挤出材料制造技术

提供了用于混合金属挤出和粘结方法的铝挤出材料。该挤出材料的组成包括：0至0.25wt％的铁；至少0.05wt％的弥散体形成元素，其中所述弥散体形成元素包括0至1.2wt％的锰、0至0.25wt％的铬、0至0.25wt％的锆和0至0.25wt％的钪；和，除了当铝挤出材料的铝合金属于2xxx系列时，0至0.05wt％的铜。该挤出材料的微结构为变形的微结构；并且该挤出材料的纳米结构包括具有错位和弥散体的铝基质，并且其中在铝基质中合金元素的大多数在固溶体中。还提供了用于制造挤出材料的铝条、包括由该挤出材料制成的挤出物的接头、制造该挤出材料和铝条的方法、和使用该挤出材料连接两个铝构件和方法。

Extrusion material

Aluminum extrusion materials for mixed metal extrusion and bonding methods are provided. Including the composition of the extruded material: 0 to 0.25wt% of iron; dispersion of at least 0.05wt% forming elements, wherein the dispersoid forming elements including manganese, 0 to 1.2wt% 0 to 0.25wt% 0 to 0.25wt% of chromium, zirconium and scandium from 0 to 0.25wt%; and, except when the Aluminum Alloy aluminum extrusion materials belong to 2XXX series, 0 to 0.05wt% of copper. The microstructure of the extruded material is a deformed microstructure, and the nanostructure of the extruding material includes aluminum matrix with dislocation and dispersion, and most of the alloying elements in the aluminum matrix are solid solutions. An aluminum strip for manufacturing extrusion material is also provided, including a splice made of extruded material, a method for manufacturing the extruding material and aluminum strip, and two aluminum components and methods connected with the extruding material.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】挤出材料
本专利技术涉及挤出材料，例如填充丝，用于混合金属挤出和粘结方法(过程，process)，该方法可例如将两个铝构件连接在一起。
技术介绍
已知多种技术被用于将两个材料——尤其是轻金属，例如铝——连接在一起。这些技术中的一种是熔焊，其中基础金属和可能的填充金属均通过电弧、电子束或激光束而熔融，允许金属与金属的粘结在结晶过程中在焊池的拖尾部分(trailingpart)中实现。在熔焊中，供应能量中仅一部分有助于熔融，从而有助于粘结。供应能量中的大部分导致焊接接头附近的基础金属局部加热和所谓热影响区(文献中常称为HAZ)的形成。该区是个问题，因为造成的微结构变化导致母体金属永久机械退化。焊接区的性质因此将成为工程设计的限制因素，并且在实践中决定构件的承载负荷的能力。另外，过度供应能量(即，热)导致焊接区中高残留应力以及总体变形和扭曲。这些问题在轻金属——如铝——的焊接中比在钢焊接中更大，因为采取必要预防措施(例如通过调整基础金属化学组成来改变HAZ微结构)的可能性在前者情形中更难。鉴于这些问题，更有效的焊接方法，如激光焊接和电子束焊接，已被使用，其提供显著更窄的HAZ。但是，这些技术带来融合区中热裂抗性和孔形成相关的其它问题。另外，其具有设备更加昂贵而功能较少的缺点。