[发明专利]一种激光处理提高Al-Zn-Mg铝合金搅拌摩擦焊接头耐蚀性的方法

说明书

本发明属于铝合金搅拌摩擦焊接头表面抗腐蚀技术领域，涉及一种激光处理提高Al‑Zn‑Mg(Cu)铝合金搅拌摩擦焊接头耐蚀性的方法。步骤一：预处理，将待处理接头进行预打磨处理，去除接头的飞边和表面氧化膜。步骤二：配置合金粉末，将合金粉末放入球磨机中进行混合、研磨。步骤三：粉末喷涂，将混合好的合金粉末、粘结剂与酒精的混合溶液均匀喷涂在接头正面待处理区域表面，然后烘干。步骤四：激光合金化，步骤五：在对接头一面进行激光合金化处理后，将接头翻面，对另一面接头待处理区域依次进行步骤三和步骤四的操作。本发明能够在Al‑Zn‑Mg(Cu)铝合金搅拌摩擦焊接头表面制备出与合金化层与基体呈良好的冶金结合、组织均匀致密、表面平整的耐蚀合金化层。

技术领域

本发明属于铝合金搅拌摩擦焊接头表面抗腐蚀技术领域，涉及一种激光处理提高Al-Zn-Mg(Cu)铝合金搅拌摩擦焊接头耐蚀性的方法。

背景技术

由于铝合金的密度低、强度高、塑性好、和易成型等优点，是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料。Al-Zn-Mg(Cu)系铝合金是Al-Zn-Mg(Cu)可热处理强化型铝合金，该合金具有高比强度、高比刚度、优良的延展性以及加工性能优异等特点，广泛应用于航空航天、轨道交通、动力能源等诸多领域。由于Al-Zn-Mg(Cu)系铝合金的主要强化相MgZn₂的化学活性较高，导致Al-Zn-Mg(Cu)铝合金的耐蚀性较差。

搅拌摩擦焊(简称FSW)是一种新型固相连接技术，相比较传统的熔焊工艺，具有力学性能更高，变形小和环保无污染等优点，Al-Zn-Mg(Cu)铝合金搅拌摩擦焊接头的抗拉强度可达到母材抗拉强度的90％左右。但是Al-Zn-Mg(Cu)铝合金搅拌摩擦焊接结构件的实际应用和研究中发现，由于在搅拌摩擦焊接过程中不同区域受到搅拌和热循环影响的程度不同，使得接头各微区显微组织存在较大差异。特别是接头的热机影响区和热影响区晶界处的η析出相尺寸和分布状态将会发生改变，导致微区的耐蚀性恶化，而且铝合金中存在的大量结晶相也会诱发铝合金点蚀，并随着时间的延长发展成晶间腐蚀、剥落腐蚀等其他腐蚀形式，这对于Al-Zn-Mg(Cu)铝合金搅拌摩擦焊接结构件使用的安全性将带来很大的隐患。因此，提高Al-Zn-Mg(Cu)系高强铝合金搅拌摩擦焊接头的耐蚀性，这对于提高Al-Zn-Mg(Cu)系高强铝合金焊接结构件的可靠性和安全性具有重要的意义。

目前，关于提高Al-Zn-Mg(Cu)系高强铝合金搅拌摩擦焊接头耐蚀性的方法主要有热处理、冷喷涂、微弧氧化等。中国专利201310240156.2中公开了一种热处理改善高强铝合金焊接接头抗腐蚀性能的方法。主要是通过焊后固溶和人工时效处理，改变焊接接头的组织形态，从而提高接头的抗腐蚀性能。但这种方法不适合处理尺寸较大的工件，且耗时较长，效率不高。中国专利201310517252.7中公开了一种高速列车铝合金焊接接头的微弧氧化耐腐防护方法。主要是采用微弧氧化技术对接头进行处理，使得接头局部区域发生反应，形成陶瓷层来提高接头的耐蚀性。但这种方法需要的电压非常大，操作时存在较大的安全隐患，且制备的陶瓷涂层与铝合金的性能差异较大，在应力存在时，陶瓷层容易发生开裂，起不到保护的效果。西北工业大学的李文亚提出采用冷喷技术对铝合金搅拌摩擦焊接头的进行处理，在接头表面制备出耐蚀性较好的纯铝涂层来提高接头的耐蚀性。但由于该方法生产环境限制因素较多且制备的涂层不是冶金结合，导致涂层易发生脱落失效。

激光合金化技术是通过在基材表面加入合金粉末材料，并利用激光高能束加热使合金粉末材料与基体表层一起迅速熔化、凝固，在基材表面形成合金化改性层。因此，本发明对铝合金搅拌摩擦焊接头进行激光合金化处理，获得与基体形成冶金结合的高性能的耐蚀涂层，且高能量的激光束将会使接头近表面存在的结晶相瞬间溶解，从而提高接头的耐蚀性能。

发明内容

本发明提供了一种激光处理提高Al-Zn-Mg(Cu)铝合金搅拌摩擦焊接头耐蚀性的方法，使得Al-Zn-Mg(Cu)铝合金搅拌摩擦焊接头表面形成与基体冶金结合的高性能的耐蚀层，提高其耐蚀性，该方法简单可行，快速高效。