一种铝基石墨烯复合材料及其制备方法、焊接接头和铝合金的焊接方法技术

本发明专利技术提供了一种铝基石墨烯复合材料的制备方法，包括：将铝粉和石墨烯混合后进行磨制，得到混合物；将所述混合物进行烧结后轧制，得到铝基石墨烯复合材料。本发明专利技术提供了一种铝合金的焊接方法，包括：在两块铝合金母材之间预置铝基石墨烯复合材料，在交变磁场的作用下，将所述两块铝合金母材通过铝基石墨烯材料进行焊接。本发明专利技术中的交变磁场能够在熔池中形成涡流进而充分搅拌熔池，使石墨烯在焊接熔池内均匀分布同时促进气孔溢出，而预置在铝合金母材之间的铝基石墨烯复合材料在焊接过程中进入焊接熔池后，石墨烯作为强化相，提高了焊接接头的力学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种铝基石墨烯复合材料及其制备方法、焊接接头和铝合金的焊接方法
本专利技术涉及焊接
，尤其涉及一种铝基石墨烯复合材料及其制备方法、焊接接头和铝合金的焊接方法。
技术介绍
在能源短缺、环境污染不断加重的背景下，进一步降低能源消耗对汽车的生产制造提出了更高的要求。其中汽车轻量化技术是一项重要技术，调查显示，汽车重量每降低10.0％，油耗可降低6.0％。铝合金作为一种具备多种优良性能的轻质材料，成为目前汽车轻量化技术发展中的首选材料。车身中各个部件的连接不可避免的会涉及焊接问题，由于铝合金独特的物理化学特性，在焊接过程中容易产生一系列的焊接问题，例如气孔、裂纹以及焊缝处强化相回熔导致强度下降等。现有技术通过复合热源的方法解决了热量输入量大、变形严重、熔池容易溢出或熔塌的问题，但是这种方法对于铝合金焊接接头的焊缝出现的明显软化问题无法解决。在铝合金焊接过程中，由于其峰值温度高且冷却时间很短，导致焊缝处强化相回熔后，来不及析出导致焊缝出现明显软化现象，最终在拉伸试验中断裂在焊缝处，力学性能急剧下降。因此，在实际生产过程中，需要通过焊后热处理的方式使强化相再析出，但是这种方法工序繁多，大大降低了生产效率。因此，如何采用简单工艺提高铝合金焊接接头的强度成为本领域技术人员关注的焦点。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种铝基石墨烯复合材料及其制备方法、焊接接头和铝合金的焊接方法，本专利技术提供的焊接方法能够使焊接后的铝合金焊接接头具有较高的强度。本专利技术提供了一种铝基石墨烯复合材料，包括铝和石墨烯；所述铝和石墨烯的质量比为(98.5～99.5):(0.5～1.5)。在本专利技术中，所述铝和石墨烯的质量比优选为(98.8～99.2)：(0.8～1.2)，更优选为99:1。在本专利技术中，所述铝基石墨烯复合材料优选为片状铝基石墨烯复合材料；所述片状铝基石墨烯复合材料的厚度优选为1～3mm，更优选为1.5～2.5mm，最优选为2mm。本专利技术提供了一种铝基石墨烯复合材料的制备方法，包括：将铝粉和石墨烯混合后进行磨制，得到混合物；将所述混合物进行烧结后轧制，得到铝基石墨烯复合材料。本专利技术对所述铝粉和石墨烯的种类和来源没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的铝粉和石墨烯即可，可由市场购买获得。在本专利技术中，所述铝粉的纯度优选≥99.5％，更优选≥99.7％，最优选为99.9％。在本专利技术中，所述铝粉和石墨烯的用量比例与上述技术方案所述铝和石墨烯的质量比一致，在此不再赘述。在本专利技术中，所述磨制的方法优选为球磨，本专利技术对所述球磨的具体方法没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的球磨技术方案即可。在本专利技术中，所述球磨的时间优选为1～3小时，更优选为1.5～2.5小时，最优选为2小时。在本专利技术中，所述球磨过程中的转速优选为250～350r/min，最优选为280～320r/min，最优选为300r/min。在本专利技术中，所述磨制后得到的混合物的粒度优选为10～35μm，更优选为20～30μm，最优选为25μm。在本专利技术中，所述烧结的方法优选为放电等离子烧结(SPS)。在本专利技术中，所述烧结的温度优选为570～590℃，更优选为575～585℃，最优选为580℃。在本专利技术中，所述烧结的保温时间优选为6～10min，更优选为7～9min，最优选为8min。在本专利技术中，所述烧结完成后优选随炉冷却再进行轧制。本专利技术对所述轧制的方法没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的轧制的技术方案进行轧制，得到厚度为1～3mm的铝基石墨烯复合材料即可。在本专利技术中，所述轧制优选为多道次轧制；所述轧制道次优选为三次，第一道次轧制压下量优选为20～30％，更优选为27～30％，最优选为28％；第二道次的轧制压下量优选为10～20％，更优选为15～19％，最优选为17％；第三道次的轧制压下量优选为8～12％，更优选为10％。