本发明涉及一种焊丝线材的制备方法，具体涉及一种新型纳米陶铝复合铝合金焊丝及制备方法。
背景技术：
铝合金作为一种轻质高比强度的合金，广泛应用于航空航天及汽车等领域。目前，随着轻量化的需求，使得铝合金的应用愈加迫切，并且随着铝合金及高效自动化焊接技术在高端军民用轻量化装备上的大量应用，对铝合金焊接材料的质量和性能要求越来越高。尤其是需要提高焊接效率的条件下，不断提高焊口的性能和质量。焊丝晶粒越细，焊丝的性能越好。采用纳米技术不仅可以获得细晶焊丝，而且可以获得细晶焊缝，提高焊缝的强度和塑性。为此，采用新技术开发细晶焊丝是铝合金焊丝的发展方向。内生纳米尺寸的tib2陶瓷颗粒，与铝合金熔体界面润湿性好，在中间合金内分散良好的纳米颗粒在铝熔体中逐步分散，作为铝合金的异质形核核心，细化熔池内微观组织，并且微量的纳米尺寸陶瓷颗粒还可以分散于ɑ-al枝晶的固液界面前沿，阻止ɑ-al枝晶的生长，有利于焊口得到细晶组织，提高焊接效率和焊接质量，显著的强化焊口的力学性能。同时本专利涉及制备工艺易控制，对于铝合金焊口的组织细化和力学性能的强化具有重要的现实意义，具有重要的实际应用价值和工业应用前景。
技术实现要素：
本发明所要解决的是提供一种新型纳米陶铝复合铝合金焊丝及制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种新型纳米陶铝复合铝合金焊丝及制备方法，包括以下步骤：
(1)内生纳米tib2/al中间合金的制备：
(1a)硼粉球磨活化预处理：将硼粉放入球磨罐中，用球磨机将硼粉以200-300r/min的速度球磨活化处理1-3h；
(1b)反应压坯的制备：
ⅰ.称取所需的粒度约13-48μm的铝粉，球磨处理后粒度为0.5-1μm的硼粉以及粒度为13-45μm的钛粉备用；
ⅱ.将铝粉、钛粉、硼粉按以下几种配比配制成100g混合粉末制成al–ti–b压坯，其中，ti/b质量比为2.22:和1.85:1；ti/b摩尔比为1:2和1:2.4；铝粉的含量为90-70wt.％；钛粉含量为6.88-19.45wt.％；硼粉含量为3.12-10.55wt.％；
①al–ti–b体系中反应生成纳米tib2陶瓷颗粒的质量分数为10wt.％，其中，ti/b质量比为2.22:1；ti/b摩尔比为1:2；体系中铝粉、钛粉、硼粉各自重量分别为：铝粉：90克；钛粉：6.88克；硼粉：3.12克；配制成100克混合粉末；
②al–ti–b体系中反应生成纳米tib2陶瓷颗粒的质量分数为20wt.％；其中，ti/b质量比为1.85:1；ti/b摩尔比为1:2.4；体系中铝粉、钛粉、硼粉各自重量分别为：铝粉：80克；钛粉：12.97克；硼粉：7.03克；配制成100克混合粉末；
③al–ti–b体系中反应生成纳米tib2陶瓷颗粒的质量分数为30wt.％，其中，ti/b质量比为1.85:1；ti/b摩尔比为1:2.4；体系中铝粉、钛粉、硼粉各自重量分别为：铝粉：70克；钛粉：19.45克；硼粉：10.55克；配制成100克混合粉末；
ⅲ.将配制好的不同组分的粉料与氧化锆磨球放入混料机中，罐中盛有直径分别为5mm、7mm、11mm、15mm、20mm、22mm的zro2球，每种10个，zro2球质量共800g；混料机以30-60r/min的速度均匀混合8-32h；其中氧化锆磨球和混合粉末的质量比是8:1；
ⅳ.将球磨混料的粉料取出，将球磨混好的粉料用铝箔包好，在液压机上冷压制成φ30圆柱形压坯，高35-45mm；致密度为60-75％；
(1c)压坯烧结原位反应：
ⅰ.用石墨纸将步骤(1b)中制得的φ30圆柱形压坯包裹好放入到石墨模具中；
