[发明专利]用于铝-钢MIG焊接的高熵药芯焊丝及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于铝‑钢MIG焊接的高熵药芯焊丝，药粉由以下组分按原子百分比配制，总的百分比是100%，其中Fe为5%~15%，Al为10%~20%，Co为20%~30%，Cr为18%~35%，Ni为20%~35%，Cu为5%~13%。外皮材料采用工业用高纯铜带。制备步骤包括：一、熔配母合金；二、应用真空气雾化制粉技术，制备雾化粉；三、采用药芯焊丝成型机组设备制成高熵药芯焊丝。利用本发明的高熵药芯焊丝进行铝‑钢MIG焊接，获得了优质的铝‑钢焊接接头，焊缝金属的化学成分处在高熵合金的主元范围内，实现了焊缝的高熵化。焊缝具有优良的强度和韧性，有效消除了脆性金属间化合物相，综合机械性能良好。

技术领域

本发明属于焊接技术领域，具体为一种用于铝-钢MIG焊接的高熵药芯焊丝及其制备方法。

背景技术

近年来，由于能源问题和环境问题的日益严重，在飞机、汽车、火车、船舶等制造工业以及能源、航空航天、国防等领域均提出了产品轻量化的迫切要求。铝和铝合金凭借其密度低、比强度高的优良性能，在产品轻量化的过程中扮演了重要的角色。铝-钢复合制件的重量相当于钢材的50~60%，又同时兼具有铝和钢的其它优良特性，在提高材料利用率和减轻结构重量，提高制件耐腐蚀性，降低成本等方面具有明显的社会效应和经济效益，具有良好的应用发展前景。但是，采用铝和钢的复合部件替代钢部件，也对铝-钢异种材料的焊接提出了严格的要求。

目前，用于铝-钢异种材料焊接的主要方法是电阻焊、钎焊和熔化焊。电阻焊可以较好的控制两种材料间脆性层的厚度，是一种不错的铝-钢异种材料焊接方法。但是，电阻焊对材料的形状和厚度有特殊的要求，加工效率低，无法广泛应用于工业生产；钎焊由于易形成焊缝缺陷，焊接质量不高，广泛应用同样也受到限制；而熔化焊不仅可以实现铝-钢异种材料的高效连接，而且具有加工效率高，工艺灵活的特点。尤其以MIG焊最具代表性，MIG焊可以采用半自动或全自动焊接，应用范围广，具有突出的优点：1焊接质量好：焊接过程稳定，变形小，有良好的阴极破碎作用。2焊接生产率高：可采用大的电流密度焊接，母材熔深大，焊丝熔化速度快，自动化程度高。3保护效果好：由于采用惰性气体作保护气，不与熔池金属发生反应，有效避免了焊缝缺陷的产生。但是MIG焊也不可避免的会存在脆性金属间化合物层，导致接头性能不佳，限制了MIG焊的广泛使用。

发明内容

本发明将药芯焊丝技术和高熵合金技术有机结合，得到了一种高熵药芯焊丝，目的是解决现有技术中，MIG焊焊丝直接熔焊铝-钢时，易形成脆性金属间化合物而导致焊接接头强度降低的问题。利用本发明方法制备的高熵药芯焊丝进行铝-钢MIG焊接，焊缝金属的化学成分处在高熵合金的主元范围内，焊缝处的结构组织趋于单一的bcc或fcc，实现了焊缝的高熵化，易于获得优质的铝-钢焊接接头。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种用于铝-钢MIG焊接的高熵药芯焊丝，包括药粉和外皮。

药粉由以下组分按原子百分比配制，总的原子百分比是100%，其中Fe为5~15%，Al为10%~20%，Co为20%~30%，Cr为18%~35%，Ni为20%~35%，Cu为5%~13%。

外皮材料采用工业用高纯铜带。

上述用于铝-钢MIG焊接的高熵药芯焊丝的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、熔配母合金

药粉由以下组分按原子百分比组成，总的原子百分比是100%，其中Fe为5%~15%，Al为10%~20%，Co为20%~30%，Cr为18%~35%，Ni为20%~35%，Cu为5%~13%；

将上述的原子百分比换算成质量百分比，按照质量百分比称量好各种高纯金属；将称量好的金属材料在球磨机中混匀，压实成坯料；将制成的坯料在真空电弧炉中进行熔配，制成母合金；