本领域技术人员可根据所需的铝基石墨烯复合材料的厚度对烧结后的产物进行上述多道次轧制。在本专利技术中，所述轧制的温度优选为50～400℃，更优选为100～300℃，最优选为150～250℃。在本专利技术中，所述轧制过程中的轧制力优选为20～30kN，更优选为25kN。本专利技术提供了一种焊接接头，所述焊接接头中含有石墨烯。本专利技术提供的焊接接头的软化程度较低，拉伸断裂位置出现在热影响区或母材。在本专利技术中，所述焊接接头优选为通过下述技术方案所述的铝合金的焊接方法将铝合金焊接后获得的焊接接头。本专利技术提供了一种铝合金的焊接方法，包括：在两块铝合金母材之间预置铝基石墨烯复合材料，在交变磁场的作用下，将所述两块铝合金母材通过铝基石墨烯材料进行焊接。现有技术制备石墨烯与铝的复合材料通常采用机械搅拌的方法进行混合，机械搅拌存在搅拌不均匀，设备耗损及投入成本高的问题，而且机械搅拌在焊接过程中无法实现；现有技术中也未公开任何如何使石墨烯在焊接过程中分布均匀的相关报道。石墨烯因其比表面积大，在焊接过程中很难进入焊缝中，同时易出现团聚现象，大大降低其性能，因此需要石墨烯均匀分布在焊缝中才能实现提高焊缝强度的目的。现有技术中通过将石墨烯注入铝溶液中利用螺旋搅拌器进行充分搅拌，实现石墨烯的均匀分布，但是对于焊接工艺而言无法在焊接过程中实现机械搅拌。本专利技术通过采用交变磁场的方式对预置有铝基石墨烯复合材料的铝合金进行焊接，在焊接过程中利用交变磁场对焊接熔池进行搅拌，利用交变磁场特性在熔池表面形成涡流，一方面增加熔池搅拌促进石墨烯进入熔池并均匀分布，另一方面促进气孔的上浮减少气孔率。本专利技术利用焊缝中均匀分布的石墨烯作为强化相提高焊缝的强度，最终获得无明显气孔、强度较高的铝合金焊接接头。本专利技术提供的方法避免了针对焊缝处强化相的回熔导致强度下降需要进行的焊后热处理，而且通过采用热输入较低的CMT焊接工艺能够尽量降低热影响区的强化相回熔和焊后热变形。本专利技术提供的方法能够提高焊接接头的力学性能和生产效率，对完善铝合金焊接技术具有重大意义。在本专利技术中，所述铝合金母材优选铝合金板材；所述铝合金板材的厚度优选为1～6mm，更优选为2～5mm，最优选为3～4mm。在本专利技术中，所述铝合金母材优选为变形铝合金，更优选为6系变形铝合金。在本专利技术中，所述铝合金母材在焊接之前优选经过打磨和去污。在本专利技术中，所述打磨的方法优选为机械打磨以去除铝合金母材表面的氧化膜。在本专利技术中，所述去污的试剂优选为丙酮，去除铝合金母材表面的油污。在本专利技术中，预置在所述两块铝合金母材之间的铝基石墨烯复合材料与两块铝合金母材之间优选不留间隙。在本专利技术中，优选采用焊接卡具将铝合金母材固定。在本专利技术中，所述铝基石墨烯复合材料与上述技术方案所述铝基石墨烯复合材料一致，在此不再赘述。在本专利技术中，所述铝基石墨烯复合材料优选为板状铝基石墨烯复合材料；所述板状铝基石墨烯复合材料的厚度优选为1～3mm。对于铝合金焊接而言，得到性能良好的焊接接头的关键在于提高焊缝强度并减少焊缝气孔率，通过在焊接过程中加入额外的强化相，可实现提高焊缝强度的目的。石墨烯是已知强度最高的材料，其熔点约4125～5000K可保证在焊接过程中不断被熔化，从而不发生同素异形体转变可在焊缝处形成强化相。在本专利技术中，所述交变磁场优选设置在铝基石墨烯复合材料的下方，更优选设置在铝基石墨烯复合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铝基石墨烯复合材料，包括：铝和石墨烯；所述铝和石墨烯的质量比为(98.5～99.5):(0.5～1.5)。

【技术特征摘要】
1.一种铝基石墨烯复合材料，包括：铝和石墨烯；所述铝和石墨烯的质量比为(98.5～99.5):(0.5～1.5)。2.根据权利要求1所述的铝基石墨烯复合材料，其特征在于，所述铝基石墨烯复合材料为片状铝基石墨烯复合材料；所述片状铝基石墨烯复合材料的厚度为1～3mm。3.一种铝基石墨烯复合材料的制备方法，包括：将铝粉和石墨烯混合后进行磨制，得到混合物；将所述混合物进行烧结后轧制，得到铝基石墨烯复合材料。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述磨制的方法为球磨；所述球磨的时间为1～3小时；所述球磨过程中的转速为250～350r/min。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述烧结的方法为放电等离子烧结；所述烧结的温度为570～590℃；所述烧结的保温时间为6～10min。6....

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓南，环鹏程，陈夏明，余秋香，齐宵楠，胡增荣，翁文凭，李震，董其鹏，秦简，张海，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32