ⅱ.将石墨模具和φ30圆柱形压坯放入到真空热爆炉中，关闭炉门，后抽真空至炉内压力低于10pa；
ⅲ.开始加热，加热速度设置为25-40k/min；加热升温至1183k,然后将温度降到1073k后保温10min，保温过程中同时对圆柱形压坯施加轴向25-55mpa压力，保压时间20-60s；反应后并经轴向压力致密化的圆柱形陶铝复合随炉在真空中冷却至室温，制得内生纳米tib2/al中间合金；
(2)含有纳米tib2颗粒铝合金铸锭的制备：
(2a)按照铝合金的成分为：mg：4.5wt.％～6.6wt.％；mn：0.4wt.％～0.85wt.％；si：0.01wt.％～0.045wt.％；fe：0.01wt.％～0.20wt.％；cu：0.01wt.％～0.15wt.％；zn：0.01wt.％～0.22wt.％；ti：0.12wt.％～0.32wt.％；be：0.0001wt.％～0.0003wt.％；余量为al，配置铝合金，将配置铝合金的原料一起加入到干燥的熔炼炉中，加热到温度为1023-1073k条件下熔炼1h～2h，得到铝合金熔液；
(2b)随后加入纳米尺度内生tib2/al中间合金，纳米tib2陶瓷颗粒实际加入量为0.01wt.％-0.7wt.％，机械搅拌2-4min；
(2c)将超声波探头接触至液面保温5min后，下降探头至液面以下100-150mm并保温5min；随后开启超声波设备，振动3-8min；
(2d)加入0.05-0.10wt.％的清渣剂对合金液进行精炼除渣，打渣处理后保温5min；
(2e)将超声处理后的铝合金溶液在温度在1003k-1023k下铸造成坯、铸造速度为100mm/min～120mm/min；冷却水强度为0.05mpa～0.08mpa；冷却水温度为283k-303k；铸造成直径为105mm的含有纳米tib2颗粒铝合金铸锭；
(3)铸锭均匀化处理：
(3a)将步骤二中制备得到的铸锭切断，断后的铸锭长度为400mm，再将铸锭表面的氧化皮车削掉，制得直径为100mm的铝合金铸锭；
(3b)进行均匀化退火处理，退火温度为773k-803k，保温时间为20h-22h，得到铝合金铸锭；
(4)含有纳米tib2颗粒铝合金热挤压塑性成型：
(4a)将步骤三中经均匀化处理后的含有纳米tib2颗粒铝合金放入电阻炉中加热至673k-733k，保温1h-3h；
(4b)再放入挤压机中，温度为673k-723k条件下进行热挤压塑性成型，制得线材毛料；挤压比为15:1；
(5)步骤五，铝合金焊丝线材拉拔成型：
(5a)将步骤四制得的线材毛料在温度为653k-703k条件下保温1.5h～2.5h，然后以25-30k/h的速度降温冷却至543k以下，然后空冷至室温；
(5b)将线材进行第一次拉拔，拉拔至直径为6.3mm～6.4mm的线材，将线材进行中间退火，退火温度为653k-703k，保温时间1.5h～2.5h，然后以25-30k/h的速度降温冷却至543k以下，然后空冷至室温；
(5c)再将线材进行第二次拉拔，拉伸至直径为6.0mm～6.1mm的线材，将线材进行中间退火，退火温度为653k-703k，保温时间1.5h～2.5h，然后以25-30k/h的速度降温冷却至543k以下，然后空冷至室温；
(5d)重复步骤4c，共进行16～25道次拉拔和中间退火工艺，每道次拉拔面收缩率为5～5.5％，并且，每道次的变形量一致；最终制得1.85mm～3.0mm直径纳米陶铝复合铝合金焊丝。
