[发明专利]一种提高搅拌摩擦焊用搅拌头耐磨耐高温性能的方法

说明书

技术领域

本发明涉及熔敷涂层的技术领域，特别涉及一种提高搅拌摩擦焊用搅拌头耐磨耐高温性能的方法。

背景技术

搅拌摩擦焊(FrictionStirWelding，简称FSW)是英国焊接研究所(TheWeldingInstitute，简称TWI)于1991年研究发明的一种先进的固相连接技术。通过搅拌针和轴肩与工件间的摩擦热，在搅拌针的附近形成塑性软化层，软化层在搅拌头高速旋转的作用下填充入搅拌针后方所形成的空腔内，从而实现可靠的连接。它具有焊接接头强度高、焊接工件变形小、不易产生有害相等优点。目前，被焊材料已从铝合金逐渐扩展到镁合金、铅合金、铜合金、钢、钛合金以及复合材料等。

搅拌头由夹持部分、轴肩和搅拌针组成，搅拌摩擦焊接过程中受损部位主要是轴肩和搅拌针。搅拌头材料和结构设计是搅拌摩擦焊技术的核心，是决定搅拌摩擦焊技术能否扩大待焊材料的种类以及能否提高待焊材料板厚范围的关键。搅拌摩擦焊的实质是搅拌头与被焊材料之间发生热-机械作用并形成接头，在此过程中搅拌头直接承受焊接过程的热载、力载及摩擦磨损，因而要求它在焊接条件下具有高于被焊材料的熔点、强度、硬度和韧性，应由具有良好耐磨损和耐高温热稳定性材料制成，并具有特定力学特征的几何形貌和尺寸，以获得较长使用寿命的搅拌头及高质量的焊接接头。在焊接铝、镁、铅等低熔点材料时，搅拌头采用工具钢、不锈钢即可满足使用要求，但对于钢、铜、钛等高熔点材料来讲，焊接时最高温度在1000℃以上，在如此高的温度下能满足使用要求的搅拌头材料往往是难熔金属合金或者结构陶瓷。

目前，国内外高熔点搅拌头材料主要有纯钨(CPW)、多晶立方氮化硼(PCBN)、钨基合金(钨-铼W-Re、钨镧W-1％La)等。为了能降低成本，研究者尝试采用工具钢、硬质合金、金属陶瓷等作为高熔点材料搅拌摩擦焊用搅拌头材料。以上材料中工具钢的综合性能比较好，但最高工作温度达不到钛合金的焊接温度；而工作温度比较高的硬质合金、金属陶瓷等材料，搅拌头的可加工性相对较差。另外，采用单一金属材料制造的搅拌头很难同时满足对耐磨损性和高温热稳定性的要求，并且金属材料的耐磨性是非常有限的，搅拌头轴肩和搅拌针的磨损必将使机械力和摩擦热发生变化，影响后续焊接接头的可靠性和稳定性。因此，急需找到一种有效方法来提高搅拌摩擦焊用搅拌头的耐磨损性和耐高温热稳定性。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的缺陷或不足，本发明的目的在于提供一种提高搅拌摩擦焊用搅拌头耐磨耐高温性能的方法，工艺简单，生产成本低廉，焊接效率高，可以有效提高搅拌头的使用寿命，使搅拌头具有优越的耐磨损性能与耐高温热稳定性能。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种提高搅拌摩擦焊用搅拌头耐磨耐高温性能的方法，包括以下步骤：

(1)加工制造搅拌头基体：

将铸态高速工具钢W18Cr4V采用自由锻+模锻锻造技术加工成所需的毛坯搅拌头，毛坯搅拌头包括夹持部分1、凹型轴肩2和锥形搅拌针4，夹持部分1与凹型轴肩2圆弧过度，凹型轴肩2与锥形搅拌针4为圆弧过度，锻造后的毛坯搅拌头立即放入白灰箱缓冷，缓冷至室温后进行等温退火，随后采用磨削加工去除锻造氧化皮并修整夹持部分1、凹型轴肩2和锥形搅拌针4，再采用淬火+三次回火热处理工艺获得搅拌头基体。

所述的自由锻+模锻是将铸态高速钢先经过自由锻方式反复镦粗和拔长，再经过模锻方式成形。

所述的等温退火是将搅拌头基体加热至850-870℃，保温3-4h后采用10-20℃/h的速度冷却至500℃以下出炉，或冷却至740-760℃，保温4-6h后，再冷却至600℃以下出炉。

(2)配制耐磨耐高温涂层粉末：