一种提高热处理强化铝合金搅拌摩擦焊接头表面抗腐蚀性的方法技术

本发明专利技术涉及金属结构表面抗腐蚀技术领域，特别涉及一种提高热处理强化铝合金搅拌摩擦焊接头表面抗腐蚀性的方法。本发明专利技术在已获得的铝合金FSW焊缝表面区域，通过开设槽‑孔交替分布结构并向其中填加Al86‑Ni10‑Ce6非晶态合金粉末和/或Se+Bi粉末，通过二次搅拌摩擦加工使Al86‑Ni10‑Ce6非晶态合金粉末和/或Se+Bi粉末在较低温度、大塑性变形条件下分散分布于焊缝表面及表面以下较浅区域，并与焊缝表面及表面下微区金属发生显著的相变过程或部分冶金反应，实现在焊缝表面及表面下微区范围内，形成具有与原焊缝表面相比较高的抗腐蚀性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及金属结构表面抗腐蚀
，特别涉及一种提高热处理强化铝合金搅拌摩擦焊接头表面抗腐蚀性的方法。
技术介绍
金属材料在使用中受到自身特性、服役及环境条件等因素的影响，材料表面往往存在影响其使用寿命的情况出现，例如氧化、腐蚀、断裂等。其中航空结构材料中常用的2000或7000系列硬铝或超硬铝，不仅自身材料表面抗腐蚀性差，焊接后其焊缝表面的抗腐蚀性会更差，极大影响使用寿命和应用潜力。近年来搅拌摩擦焊(FSW)已经被广泛应用于各种铝合金材料结构的连接，但部分研究发现焊缝截面区的焊核区(NZ)、热影响区(HAZ)、热-机械影响区(TMAZ)以及焊缝表面区(上部轴肩区)的腐蚀性下降极为明显，现在还没有很好的处理方法来解决FSW焊缝表面腐蚀性下降的问题。针对材料表面腐蚀性降低而通常采用的处理方法主要是整体或局部热处理以及强化等方法来解决，例如喷丸、热喷涂、化学沉积、气相沉积、激光及电子束冲击等。但上述方法如果用于铝合金焊缝表面提高腐蚀性，会严重影响整体材料结构的组织性能，甚至采用高温或高能束加工方法会造成表面强化层过厚、晶粒粗大、脆性组织等缺陷，对铝合金搅拌摩擦焊接头的结构强度和使用寿命均会产生不利的影响。
技术实现思路
本专利技术是为了弥补现有技术的不足，提供了一种提高热处理强化铝合金搅拌摩擦焊接头表面抗腐蚀性的方法，该方法能够促使铝合金搅拌摩擦焊接头表面区抗腐蚀性能提高，快速高效、成本低。本专利技术所述的一种提高热处理强化铝合金搅拌摩擦焊接头表面抗腐蚀性的方法，其具体步骤为：(1)以2000或7000系高强变形铝合金搅拌摩擦焊接头焊缝区作为被加工区域，在所述焊缝区域开设槽-孔交替分布结构，向上述的槽中加入Al86-Ni10-Ce6非晶态合金粉末和Se+Bi粉末的混合物；向上述的孔中加入Se+Bi粉末，并进行固化处理；(2)利用搅拌摩擦设备对上述槽-孔区域进行搅拌摩擦加工，其中，搅拌摩擦加工参数为：搅拌工具的转速为800-1200r/min、下压量为0.6mm、行进速度为190-250mm/min。之所以选用2000或7000系列高强度变形铝合金搅拌摩擦焊接头的焊缝区作为被加工试样，是因为这两类系列的铝合金在使用过程中，尤其是焊接后其焊缝表面耐腐蚀性相比其他系列铝合金会急剧降低，因此主要解决的是这两类铝合金焊缝腐蚀性较差的问题。在所述焊缝区域开设槽-孔的基本设计主要考虑搅拌摩擦过程中存在一定的金属损失，因此大致在每100mm长度焊缝上开2-3个孔，其他剩余区域为槽，槽的尺寸为1mm×1mm；孔的尺寸Φ3mm×1.5mm。