本发明的有益效果是：本发明涉及一种新型纳米陶铝复合铝合金焊丝及制备方法，包括以下五个步骤：(1)内生纳米tib2/al中间合金的制备；(2)含有纳米tib2颗粒铝合金铸锭的制备；(3)铸锭均匀化处理；(4)含有纳米tib2颗粒铝合金热挤压塑性成型；(5)铝合金焊丝线材拉拔成型。本发明是要解决现有制备工艺及成分组成所生产的铝合金焊丝焊接性能低的问题。本发明涉及的技术方案是通过在铝合金熔体中加入内生纳米tib2/al中间合金，在铝合金熔体内引入在已经分散的纳米尺寸tib2颗粒，制备一种新型含有微量纳米陶瓷颗粒的铝合金焊丝线材，纳米尺寸陶瓷颗粒可以促进熔池内金属异质形核，细化焊缝组织，提高焊接效率和焊接质量，显著的强化焊口的力学性能。本发明用于制备高性能铝合金焊丝，步骤简单且效果显著，具有重要的实际应用价值。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创新特征、达成目的易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。以下的描述为示例性的，并非对本发明的限制，任何的其他类似情形也都落入本发明的保护范围之中。
实施例1：
本实施例中一种新型纳米陶铝复合铝合金焊丝及制备方法，包括以下步骤：
(1)步骤一，内生纳米tib2/al中间合金的制备：
(1a)硼粉球磨活化预处理：
将硼粉放入球磨罐中，用球磨机将硼粉以200r/min的速度球磨活化处理1h。
(1b)反应压坯的制备：
ⅰ.称取一定量所需的粒度约13μm的铝粉，球磨处理后粒度约为0.5-1μm的硼粉以及粒度约为13μm的钛粉备用。
ⅱ.将铝粉、钛粉、硼粉分别按照各自重量分别为：铝粉：90克；钛粉：6.88克；硼粉：3.12克；配制成100克混合粉末。混合粉末制成al–ti–b压坯。al–ti–b体系中反应生成纳米tib2陶瓷颗粒(ti/b质量比为2.22:1；ti/b摩尔比为1:2)的质量分数为10wt.％。
ⅲ.将配制好的不同组分的粉料与氧化锆磨球放入混料机中，罐中盛有直径分别为5mm、7mm、11mm、15mm、20mm、22mm的zro2球，每种10个，zro2球质量共800g。混料机以30r/min的速度均匀混合8h；其中氧化锆磨球和混合粉末的质量比是8:1；
ⅳ.将球磨混料的粉料取出，将球磨混好的粉料用铝箔包好，在液压机上冷压制成φ30圆柱形压坯，高35mm；致密度为75％。
(1c)压坯烧结原位反应：
ⅰ.用石墨纸将步骤(1b)中制得的φ30圆柱形压坯包裹好放入到石墨模具中；
ⅱ.将石墨模具和φ30圆柱形压坯放入到真空热爆炉中，关闭炉门，后抽真空至炉内压力低于10pa；
ⅲ.开始加热，加热速度设置为40k/min；加热升温至1183k,然后将温度降到1073k后保温10min，保温过程中同时对圆柱形压坯施加轴向55mpa压力，保压时间60s；反应后并经轴向压力致密化的圆柱形陶铝复合随炉在真空中冷却至室温，制得内生纳米tib2/al中间合金。
(2)步骤二，含有纳米tib2颗粒铝合金铸锭的制备：
(2a)按照铝合金的成分为：按照铝合金的成分为：si：10.8wt.％；fe：0.10wt.％；cu：0.15wt.％；mn：0.05wt.％；mg：0.12wt.％；zn：0.03wt.％；ti：0.05wt.％；be：0.0001wt.％～0.0003wt.％；余量为al，配置铝合金，将配置铝合金的原料一起加入到干燥的熔炼炉中，加热到温度为1023k条件下熔炼1h，得到铝合金熔液；
(2b)随后加入纳米尺度内生tib2/al中间合金，纳米tib2陶瓷颗粒实际加入量为0.01wt.％，机械搅拌2min。
(2c)将超声波探头接触至液面保温5min后，下降探头至液面以下100mm并保温5min；随后开启超声波设备，振动3min。