此外，由于事实上通常不添加填充金属，耐力要求显著更加苛刻。在过去，为开发用于连接轻金属的替代技术已做出数种尝试。实例包括摩擦焊接或称为摩擦搅拌焊接(FSW)的变型。在FSW中，将待连接在一起的两个板被相互牢牢挤压，同时沿着其之间的界面(边缘)移动旋转工具，去除总是存在于表面上的氧化物层(至少对于铝而言)。即使可观的摩擦加热发生在旋转工具和母体铝板之间的界面处，供应的能量以及因而产生的热量也比在熔焊中少，因此接头附近的基础金属不会熔融和达到液态。因此，摩擦搅拌焊接是固态连接技术的一个实例，其与熔焊相比是一种改进，因为若干常见问题因此减少，即高残留应力和热裂的产生、孔形成和低抗腐蚀性。另一方面，该技术被若干缺点阻碍，一个是由于不使用填充金属，待连接表面需要相互精确匹配的要求。另一个缺点是待连接的构件必须以可观的力被相互挤压，这意味着该方法需要重型且刚性的设备。最后，即使这种类型的摩擦焊接也会形成宽HAZ，其中造成的微结构变化导致沉淀强化的金属永久软化。在连接的其它方法中，应提到硬焊、铆接和粘合剂粘结。这些方法中的一种或多种可便于一些应用区域，但总体上其提供低安全性来防止故障，并因此在承载负荷或重量的构造中不是焊接的切实替代选择。已知一种用于连接构件的可选固态方法，例如如WO03/043775中所述，适于连接用于结构应用的铝(或其它轻金属)构件。该方法涉及从待连接表面去除氧化物，然后立即将填充材料挤出到待连接表面之间的间隙中，以将两个表面相互粘结。该方法可被称为混合金属挤出和粘结(HYB)方法。该方法基于填充/粘结材料的连续挤出原理，并且目标是减少或消除与FSW方法和其它现有技术方法有关的过度加热的缺点。HYB方法背后的基本思路是能够实现铝构件的固态连接而不像传统熔焊和FSW中那样导致弱/软焊接区形成。这种HYB方法需要挤出/填充材料。这是因为其利用连续挤出作为在高压下将来自挤出机的填充金属(FM)压挤到待连接的两个板之间的坡口(groove)中以实现金属粘结的技术手段。填充金属被广泛用于熔焊。例如，在铝合金的MIG焊接中，三种不同类型的填充材料是可商购的；纯铝、具有约5wt％Si的硅铝合金以及具有约5wt％Mg的铝镁合金(其中一些还可含有上至1wt％的Mn)。后者关于Si或Mg被高度过度合金(overalloy)，以降低焊接期间固化开裂的风险。如果填充金属组成与待连接构件中至少一个的基础金属组成相似，则固化裂纹将不可避免地在融合区中形成。在铝合金的固态焊接(包括FSW)中，如上所述，是不使用填充金属的。因此，专用于具体固态连接应用的填充金属不是可商购的。取而代之，必须在产生需求的时候对其进行开发。已经发现用于熔焊的填充材料不适合用于HYB方法。因此，需要可以用于HYB方法的填充材料以提供牢固和可靠的连接。
技术实现思路
在第一方面，本专利技术提供了用于混合金属挤出和粘结方法的铝挤出材料，其中该挤出材料的组成包括：0至0.25wt％的铁；至少0.05wt％的弥散体形成元素，其中弥散体形成元素包括0至1.2wt％的锰、0至0.25wt％的铬、0至0.25wt％的锆和0至0.25wt％的钪；和，除了当铝挤出材料的铝合金属于2xxx系列时，0至0.05wt％的铜，其中挤出材料的微结构是变形的微结构；并且其中挤出材料的纳米结构包括具有错位(dislocation)和弥散体的铝基质，并且其中在铝基质中合金元素的大多数在固溶体中。挤出材料是将在使用中被挤出的材料，即其是待挤出的材料。挤出材料可以是丝。挤出材料可被称为填充丝，尤其是利用混合金属挤出和粘结方法将两个构件连接在一起时。混合金属挤出和粘结方法可以连接两个铝构件，即填充丝可用于连接两个铝构件的混合金属挤出和粘结方法中。填充丝的组成可与待连接的铝构件中至少一个的组成属于相同的铝合金系列。在第二方面，本专利技术提供了用于制造用于混合金属挤出和粘结方法的铝挤出材料的铝条(aluminumrod)，其中铝条的组成包括：0至0.25wt％的铁；至少0.05wt％的弥散体形成元素，其中弥散体形成元素包括0至1.2wt％的锰、0至0.25wt％的铬、0至0.25wt％的锆和0至0.25wt％的钪；和，除了当铝条的铝合金属于2xxx系列时，0至0.05wt％的铜，其中铝条的微结构是变形的微结构；并且其中铝条的纳米结构包括具有错位和弥散体的铝基质，并且其中在铝基质中合金元素的大多数在固溶体中。混合金属挤出和粘结方法可以连接两个铝构件。铝条的组成可与铝构件中至少一个的组成属于相同的铝合金系列。