向上述的槽中加入Al86-Ni10-Ce6非晶态合金粉末和Se+Bi粉末的混合物；向上述的孔中加入Se+Bi粉末，是因为Al86-Ni10-Ce6非晶态合金粉末和/或Se+Bi粉末与基体材料具有较好相容性，能起到一定的金属补充作用以及强化作用，形成二次塑性变形加工区，进而提高其抗腐蚀性能。本专利技术中采用的搅拌摩擦加工技术来源于现有的搅拌摩擦焊技术。其原理是通过搅拌摩擦加工设备的搅拌头的强烈搅拌作用使被加工材料发生剧烈塑性变形、混合、破碎，实现微观结构的致密化、均匀化和固态相变。此时在Al86-Ni10-Ce6非晶态合金粉末和/或Se+Bi粉末与被加工焊缝表面区金属之间会发生强烈的相变或部分冶金反应，促使接头焊缝表面附近获得显著足够的能大幅度提高其抗腐蚀性能的相变组织，实现提高高强度铝合金搅拌摩擦焊接头焊缝区抗腐蚀性能的目的。本专利技术中，之所以选用Al86-Ni10-Ce6非晶态合金粉末和/或Se+Bi粉末提高接头焊缝区的抗腐蚀性能，是因为：1、Al86-Ni10-Ce6非晶态合金本身具有良好的耐腐蚀性，也是本专利技术中起到主要耐腐蚀性的强化因子，并且其成分接近于铝合金焊缝基体成分，其晶化温度也较低，大概为270℃；2、选用Se和Bi主要是两者熔点Se为220℃，Bi为271℃，均与非晶态合金相近，利于在搅拌摩擦加工中熔化，并且进入到焊缝表面金属中，与其中的主要影响焊缝耐腐蚀性的元素Cu形成Cu-Se和Cu-Bi化合物，降低Cu与Al形成降低抗腐蚀性的化合物的可能性，例如Al2Cu化合物会分布于晶粒和晶界附近，导致点腐蚀。本专利技术之所以采用槽-孔交替分布结构并且在槽和孔中添加特定的成分，是因为槽的总的体积是最大的，而孔在被加工区域的体积占比较低，在槽中主要是依靠添加Al86-Ni10-Ce6非晶态合金粉末来起到主要的提高腐蚀性能作用，而在搅拌加工过程中由于会造成一定的添加混合物和金属的损失，尤其是Se和Bi熔点极低，而Al86-Ni10-Ce6非晶态合金粉末会经历晶化和熔化两个过程，其损失会较少，进而可能导致Se和Bi金属的量达不到预期的添加效果，因此在孔中添加少量的Se+Bi粉末起到一定的间断性的补充作用。本专利技术中，Al86-Ni10-Ce6非晶态合金粉末与Se+Bi粉末的体积比为3:2，采用上述配比，能够更好的发挥非晶态合金的提高腐蚀性的作用，并且也能通过后者的冶金结合作用抑制Cu的不利影响。所述的Se+Bi粉末中，Se与Bi的体积比为1:1。上述强化因子组合中涉及的晶化或熔化温度范围均处于搅拌摩擦加工的温度范围以内，利于强化因子充分地进行晶化、熔化及其微冶金结合过程。为了便于强化因子在搅拌摩擦加工中更好地被分散到焊缝表面中并与之充分反应，所述强化因子中Al86-Ni10-Ce6非晶态合金粉末颗粒度为40-60目、Se+Bi粉末颗粒度为5-6目。本专利技术中，Al86-Ni10-Ce6非晶态合金粉末和Se+Bi粉末的总填加量为被加工接头焊缝区体积的5～10％。填加量过多会造成加工的基本失效，促使形成大量以强化因子为主的焊缝表面，结果导致点腐蚀的存在；填加量过少将不利于形成更加细小的表面组织出现，也起不到提高腐蚀性的目的。