(2d)加入0.05wt.％的清渣剂对合金液进行精炼除渣，打渣处理后保温5min；
(2e)将超声处理后的铝合金溶液在温度在1003k下铸造成坯、铸造速度为100mm/min；冷却水强度为0.05mpa；冷却水温度为283k-303k；铸造成直径为105mm的含有纳米tib2颗粒铝合金铸锭；
(3)步骤三，铸锭均匀化处理：
(3a)将步骤二中制备得到的铸锭切断，断后的铸锭长度为400mm，再将铸锭表面的氧化皮车削掉，制得直径为100mm的铝合金铸锭；
(3b)进行均匀化退火处理，退火温度为773k，保温时间为20h，得到铝合金铸锭；
(4)步骤四，含有纳米tib2颗粒铝合金热挤压塑性成型：
(4a)将步骤三中经均匀化处理后的含有纳米tib2颗粒铝合金放入电阻炉中加热至673k，保温1h；
(4b)再放入挤压机中，温度为673k条件下进行热挤压塑性成型，制得线材毛料；挤压比为15:1。
(5)步骤五，铝合金焊丝线材拉拔成型：
(5a)将步骤四制得的线材毛料在温度为653k条件下保温1.5h，然后以25k/h的速度降温冷却至543k以下，然后空冷至室温；
(5b)将线材进行第一次拉拔，拉拔至直径为6.3mm～6.4mm的线材，将线材进行中间退火，退火温度为653k，保温时间1.5h，然后以25k/h的速度降温冷却至543k以下，然后空冷至室温；
(5c)再将线材进行第二次拉拔，拉伸至直径为6.0mm～6.1mm的线材，将线材进行中间退火，退火温度为653k，保温时间1.5h，然后以25k/h的速度降温冷却至543k以下，然后空冷至室温；
(5d)重复步骤4c，共进行16道次拉拔+中间退火，每道次拉拔面收缩率为5～5.5％，并且，每道次的变形量一致；最终制得2.9mm～3.0mm直径纳米陶铝复合铝合金焊丝。
实施例2：
本实施例中一种新型纳米陶铝复合铝合金焊丝及制备方法，包括以下步骤：
(1)步骤一，内生纳米tib2/al中间合金的制备：
(1a)硼粉球磨活化预处理：
将硼粉放入球磨罐中，用球磨机将硼粉以300r/min的速度球磨活化处理2h。
(1b)反应压坯的制备：
ⅰ.称取一定量所需的粒度约13μm的铝粉，球磨处理后粒度约为0.5-1μm的硼粉以及粒度约为45μm的钛粉备用。
ⅱ.将铝粉、钛粉、硼粉分别按照各自重量分别为：铝粉：80克；钛粉：12.97克；硼粉：7.03克；配制成100克混合粉末。混合粉末制成al–ti–b压坯。al–ti–b体系中反应生成纳米tib2陶瓷颗粒(ti/b质量比为1.85:1；ti/b摩尔比为1:2.4)的质量分数为20wt.％；
ⅲ.将配制好的不同组分的粉料与氧化锆磨球放入混料机中，罐中盛有直径分别为5mm、7mm、11mm、15mm、20mm、22mm的zro2球，每种10个，zro2球质量共800g。混料机以60r/min的速度均匀混合25h；其中氧化锆磨球和混合粉末的质量比是8:1；
ⅳ.将球磨混料的粉料取出，将球磨混好的粉料用铝箔包好，在液压机上冷压制成φ30圆柱形压坯，高35mm；致密度为60％。
(1c)压坯烧结原位反应：
ⅰ.用石墨纸将步骤(1b)中制得的φ30圆柱形压坯包裹好放入到石墨模具中；
ⅱ.将石墨模具和φ30圆柱形压坯放入到真空热爆炉中，关闭炉门，后抽真空至炉内压力低于10pa；
ⅲ.开始加热，加热速度设置为25k/min；加热升温至1183k,然后将温度降到1073k后保温10min，保温过程中同时对圆柱形压坯施加轴向25mpa压力，保压时间20s；反应后并经轴向压力致密化的圆柱形陶铝复合随炉在真空中冷却至室温，制得内生纳米tib2/al中间合金。
