[发明专利]Ni基-药芯焊丝及制备铜-钢基梯度复合材料的方法

说明书

本发明公开的一种Ni基‑药芯焊丝，包括药芯和焊皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成：Ni粉：86％～90％，Mn粉：3％～5％，Si粉：6％～7％，Cu粉：余量，以上组分质量百分比之和为100％。该Ni基‑药芯焊丝，作为过渡层避免了铜‑钢直接连接时，由于两种材料的热物性参数差异而造成的焊接缺陷。本发明还提供一种基于上述Ni基‑药芯焊丝作为过渡层制备铜‑钢基梯度复合材料的方法，该方法解决了现有铜/钢复合材料间由于直接相连而导致的焊接缺陷，能够使得零件由钢侧到铜侧达到梯度形式的结合，以增强异质材料界面的结合能力，提高了复合构件的力学性能。

技术领域

本发明属于金属材料增材制造技术领域，具体涉及一种Ni基-药芯焊丝，还涉及一种基于该Ni基-药芯焊丝作为过渡层制备铜-钢基梯度复合材料的方法。

背景技术

由于我国铜资源的短缺，导致铜及其合金价格逐年提高，并且铜的强度较低易变形，严重制约着其长远发展。钢材在我国年产量逐年增高，价格较低且具有较高的强度及加工性，适用于各种工况条件下的零件材料。若采用铜-钢双金属复合材料来替代单一的纯铜或铜合金的使用是一个不错的选择。这样既可以节约大量的贵金属铜，降低了零件制造成本，还能充分发挥铜优异的耐蚀、隔磁性和钢的高强、易加工性，从而提高了铜/钢复合零件的综合力学性能，具有较好的经济效益和使用范围。但是，铜和钢之间的热物性参数相差较大，如线膨胀系数差异，使得零件易产生焊接热应力；导热系数差异（铜侧散热快），使其在不预热的情况下得不到熔合性较好的焊接接头。因此，采用堆焊的方式制备铜/钢复合结构件具有明显的优势，既可以满足铜侧在无需预热的条件下进行，还能在焊接过程中以梯度结构形式添加过渡材料，以提高铜和钢界面之间的结合能力，提升复合零件的力学性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种Ni基-药芯焊丝，作为过渡层避免了铜-钢直接连接时，由于两种材料的热物性参数差异而造成的焊接缺陷。

本发明的另外一个目的是提供一种基于上述Ni基-药芯焊丝作为过渡层制备铜-钢基梯度复合材料的方法，该方法解决了现有铜/钢复合材料间由于直接相连而导致的焊接缺陷，能够使得零件由钢侧到铜侧达到梯度形式的结合，以增强异质材料界面的结合能力，提高了复合构件的力学性能。

本发明所采用的技术方案是，一种Ni基-药芯焊丝，包括药芯和焊皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成：Ni粉：86%~90%， Mn粉：3%~5%，Si粉：6%~7%，Cu粉：余量，以上组分质量百分比之和为100%。

本发明的特征还在于，

焊皮为纯铜带，药芯焊丝中药芯粉末的填充率为22wt%-25wt%。

本发明所采用的另一个技术方案是，一种基于Ni基-药芯焊丝作为过渡层制备铜-钢基梯度复合材料的方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1：按质量百分比分别称取：Ni粉：86%~90%， Mn粉：3%~5%，Si粉：6%~7%，Cu粉：余量，以上组分质量百分比之和为100%；

将上述称取好的金属粉末作为药芯，以纯铜带作为焊皮，通过焊丝成型机制成所需的Ni基-药芯焊丝；

步骤2：将低碳钢焊丝、纯铜焊丝和步骤1所制备的用于过渡层的Ni基-药芯焊丝分别进行表面处理：清洗-烘干；

步骤3：将碳钢板表面进行机械清理，放入超声波仪器中进行无水乙醇清洗，晾干后放入真空箱式加热炉中进行预热处理；

步骤4：利用熔化极气体保护焊技术，在低碳钢板表面进行逐层堆焊：首先基于低碳钢焊丝堆焊钢层，然后基于Ni基-药芯焊丝堆焊梯度过渡层，最后基于纯铜焊丝堆焊铜层，最终得到铜-钢基梯度复合的薄壁墙体结构。

本发明的特征还在于，

步骤2中，低碳钢焊丝为：CHW50-C6焊丝；纯铜焊丝为：S201焊丝。