在第三方面，本专利技术提供了用于通过混合金属挤出和粘结方法连接两个铝构件的系统，系统包括：待连接的两个铝构件；和铝填充丝；其中填充丝的组成与铝构件中至少一个的组成属于相同的铝合金系列；其中填充丝的组成包括：0至0.25wt％的铁；至少0.05wt％的弥散体形成元素，其中弥散体形成元素包括0至1.2wt％的锰、0至0.25wt％的铬、0至0.25wt％的锆和0至0.25wt％的钪；和，除了当铝填充丝的铝合金属于2xxx系列时，0至0.05wt％的铜，其中填充丝的微结构是变形的微结构；并且其中填充丝的纳米结构包括具有错位和弥散体的铝基质，并且其中在铝基质中合金元素的大多数在固溶体中。在另一方面，本专利技术可提供用于通过混合金属挤出和粘结方法将挤出材料粘结至构件的系统，系统包括：挤出材料所要沉积和粘结其上的构件；和铝挤出材料；其中挤出材料的组成包括：0至0.25wt％的铁；至少0.05wt％的弥散体形成元素，其中弥散体形成元素包括0至1.2wt％的锰、0至0.25wt％的铬、0至0.25wt％的锆和0至0.25wt％的钪；和，除了当铝挤出材料的铝合金属于2xxx系列时，0至0.05wt％的铜，其中挤出材料的微结构是变形的微结构；并且其中挤出材料的纳米结构包括具有错位和弥散体的铝基质，并且其中在铝基质中合金元素的大多数在固溶体中。当构件是由铝制成本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于混合金属挤出和粘结方法的铝挤出材料，其中所述挤出材料的组成包括：0至0.25wt％的铁；至少0.05wt％的弥散体形成元素，其中所述弥散体形成元素包括0至1.2wt％的锰、0至0.25wt％的铬、0至0.25wt％的锆和0至0.25wt％的钪；和，除了当所述铝挤出材料的铝合金属于2xxx系列时，0至0.05wt％的铜，其中所述挤出材料的微结构是变形的微结构；以及其中所述挤出材料的纳米结构包括具有错位和弥散体的铝基质，并且其中在所述铝基质中合金元素的大多数在固溶体中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.05.14 GB 1508278.71.用于混合金属挤出和粘结方法的铝挤出材料，其中所述挤出材料的组成包括：0至0.25wt％的铁；至少0.05wt％的弥散体形成元素，其中所述弥散体形成元素包括0至1.2wt％的锰、0至0.25wt％的铬、0至0.25wt％的锆和0至0.25wt％的钪；和，除了当所述铝挤出材料的铝合金属于2xxx系列时，0至0.05wt％的铜，其中所述挤出材料的微结构是变形的微结构；以及其中所述挤出材料的纳米结构包括具有错位和弥散体的铝基质，并且其中在所述铝基质中合金元素的大多数在固溶体中。2.根据权利要求1所述的铝挤出材料，其中所述挤出材料的纳米结构包括小铁粒子。3.根据权利要求1或2所述的铝挤出材料，其中所述纳米结构不含富溶质的亚稳沉淀物、大铁粒子和粗糙富溶质平衡相。4.根据权利要求1、2或3所述的铝挤出材料，其中所述微结构不是再结晶的微结构。5.根据任一前述权利要求所述的铝挤出材料，其中所述微结构的颗粒的长宽比为至少5：1。6.根据任一前述权利要求所述的铝挤出材料，其中所述挤出材料包括颗粒细化剂。7.根据任一前述权利要求所述的铝挤出材料，其中所述挤出材料是填充丝。8.根据任一前述权利要求所述的铝挤出材料，其中所述混合金属挤出和粘结方法是连接两个构件的混合金属挤出和粘结方法。9.根据权利要求8所述的铝挤出材料，其中所述构件中的至少一个是铝构件，并且其中所述挤出材料的组成与所述铝构件中至少一个的组成属于相同的铝合金系列。10.根据任一前述权利要求所述的铝挤出材料，其中所述混合金属挤出和粘结方法用于将挤出的挤出材料沉积和粘结在基件上。11.根据任一前述权利要求所述的铝挤出材料，其中所述基件是铝构件，并且其中所述挤出材料的组成与所述铝构件的组成属于相同的铝合金系列。12.通过混合金属挤出和粘结方法连接来连接两个铝构件的系统，所述系统包括：待连接的两个构件；和根据任一前述权利要求所述的铝挤出材料。13.根据权利要求12所述的连接两个铝构件的系统，其中所述构件中的至少一个是铝构件。14.用于将挤出材料粘结到构件上的系统，所述系统包括：所述挤出材料所要沉积和粘结其上的构件；和根据权利要求1至11中任一项所述的挤出材料。15.用于制造用于混合金属挤出和粘结方法的铝挤出材料的铝条，其中所述铝条的组成包括：0至0.25wt％的铁；至少0.05wt％的弥散体形成元素，其中所述弥散体形成元素包括0至1.2wt％的锰、0至0.25wt％的铬、0至0.25wt％的锆和0至0.25wt％的钪；和，除了当所述铝条的铝合金属于2xxx系列时，0至0.05wt％的铜，其中所述铝条的微结构是变形的微结构；和其中所述铝条的纳米结构包括具有错位和弥散体的铝基质，并且其中在所述铝基质中合金元素的大多数在固溶体中。