[发明专利]铝金属芯焊丝

说明书

本发明涉及一种金属芯焊丝，更具体地说，涉及一种用于电弧焊诸如气体保护金属极电弧焊(GMAW)和气体保护钨极电弧焊(GTAW)的金属芯铝焊丝。公开的金属芯铝焊丝包括金属护套和设置在金属护套内的粒状芯。粒状芯包括具有多种元素的第一合金，其中第一合金具有比第一合金的多种元素的各自熔点都低的固相线。粒状芯包含铝金属基纳米复合材料(Al‑MMNC)，该铝金属基纳米复合材料包含铝金属基体和陶瓷纳米颗粒。

相关申请的交叉引用

本申请是2015年8月28日提交的标题为“ALUMINUM METAL-CORED WELDING WIRE”(“铝金属芯焊丝”)的美国申请号为14/839,406的部分继续申请，该美国申请要求于2015年2月25日提交的题为“ALUMINUM METAL-CORED WELDING WIRE”(“铝金属芯焊丝”)的美国临时申请号为62/120,752的优先权和权益，每件上述美国申请的全部公开内容均通过引用并入本文中。

背景技术

本发明涉及一种金属芯焊丝，更具体地说，涉及一种用于电弧焊，例如气体保护金属极电弧焊(GMAW)和气体保护钨极电弧焊(GTAW)的金属芯铝焊丝。

与其他金属相比，铝和铝合金的相对低密度和高耐腐蚀性，因此广泛用作建筑材料。例如，铝合金可以提供约50兆帕(MPa)和约700兆帕(MPa)之间的强度。对于建筑应用，铝材料通常通过焊接方式连接。由于铝对氧具有高亲和力，因此铝焊接通常涉及使用惰性保护气体来限制或防止形成铝氧化物(氧化铝)和不期望的夹杂物。

典型的铝焊丝是实芯焊丝。这些实心焊丝通常通过连续铸造和随后轧制合金以形成具有预定直径的杆来制造。然后可以通过多个模具拉制所得到的杆以减小直径，形成所需尺寸的铝焊丝。由于通常选择铝焊丝的组成以与工件的组成紧密匹配，所以以这种方式生产某些铝焊丝对于不太适合于拉制的某些铝合金可能是有问题的。

铝焊接的一个问题是焊缝孔隙率。通常希望焊缝具有低的孔隙率，在铝焊缝中观察到的孔隙可能由许多来源引起。这些孔的一个显著的来源是从正在凝固的焊缝金属释放并在其内形成空隙的氢。氢气可能是在焊弧附近的含氢材料(例如水分或有机材料，例如润滑剂)的分解所形成的。因此，期望防止含氢材料被引入到焊接环境中。

由纳米颗粒增强的合金由于这种合金经常具有的新颖物理性质和化学性质而已经在近年中获得关注。纳米颗粒可以表现出与对应的微颗粒和整体材料不同的物理性质和化学性质，从而为各种领域中的许多应用提供更有效的选择。例如，纳米颗粒可以用于表面工程中以改进耐磨料磨损性或者影响润滑剂的摩擦学性能；在电子应用中用以改变例如导电性、强度和磁性等性能；并且在焊接或增材制造应用中用以改进例如杨氏模量、拉伸强度、硬度和疲劳强度等机械性能。

发明内容

在一个实施方式中，金属芯铝焊丝包括金属护套和设置在金属护套内的粒状芯。粒状芯包括具有多种元素的第一合金，其中第一合金具有比第一合金的多种元素的各自熔点都低的固相线。粒状芯包含铝金属基纳米复合材料(Al-MMNC)，所述铝金属基纳米复合材料包含铝金属基体和陶瓷纳米颗粒。所述陶瓷纳米颗粒可以具有在25nm和250nm之间的平均粒度。

在一个实施方式中，制造金属芯铝焊丝的方法包括在金属护套内设置粒状芯。所述粒状芯包含Al-MMNC，所述Al-MMNC包含铝金属基体和陶瓷纳米颗粒。粒状芯包括包含多种元素的第一合金，其中第一合金具有比第一合金的多种元素的各自熔点都低的固相线。

在一个实施方式中，焊接方法包括使用金属芯铝焊丝在工件上形成熔池，其中金属芯铝焊丝包括设置在金属护套内的粒状芯。粒状芯包括包含多种元素的第一合金，其中第一合金具有比第一合金的多种元素的各自熔点都低的固相线。所述粒状芯包含Al-MMNC，所述Al-MMNC包含铝金属基体和陶瓷纳米颗粒。

附图说明