[发明专利]一种适用于搅拌摩擦焊的压铸铝合金及其制备方法

说明书

本发明属于金属材料及铸造领域，公开了一种适用于搅拌摩擦焊的压铸铝合金及其制备方法，该压铸铝合金按质量百分比计，包括：0.1％～2.0％锌，0.2％～1.0％锡，4.0％～6.5％硅，0.1％～1.5％铜，0.05％～0.2％钪，0.1％～0.5％锰，0.1％～0.3％镁，0.05％～0.3％钛，0.01％～0.1％锶，小于或等于0.20％的不可避免的杂质，余量的铝。本发明通过降低压铸铝合金中硅及铜元素含量，减少搅拌摩擦焊前母材中析出相数量与尺寸，减弱母材硬质析出相对搅拌头的磨损作用，促进搅拌头沿焊接方向顺利行进；同时，添加锡、锌、钪等元素，提高母材及焊缝区域的强度，改善母材的搅拌摩擦焊性能。

技术领域

本发明属于金属材料及铸造技术领域，更具体地，涉及一种适用于搅拌摩擦焊的压铸铝合金及其制备方法。

背景技术

铝合金是当前工业中应用最广泛的轻合金材料。压铸作为一种先进、高效的精密液态成型技术，能够制造出复杂、壁薄的铸件，是铝合金的主要成型制造方法之一。但是，压铸工艺由于其固有的高速充型特征，导致压铸件中含气量高，不能进行热处理强化，更不能使用熔化焊接方法进行焊接，因为熔焊的高温会导致焊接热影响区产生表面鼓泡现象，焊缝和熔合区还会由于气体释放和膨胀而导致严重的气孔缺陷，焊缝性能不佳。搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding，FSW)作为一种先进的固相焊接技术，焊接过程中金属不熔化，工艺温度低、无飞溅、无烟尘且无需填丝，正好弥补了上述熔焊工艺的缺点，有望应用于压铸铝合金的焊接连接，打破压铸件不能焊接连接的限制。

目前国内外还未开发出适用于搅拌摩擦焊的压铸铝合金成分体系。目前已工业应用的压铸铝合金主要是Al-Si系和Al-Mg系合金。在Al-Si系合金中，Si元素是主要的合金元素，Si的加入可提高合金的流动性、抗拉强度、硬度和耐磨性。除Si外，这类合金中的其它合金元素含量较少，已应用的合金牌号有ADC1、YL101、YL102等。为进一步提高Al-Si压铸合金的强度，在Al-Si系合金基础上发展了Al-Si-Mg和Al-Si-Cu系合金。Al-Si-Mg系主要包括ADC3、A360、YL104等，Al-Si-Cu系主要包括ADC10、ADC12、A380、YL112、YL113等合金。虽然在Al-Si-Mg和Al-Si-Cu系合金中引入了Mg或Cu等元素，但在该类合金体系中Si含量仍非常高，关于压铸铝合金的专利所公开的硅含量普遍高于7％，有的甚至达到13％以上，例如CN107739916A和CN111945039A。而高硅添加量会使得压铸铝合金中产生高体积含量及大尺寸硬质析出相(如Si相等)，这不利于搅拌摩擦焊过程中搅拌头的旋转及前进，容易造成搅拌头寿命减弱。同时，搅拌摩擦焊产生的热量易使焊缝及其周边组织粗化，力学性能降低。因此，亟需开发新型压铸铝合金，在保证合金强度的前提下，提高铸件内在质量及对于搅拌摩擦焊的适用性。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种适用于搅拌摩擦焊的压铸铝合金及其制备方法，旨在解决现有压铸铝合金中由于硅含量高而产生高体积含量及大尺寸硬质析出相，从而导致影响搅拌摩擦焊过程中搅拌头的运动，以及对铝合金进行搅拌摩擦焊过程中产生的热量易使焊缝及其周边组织粗化的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种适用于搅拌摩擦焊的压铸铝合金，按照质量百分比计，包括如下组分：

0.1％～2.0％锌，0.2％～1.0％锡，4.0％～6.5％硅，0.1％～1.5％铜，0.05％～0.2％钪，0.1％～0.5％锰，0.1％～0.3％镁，0.05％～0.3％钛，0.01％～0.1％锶，小于或等于0.20％的不可避免的杂质，以及余量的铝。

按照本发明的另一方面，还提供了一种上述适用于搅拌摩擦焊的压铸铝合金的制备方法，包括如下步骤：

S1、按照所述压铸铝合金的组分，选取纯铝、纯锌、纯锡、纯铜、纯镁和中间合金配制原材料，其中，所述中间合金为铝锰合金、铝硅合金、铝钪合金、铝钛合金和铝锶合金；

S2、将所述原材料混合熔炼，获得合金熔体；