一种高熵合金粉末增强镁合金搅拌摩擦焊缝的方法

技术领域

本发明涉及一种搅拌摩擦焊接方法，具体涉及一种高熵合金粉末增强镁合金搅拌摩擦焊缝的方法。

背景技术

搅拌摩擦焊通过高速旋转的搅拌头与待连接材料摩擦产生的热量，使被连接材料软化并相互混合形成致密的固相焊缝。与传统熔焊技术相比，搅拌摩擦焊接过程无烟尘、无弧光，不需要焊丝和保护气体，接头无气孔、裂纹，在航天、航空及汽车制造等领域得到了广泛应用。

铸造镁合金特别是压铸镁合金应用比较广泛。然而，残留很多微气孔是压铸合金产品存在的致命问题，这些气孔因受热而出现聚焦长大，严重地影响了合金的力学性能。因此这类镁合金的熔化焊通常难以获得理想的焊缝。于是，镁合金的摩擦焊成为了关注热点之一。

搅拌摩擦焊镁合金接头的力学性能普遍低于母材，并极易断裂在焊核区的边部；搅拌摩擦焊核区域在一定温度范围内加热保温时还会出现部分晶粒异常长大的现象，晶粒有动态再结晶的现象，晶粒细化，并呈现出细小的等轴晶。同时，镁的化学性质，较为活泼，进一步恶化焊接接头的力学性能。

发明内容

针对现有技术问题，本发明的目的在于提供一种高熵合金粉末增强镁合金搅拌摩擦焊缝的方法，采用电弧熔覆高熵合金粉末制成的预制片，结合搅拌摩擦焊形成高熵合金颗粒加强焊缝，使高熵合金分布均匀，进一步提升焊缝力学性能。

本发明为实现上述目的采用的技术方案为：

一种高熵合金粉末增强镁合金搅拌摩擦焊缝的方法，包括：先将高熵合金粉末压制成高熵合金预制片，再将所述高熵合金预制片熔覆到待焊镁合金板对接缝两侧的表面，完成搅拌摩擦焊。

优选地，所述高熵合金粉末包括但不限于FeCoNiCrMn高熵合金粉末，还包括其他高熵合金粉末，如FeCoNiCrMnCu高熵合金粉末等等。

更优选地，所述FeCoNiCrMn高熵合金粉末是将纯Co粉、Cr粉、Fe粉、Ni粉、Mn粉的按摩尔比1：1：1：1：1配料通过高能球磨工艺合成的。

更优选地，纯Fe粉、Co粉、Ni粉、Cr粉、Mn粉的粒度≥200目，纯度≥99.9wt％。

优选地，所述高熵合金粉末的粒径为10～50μm。

优选地，所述高熵合金预制片厚1mm～1.5mm。

优选地，所述镁合金板包括但不限于az31镁合金板材。

优选地，还包括使用钠水玻璃将所述高熵合金预制片粘结在待焊镁合金板上的对接缝处，并一同放置于充氩的装有足量硅胶干燥剂的干燥箱中阴干。

优选地，利用电弧熔覆技术将所述高熵合金预制片熔覆到待焊镁合金板对接缝两侧的表面。

更优选地，采用电弧喷枪将所述高熵合金预制片熔覆到待焊镁合金板对接缝两侧的表面，再以相同的速度同时将电弧喷枪和搅拌头沿着对接缝向前移动，完成搅拌摩擦焊。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明通过采用高熵合金粉末作为搅拌摩擦焊缝增强材料的方法改善了镁合金搅拌摩擦焊焊缝性能。高熵合金颗粒本身强度和硬度高，由高速搅拌带入焊缝后，能起到显著的强化作用，抵消因高温后自然时效平衡相析出导致的焊缝性能下降。

附图说明

图1为本发明实施例中FeCoNiCrMn高熵合金预制片的制作流程。

图2为本发明采用高熵合金粉末增强搅拌摩擦焊缝的原理示意图，图中：1-电弧喷枪，2-搅拌头，3-对接缝，4、7-焊件，5-熔覆层，6-高熵合金预制片。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合实施例并对照附图对本发明作进一步详细说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

实施例

焊件4和焊件7材料均为AZ31镁合金，用于电弧熔覆的高熵合金粉末材料是纯Co粉、Cr粉、Fe粉、Ni粉、Mn粉通过机械合金化工艺制备的微米级高熵合金粉末。

结合图1和图2，本发明的具体实现过程为：

步骤1：选用纯Co粉、Cr粉、Fe粉、Ni粉、Mn粉，粒度≥200目、纯度≥99.9wt％。根据设计成分使用电子天平(精确到0.001g)称取对应质量金属粉末，按1：1：1：1：1等摩尔比配料，使用搅拌机将粉末混合均匀，再使用模具及液压机使混合粉末形成高熵合金预制片。本实施例中高熵合金预制片尺寸为长100mm，宽8mm，厚1mm～1.5mm。

步骤2：将焊件4和焊件7对接放置并夹紧，使用少量(2～4滴)钠水玻璃将高熵合金预制片6粘结在焊件4和焊件7上的对接缝3处，并一同放置于充氩的装有足量硅胶干燥剂的干燥箱中阴干72小时；

步骤3：将焊接工作件取出，分别移动电弧喷枪1和搅拌摩擦焊搅拌头2至对接缝3上方合适距离，确保他们的中心线分别与对接缝3对齐，且电弧喷枪1在搅拌头2的前方，并与搅拌头2保持较小间距，电弧喷枪1和搅拌头2优选以100～400mm/min的相同速度移动；作为优选，搅拌头2表面设计有非对称螺旋沟槽，其中一侧为正螺旋沟槽，可使材料由上向下流动；另一侧为反螺旋沟槽，可使材料由下向上流动；

步骤4：启动搅拌头2，使搅拌头2以800r/min的转速(转速采用500～1000rpm均可)向下插入焊件4和焊件7的待焊部位，直到搅拌头2的搅拌针与焊件4和焊件7的上表面紧密接触后停止下扎，并保持旋转；

步骤5：启动电弧喷枪1(本实施例中为tig焊喷枪，采用直流电压10V，电流为160A)，将步骤1得到的高熵合金预制片6通过电弧熔覆到焊件4和焊件7的对接缝3两侧上表面，形成熔覆层5；

步骤6：以100～400mm/min的速度同时将电弧喷枪1和搅拌头2沿着对接缝3向前移动；

步骤7：搅拌摩擦焊完成之后，自然冷却。

本实施例镁合金通过搅拌摩擦复合加工后的硬度测试结果见表1：

表1.镁合金通过搅拌摩擦复合加工后的硬度数据图

可见，采用本发明的方法能够明显提升镁合金搅拌摩擦焊缝的力学性能。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为更清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方法予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。