(2)步骤二，含有纳米tib2颗粒铝合金铸锭的制备：
(2a)按照铝合金的成分为：si：12.0wt.％；fe：0.35wt.％；cu：0.25wt.％；mn：0.11wt.％；mg：0.20wt.％；zn：0.10wt.％；ti：0.15wt.％；be：0.0001wt.％～0.0003wt.％；余量为al，配置铝合金，将配置铝合金的原料一起加入到干燥的熔炼炉中，加热到温度为1073k条件下熔炼2h，得到铝合金熔液；
(2b)随后加入纳米尺度内生tib2/al中间合金，纳米tib2陶瓷颗粒实际加入量为0.3wt.％，机械搅拌3min。
(2c)将超声波探头接触至液面保温5min后，下降探头至液面以下150mm并保温5min；随后开启超声波设备，振动5min。
(2d)加入0.10wt.％的清渣剂对合金液进行精炼除渣，打渣处理后保温5min；
(2e)将超声处理后的铝合金溶液在温度在1023k下铸造成坯、铸造速度为120mm/min；冷却水强度为0.08mpa；冷却水温度为283k-303k；铸造成直径为105mm的含有纳米tib2颗粒铝合金铸锭；
(3)步骤三，铸锭均匀化处理：
(3a)将步骤二中制备得到的铸锭切断，断后的铸锭长度为400mm，再将铸锭表面的氧化皮车削掉，制得直径为100mm的铝合金铸锭；
(3b)进行均匀化退火处理，退火温度为803k，保温时间为22h，得到铝合金铸锭；
(4)步骤四，含有纳米tib2颗粒铝合金热挤压塑性成型：
(4a)将步骤三中经均匀化处理后的含有纳米tib2颗粒铝合金放入电阻炉中加热至733k，保温2h；
(4b)再放入挤压机中，温度为723k条件下进行热挤压塑性成型，制得线材毛料；挤压比为15:1。
(5)步骤五，铝合金焊丝线材拉拔成型：
(5a)将步骤四制得的线材毛料在温度为703k条件下保温2h，然后以30k/h的速度降温冷却至543k以下，然后空冷至室温；
(5b)将线材进行第一次拉拔，拉拔至直径为6.3mm～6.4mm的线材，将线材进行中间退火，退火温度为703k，保温时间2h，然后以30k/h的速度降温冷却至543k以下，然后空冷至室温；
(5c)再将线材进行第二次拉拔，拉伸至直径为6.0mm～6.1mm的线材，将线材进行中间退火，退火温度为703k，保温时间2h，然后以30k/h的速度降温冷却至543k以下，然后空冷至室温；
(5d)重复步骤4c，共进行22道次拉拔+中间退火，每道次拉拔面收缩率为5～5.5％，并且，每道次的变形量一致；最终制得2.2mm～2.3mm直径纳米陶铝复合铝合金焊丝。
实施例3：
本实施例中一种新型纳米陶铝复合铝合金焊丝及制备方法，包括以下步骤：
(1)步骤一，内生纳米tib2/al中间合金的制备：
(1a)硼粉球磨活化预处理：
将硼粉放入球磨罐中，用球磨机将硼粉以200r/min的速度球磨活化处理3h。
(1b)反应压坯的制备：
ⅰ.称取一定量所需的粒度约48μm的铝粉，球磨处理后粒度约为0.5-1μm的硼粉以及粒度约为13μm的钛粉备用。
ⅱ.将铝粉、钛粉、硼粉分别按照各自重量分别为：铝粉：70克；钛粉：19.45克；硼粉：10.55克；配制成100克混合粉末。混合粉末制成al–ti–b压坯。al–ti–b体系中反应生成纳米tib2陶瓷颗粒(ti/b质量比为1.85:1；ti/b摩尔比为1:2.4)的质量分数为30wt.％。
ⅲ.将配制好的不同组分的粉料与氧化锆磨球放入混料机中，罐中盛有直径分别为5mm、7mm、11mm、15mm、20mm、22mm的zro2球，每种10个，zro2球质量共800g。混料机以60r/min的速度均匀混合32h；其中氧化锆磨球和混合粉末的质量比是8:1；
