一种用于镁合金活性钨极氩弧焊接的纳米增强活性剂的制作方法

本发明属于材料工程技术领域，具体涉及一种用于镁合金活性钨极氩弧焊接的通用纳米增强活性剂。

背景技术：

镁合金由于其优异性能(密度低、比强度和比刚度高、减震性好、电磁屏蔽性能优良、切削加工性好等)，在交通运输、消费电子、航空航天、国防军工等领域都具有广阔应用前景。然而由于滑移系{0001}<1120>、孪生系{1012}<1011>和密排六方结构导致镁合金在室温下成型能力有限。因此，对于利用铸造和锻压工艺难以制备的镁合金复杂结构件，以及实现镁合金材料之间的连接，焊接是重要的技术手段。钨极氩弧焊(TIG)由于其经济性和适用性被主要应用于镁合金的焊接技术中。但TIG焊也存在焊接熔深浅、生产效率低的缺点。乌克兰巴顿焊接研究开发了活性剂焊接方法(A-TIG)。即焊前在待焊件的需焊区域表面涂上一层活性剂，然后进行TIG焊接。

A-TIG焊主要解决了钨极氩弧焊的焊缝熔深较浅的问题，但是镁合金活性焊过程中由于活性剂的覆盖往往对焊接接头组织及性能造成不良影响。例如：由于活性剂导热性差，覆盖在熔池表面，使得熔池的温度梯度减小，熔池冷却速度降低，导致了镁合金熔合区晶粒的严重粗化。从而大大降低了焊接接头的力学性能。因此，在采用活性钨极氩弧焊进行镁合金焊接时必须开发一种能解决解决镁合金熔合区晶粒粗化的活性剂，以得到具有良好综合性能的焊接接头。从生产应用的角度来看，也可以减轻钨极氩弧焊焊前准备的工作量，降低焊接成本。因此，迫切需要开发一种既可以增加焊缝熔深和改善焊缝表面成形又可以增强焊接接头性能的适用于镁合金钨极氩弧焊的新型新型活性剂。

技术实现要素：

本发明目的是为了克服现有技术的不足，提供一种适用于改善镁合金活性钨极氩弧焊的新型通用纳米增强活性剂。该活性剂通过溶入熔池中的纳米SiC颗粒，使得焊后能够获得组织均匀细小的焊接接头，增强接头的力学性能，满足更高要求的工业生产。

为了实现上述目的，本发明包括以下步骤：

(1)将TiO₂活性剂和纳米SiC颗粒充分碾磨，混合均匀后均匀加入适量丙酮使其成为糊状，形成纳米增强活性剂；

(2)纳米SiC颗粒的平均粒径为40nm；

(3)上述纳米增强活性剂的重量配比为：TiO₂：55％～65％，SiC：35％～45％；

(4)先将被焊工件表面仔细打磨并用酒精清洗以除去氧化物和油污；

(5)将步骤(1)-(3)所述的活性剂用扁平毛刷将糊状活性剂均匀涂敷在试样上表面，涂覆宽度约为40mm，活性剂的平均涂敷量为6mg·cm^-2；

(6)待涂敷在待焊件镁板表面的混合活性剂中的丙酮完全挥发后，进行TIG焊接。

本发明具有以下有益效果：TiO₂活性剂改变了熔池的表面张力，从而使得熔池中的“Marangoni对流”由熔池边缘向熔池中央运动，将更多的焊接热带入了熔池，这极大的增大了在增加焊缝熔深。与此同时，利用Marangoni对流也将复合活性剂中的纳米SiC科林带入了熔池。随后，SiC颗粒在晶粒的形核与长大的过程中，促进形核并阻碍晶粒长大。从而细化了焊缝晶粒组织，并提升了接头的力学性能。

附图说明

下面结合附图并以60％TiO₂和40％SiC的纳米增强活性剂为例，与TiO₂活性剂对比用于AZ31镁合金的A-TIG焊接，对本发明进一步说明。但本发明的内容并不限于此。图1是涂覆TiO₂活性剂和TiO₂与SiC纳米增强活性剂焊缝成形的对比照片：(a)是涂覆TiO₂活性剂的焊缝形貌，(b)是涂覆TiO₂与SiC纳米增强活性剂的焊缝形貌。

图2是涂覆TiO₂活性剂和TiO₂与SiC纳米增强活性剂焊缝横截面溶深的对比照片：(a)是涂覆TiO₂活性剂的焊缝溶深，(b)是涂覆TiO₂与SiC纳米增强活性剂的焊缝溶深。

图3是涂覆TiO₂活性剂和TiO₂与SiC纳米增强活性剂焊接接头微观组织的对比照片：(a)是涂覆TiO₂活性剂的接头微观组织，(b)是涂覆TiO₂与SiC纳米增强活性剂的接头微观组织。

图4是涂覆TiO₂活性剂和TiO₂与SiC纳米增强活性剂后TIG焊接接头的应力应变曲线。

具体实施方式

具体实施方式

AZ31镁合金单道TIG对接焊焊接工艺：

实验采用交流TIG焊机(NSA-500-1)对AZ31镁合金进行TIG焊接。实验中采用TiO₂活性剂和TiO₂与SiC纳米增强活性剂两种对比。

活性剂重量配比为TiO₂：60％和SiC：40％。先将TiO₂活性剂和纳米SiC颗粒充分碾磨后按比例进行混合，然后向混合物中加入丙酮使其成为糊状。纳米SiC颗粒的平均粒径约为40nm，而TiO₂活性剂则直接用丙酮调成糊状。再用扁平毛刷将糊状活性剂均匀涂敷在试样上表面，涂覆宽度约为40mm，活性剂的平均涂敷量为5mg·cm^-2。待丙酮挥发后进行焊接。

具体焊接工艺参数如下：

对板厚为6mm的AZ31镁合金板材进行TIG焊接采取的焊接规范为：

焊接完成后，截取焊接接头同样大小的选区试样，对其宏观形貌，熔池，围观组织，力学性能进行检测表征，结果表明：采用TiO₂和SiC纳米增强活性剂的焊接接头熔深大，组织均匀细小，力学性能优异。