向上述的槽-孔中分别填入强化因子后采用低温快速蒸发型有机喷雾溶胶进行固化处理。当采用搅拌摩擦设备对上述填加有强化合金粉末的槽-孔区域进行搅拌摩擦加工时，搅拌摩擦加工参数为：搅拌工具的转速为800-1200r/min、下压量为0.6mm、行进速度为190-250mm/min。搅拌工具速度控制在此范围主要考虑让强化因子混合粉末能够有效的与焊缝基体材料进行充分的冶金结合，如果速度高于此范围不仅会造成加工区域大面积温度进一步升高造成强化相的溶解，导致其腐蚀性降低问题，还会降低搅拌头的使用寿命，可能会导致搅拌头断针问题。如果低于该范围，搅拌头给与焊缝基体的热输入会不足，造成大量的混合强化材料以原始状态存在于焊缝表面，也会造成点腐蚀等问题。本专利技术的有益效果是：本专利技术通过已获得的铝合金FSW焊缝表面区域，通过合理设计填加强化合金粉末，并通过二次搅拌摩擦加工使强化合金粉末在较低温度、大塑性变形条件下分散分布于焊缝表面及表面以下较浅区域，并与焊缝表面及表面下微区金属发生显著的相变过程或部分冶金反应，实现在焊缝表面及表面下微区范围内，形成具有与原焊缝表面相比较高的抗腐蚀性能。同时本专利技术的方法是与获得原焊缝方法相同的固态加工方法，可有效降低生产成本，并能有效避免环境污染，加工过程简单且不需要复杂的操作和控制。本专利技术主要对搅拌摩擦焊缝表面组织改性，促进表面抗腐蚀性方面提供了一个新的、可行的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高热处理强化铝合金搅拌摩擦焊接头表面抗腐蚀性的方法，其特征在于：其具体步骤为：(1)以2000或7000系高强变形铝合金搅拌摩擦焊接头焊缝区作为被加工区域，在所述焊缝区域开设槽‑孔交替分布结构，向上述的槽中加入Al86‑Ni10‑Ce6非晶态合金粉末和Se+Bi粉末的混合物；向上述的孔中加入Se+Bi粉末，并进行固化处理；(2)利用搅拌摩擦设备对上述槽‑孔区域进行搅拌摩擦加工，其中，搅拌摩擦加工参数为：搅拌工具的转速为800‑1200r/min、下压量为0.6mm、行进速度为190‑250mm/min。

【技术特征摘要】
1.一种提高热处理强化铝合金搅拌摩擦焊接头表面抗腐蚀性的方法，其特征在于：其具体步骤为：(1)以2000或7000系高强变形铝合金搅拌摩擦焊接头焊缝区作为被加工区域，在所述焊缝区域开设槽-孔交替分布结构，向上述的槽中加入Al86-Ni10-Ce6非晶态合金粉末和Se+Bi粉末的混合物；向上述的孔中加入Se+Bi粉末，并进行固化处理；(2)利用搅拌摩擦设备对上述槽-孔区域进行搅拌摩擦加工，其中，搅拌摩擦加工参数为：搅拌工具的转速为800-1200r/min、下压量为0.6mm、行进速度为190-250mm/min。2.根据权利要求1所述的一种提高热处理强化铝合金搅拌摩擦焊接头表面抗腐蚀性的方法，其特征在于：所述的槽-孔交替分布结构具体是指每100mm长度焊缝上开2-3个孔，其他剩余区域为槽，槽的尺寸为1mm×1mm；孔的尺寸Φ3mm...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘鹏，任国成，刘燕，张元彬，徐淑波，李嘉宁，冯可云，张格铭，
申请(专利权)人：山东建筑大学，
类型：发明
国别省市：山东;37