度铝合金焊丝熔化后的放电尖端接触纳米晶铝材料产品焊缝处并与之融合，限流电阻被导通，焊接部位放电消失，待冷却之后，纳米晶铝材料产品焊缝处焊接完成。

本纳米晶铝材料的焊接方法及应用，通过设置表面镀有纳米晶铝材料的待焊接的高强度铝合金焊丝为焊接材料，高强度铝合金焊丝采用表面镀有同等材质的纳米晶铝材料的高强度铝合金焊丝对纳米晶铝材料制成的产品焊缝之间进行焊接，一方面保证的纳米晶铝材料产品的整体性能，一方面提高了焊缝的焊接强度与塑性，高强度铝合金焊丝内部为高强度铝合金，具有密度小、强度高、加工性能好等优点，应用范围广泛。高强度铝合金作为高强度铝合金焊丝的填充材料，是决定焊缝质量的重要因素之一，2519高强铝合金广泛应用于飞机蒙皮、火箭、舰船等的结构件和两栖装甲突击车、空投空降车等装甲材料，其焊接强度一般为母材的60-80％，合适的焊丝不仅可以改善焊接时的热裂倾向，还可弥补焊接过程中的元素烧损，并在一定程度上改善焊接接头的性能，2519高强铝合金焊接强度低；

本纳米晶铝材料的焊接方法及应用，纳米晶铝材料的焊接方法及应用的产品具有如下特性：

在表面镀有纳米晶铝材料的待焊接的高强度铝合金焊丝高强铝合金表面采用纳米技术镀有同等材质的纳米晶铝材料颗粒，不仅可以获得纳米细晶焊丝，而且可以获得纳米细晶焊缝，提高焊缝的强度和塑性，一方面保证的纳米晶铝材料产品的整体性能，一方面提高了焊缝的焊接强度与塑性。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.纳米晶铝材料的焊接方法及应用，其特征在于：所述纳米晶铝材料的焊接方法及应用，所述纳米晶铝材料的焊接方法如下：

第一步：用纳米晶铝材料颗粒对高强度铝合金焊丝进行表面抛丸处理，制成表面镀有同等材质的纳米晶铝材料的高强度铝合金焊丝；

第二步：将具有放电尖端的待焊接的表面镀有纳米晶铝材料的高强度铝合金焊丝夹持后，将高强度铝合金焊丝焊接部位的放电尖端与纳米晶铝材料放电尖端对准；

第三步：将表面镀有纳米晶铝材料的待焊接的高强度铝合金焊丝分别连通直流电源的正负极，然后将放电尖端与纳米晶铝材料焊缝处逐渐靠近；

第四步：表面镀有纳米晶铝材料的待焊接的高强度铝合金焊丝在逐渐靠近纳米晶铝材料焊缝处时放电尖端之间发生放电，放电产生的热量熔化表面镀有纳米晶铝材料的待焊接的高强度铝合金焊丝放电尖端，熔化后的表面镀有纳米晶铝材料的待焊接的高强度铝合金焊丝放电尖端接触纳米晶铝材料焊缝处并与之融合，限流电阻被导通，焊接部位放电消失，待冷却之后，纳米晶铝材料焊缝处焊接完成。

2.根据权利要求1所述的纳米晶铝材料的焊接方法及应用，其特征在于：所述高强度铝合金为2519铝合金。

3.根据权利要求1所述的纳米晶铝材料的焊接方法，其特征在于：所述纳米晶铝材料颗粒直径为0.1mm-2mm。

4.根据权利要求1所述的纳米晶铝材料的焊接方法，其特征在于：所述纳米晶铝材料颗粒对高强度铝合金焊丝进行表面抛丸处理，抛丸时间为10分钟-2小时。

5.根据权利要求1所述的纳米晶铝材料的焊接方法及应用，其特征在于：高强度铝合金焊丝焊接部位的放电尖端与纳米晶铝材料放电尖端间距为100～1000nm。

6.根据权利要求4所述的纳米晶铝材料的焊接方法及应用，其特征在于：所述表面镀有纳米晶铝材料的待焊接的高强度铝合金焊丝放电尖端的曲率半径为50nm～10μm，所述直流电源的电压为1～60V。

7.根据权利要求4所述的纳米晶铝材料的焊接方法及应用，其特征在于：所述直流电源的正负极之间设有限流电阻。