ⅳ.将球磨混料的粉料取出，将球磨混好的粉料用铝箔包好，在液压机上冷压制成φ30圆柱形压坯，高40mm；致密度为68％。
(1c)压坯烧结原位反应：
ⅰ.用石墨纸将步骤(1b)中制得的φ30圆柱形压坯包裹好放入到石墨模具中；
ⅱ.将石墨模具和φ30圆柱形压坯放入到真空热爆炉中，关闭炉门，后抽真空至炉内压力低于10pa；
ⅲ.开始加热，加热速度设置为35k/min；加热升温至1183k,然后将温度降到1073k后保温10min，保温过程中同时对圆柱形压坯施加轴向40mpa压力，保压时间40s；反应后并经轴向压力致密化的圆柱形陶铝复合随炉在真空中冷却至室温，制得内生纳米tib2/al中间合金。
(2)步骤二，含有纳米tib2颗粒铝合金铸锭的制备：
(2a)按照铝合金的成分为：si：12.6wt.％；fe：0.40wt.％；cu：0.35wt.％；mn：0.18wt.％；mg：0.30wt.％；zn：0.15wt.％；ti：0.18wt.％；be：0.0001wt.％～0.0003wt.％；余量为al，配置铝合金，将配置铝合金的原料一起加入到干燥的熔炼炉中，加热到温度为1073k条件下熔炼2h，得到铝合金熔液；
(2b)随后加入纳米尺度内生tib2/al中间合金，纳米tib2陶瓷颗粒实际加入量为0.7wt.％，机械搅拌4min。
(2c)将超声波探头接触至液面保温5min后，下降探头至液面以下150mm并保温5min；随后开启超声波设备，振动8min。
(2d)加入0.05wt.％的清渣剂对合金液进行精炼除渣，打渣处理后保温5min；
(2e)将超声处理后的铝合金溶液在温度在1023k下铸造成坯、铸造速度为120mm/min；冷却水强度为0.08mpa；冷却水温度为283k-303k；铸造成直径为105mm的含有纳米tib2颗粒铝合金铸锭；
(3)步骤三，铸锭均匀化处理：
(3a)将步骤二中制备得到的铸锭切断，断后的铸锭长度为400mm，再将铸锭表面的氧化皮车削掉，制得直径为100mm的铝合金铸锭；
(3b)进行均匀化退火处理，退火温度为803k，保温时间为22h，得到铝合金铸锭；
(4)步骤四，含有纳米tib2颗粒铝合金热挤压塑性成型：
(4a)将步骤三中经均匀化处理后的含有纳米tib2颗粒铝合金放入电阻炉中加热至733k，保温3h；
(4b)再放入挤压机中，温度为723k条件下进行热挤压塑性成型，制得线材毛料；挤压比为15:1。
(5)步骤五，铝合金焊丝线材拉拔成型：
(5a)将步骤四制得的线材毛料在温度为703k条件下保温2.5h，然后以25k/h的速度降温冷却至543k以下，然后空冷至室温；
(5b)将线材进行第一次拉拔，拉拔至直径为6.3mm～6.4mm的线材，将线材进行中间退火，退火温度为703k，保温时间2.5h，然后以25k/h的速度降温冷却至543k以下，然后空冷至室温；
(5c)再将线材进行第二次拉拔，拉伸至直径为6.0mm～6.1mm的线材，将线材进行中间退火，退火温度为703k，保温时间2.5h，然后以25k/h的速度降温冷却至543k以下，然后空冷至室温；
(5d)重复步骤4c，共进行25道次拉拔+中间退火，每道次拉拔面收缩率为5～5.5％，并且，每道次的变形量一致；最终制得1.85mm～1.90mm直径纳米陶铝复合铝合金焊丝。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，这些仅是举例说明。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。