16.根据权利要求15所述的铝条，其中所述铝条的纳米结构包括小铁粒子。17.根据权利要求15或16所述的铝条，其中所述纳米结构不含富溶质的亚稳沉淀物、大铁粒子和粗糙富溶质平衡相。18.根据权利要求15、16或17所述的铝条，其中所述微结构不是再结晶的微结构。19.根据权利要求15至18中任一项所述的铝条，其中所述微结构的颗粒的长宽比为至少5：1。20.根据权利要求15至19中任一项所述的铝条，其中所述铝条包括颗粒细化剂。21.根据权利要求15至20中任一项所述的铝条，其中所述挤出材料是填充丝。22.根据权利要求15至21中任一项所述的铝条，其中所述混合金属挤出和粘结方法是连接两个构件的混合金属挤出和粘结方法。23.根据权利要求15至22中任一项所述的铝条，其中所述构件中的至少一个是铝构件，并且其中所述挤出材料的组成与所述铝构件中至少一个的组成属于相同的铝合金系列。24.根据权利要求15至23中任一项所述的铝条，其中所述混合金属挤出和粘结方法用于将挤出的挤出材料沉积和粘结在基件上。25.根据权利要求24所述的铝条，其中所述基件是铝构件，并且其中所述挤出材料的组成与所述铝构件的组成属于相同的铝合金系列。26.接头，所述接头包括：两个铝构件；和其之间的铝填充材料，其中所述铝构件已利用混合金属挤出和粘结方法被所述填充材料连接在一起，其中所述填充材料的组成与所述铝构件中至少一个的组成属于相同的铝合金系列；其中所述填充材料的组成包括：0至0.25wt％的铁；至少0.05wt％的弥散体形成元素，其中所述弥散体形成元素包括0至1.2wt％的锰、0至0.25wt％的铬、0至0.25wt％的锆和0至0.25wt％的钪；和，除了当所述铝填充材料的铝合金属于2xxx系列时，0至0.05wt％的铜，其中所述填充材料的微结构是变形的微结构；和其中所述填充材料的纳米结构包括具有错位和弥散体的铝基质，并且其中在所述铝基质中合金元素的大多数在固溶体中。27.根据权利要求26所述的接头，其中所述填充材料已通过挤出根据权利要求1至11中任一项所述的挤出材料而形成。28.制造铝条的方法，所述铝条用于制造用于混合金属挤出和粘结过程的挤压材料，所述方法包括：提供铝熔体，其中所述铝熔体的组成包括0至0.25wt％的铁；至少0.05wt％的弥散体形成元素，其中所述弥散体形成元素包括0至1.2wt％的锰、0至0.25wt％的铬、0至0.25wt％的锆和0至0.25wt％的钪；和，除了当所述铝条的铝合金属于2xxx系列时，0至0.05wt％的铜；铸造所述铝熔体以产生铝坯料，使所述铝坯料均质化；使所述坯料热变形以形成所述铝条；和使所述铝条淬火，其中淬火的所述铝条的微结构是变形的微结构；和其中淬火的所述铝条的纳米结构包括具有错位和弥散体的铝基质，并且其中在所述铝基质中合金元素的大多数在固溶体中。29.根据权利要求28所述的方法，其中所述铝熔体由原铝产生。30.根据权利要求28或29所述的方法，其中所述铸造是直接冷铸。31.根据权利要求28、29或30所述的方法，其中均质化温度在所述坯料的铝合金的、通过平衡相图限定的固相线温度和溶线温度之间，并且与所述固相线温度相比更接近所述溶线温度。32.根据权利要求28至31中任一项所述的方法，其中所述坯料在热变形之前通过感应加热被预加热。33.根据权利要求28至32中任一项所述的方法，其中在热变形过程中，所述坯料的温度被控制，以便其保持在所述合金的、通过平衡相图限定的平衡溶线以上。34.根据权利要求28至33中任一项所述的方法，其中所述热变形是热挤出，并且其中最小面积缩减为至少10：1。35.根据权利要求28至33中任一项所述的方法，其中所述热变形是热轧，并且其中面积缩减为至少5：1。36.根据权利要求28至35中任一项所述的方法，其中热变形的所述铝条的直径是预期挤出材料的直径的约1.5至2倍。37.根据权利要求28至36中任一项所述的方法，其中所述挤出材料是填充丝。38.根据权利要求28至37中任一项所述的方法，其中所述混合金属挤出和粘结过程是连接两个构件的混合金属挤出和粘结过程。39.根据权利要求3...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧森·格龙，乌尔夫·罗阿尔·阿肯斯，托尔·古纳尔·奥斯蒂加德，托博约恩·博杰林，
申请(专利权)人：海邦得股份公司，
类型：发明
国别省市：挪威,NO