本申请涉及焊接材料领域，更具体地说，涉及一种药芯焊丝用高韧性铝合金及其制备方法。
背景技术：
药芯焊丝是20世纪50年代发展起来的高效焊接材料。它也称为管状焊丝，通过调整药芯添加物的种类和比例，可以很方便地设计各种不同用途的焊接材料，这是实心焊丝无法达到的。由于其具有效率高、焊接工艺性好、成本较低等特点，已经广泛应用于造船、桥梁、压力容器、汽车、铁路运输、管道、海洋工程、电站建设、采矿、石化、建筑机械、重型机械及高层建筑等行业。
铝中添加了硅和铜元素，使得材料的加工性能较纯铝而言相对难加工，特别是本课题中的铝硅铜合金，由于含硅和含铜量比较多，使材料脆性增大，不易加工。
针对上述中的相关技术，发明人认为，不论是铝硅还是铝硅铜合金，采用一般常温冷轧的方式进行加工都将造成材料严重裂边，可塑性差，加工周期长等问题，对于铝硅铜合金来说，甚至会使材料发生断裂。
技术实现要素：
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
有鉴于此，本发明提供一种药芯焊丝用高韧性铝合金，该药芯焊丝用高韧性铝合金韧性性能优异，有效提高了焊接带材材料的韧性强度和力学性能。
本发明还提供一种药芯焊丝用高韧性铝合金的制备方法，该制备方法制备步骤简单，提高了制备的效率。
根据本发明实施例的药芯焊丝用高韧性铝合金包括6～8份si、3～5份cu、0.1～0.2份mg、0.2～0.3份mn、0.1～0.2份fe、0.1～0.2份sb和85～90份al。
根据本发明实施例的药芯焊丝用高韧性铝合金，通过在该硅铝合金的内部设置和添加了mg、fe和sb，并优选了各材料的组分，其目的在于通过mg元素溶于al合金基体会产生固溶强化作用，铝硅合金的高温性能，在此基础上，高含量的cu和mg元素会同时增强θ相和δ相的形成，从而提高合金的强度和延展性，同时微量sb优化处理后，可以大幅细化共晶硅尺寸并改善其形貌，从而提高了合金的抗蠕变能力，改善基体的组织结构，从而使制备的硅铝合金具有良好的韧性强度。
根据本发明实施例的药芯焊丝用高韧性铝合金还可以具有以下附加技术特征：
根据本发明的一个实施例，所述药芯焊丝用高韧性铝合金还包括2～3重量份的ti。
根据本发明的一个实施例，所述药芯焊丝用高韧性铝合金包括下列重量份的物质组成：8份si、4份cu、0.1份mg、0.2份mn、0.1份fe、2份ti、0.1份sb、87份al。
根据本发明第二方面实施例的药芯焊丝用高韧性铝合金的制备方法，其特征在于，具体制备步骤包括：s1、先按配方取ti粉并置于渗氮装置中，通氮气排除空气，渗氮处理并收集得渗氮改性ti粉颗粒；s2、再按配方，将si、cu、mg、mn、fe、sb和渗氮改性ti粉颗粒搅拌混合并置于混料装置中，低速搅拌混合，冷压成型并收集冷压坯料；s3、按配方将al粉与冷压坯料混合并置于熔融装置中，加热熔融处理，后静置冷却至室温，收集得混合熔融合金。
根据本发明的一个实施例，步骤s1所述的渗氮处理为在580～620℃下保温渗氮处理40～48h。
根据本发明的一个实施例，步骤s2所述的低速搅拌速率为120～150℃。
根据本发明的一个实施例，步骤s3所述的加热熔融处理包括：s31、一次程序升温加热至700℃，保温处理10min后，再按2℃/min升温至900℃，保温保压处理1h；s32、待保温保压完成后，二次程序升温至1300℃，保温处理2h后，完成加热熔融处理步骤。
根据本发明的一个实施例，步骤s31所述的保压压强为20mpa。
根据本发明的一个实施例，步骤s31所述的一次程序升温的速率为5℃/min。
根据本发明的一个实施例，步骤s32所述的二次程序升温的速率为3℃/min。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面具体描述根据本发明实施例的药芯焊丝用高韧性铝合金及其制备方法。
首先，根据本发明实施例的药芯焊丝用高韧性铝合金包括6～8份si、3～5份cu、0.1～0.2份mg、0.2～0.3份mn、0.1～0.2份fe、0.1～0.2份sb和85～90份al。
由此，根据本发明实施例的药芯焊丝用高韧性铝合金，通过在该硅铝合金的内部设置和添加了mg、fe和sb，并优选了各材料的组分，其目的在于通过mg元素溶于al合金基体会产生固溶强化作用，铝硅合金的高温性能，在此基础上，高含量的cu和mg元素会同时增强θ相和δ相的形成，从而提高合金的强度和延展性，同时微量sb优化处理后，可以大幅细化共晶硅尺寸并改善其形貌，从而提高了合金的抗蠕变能力，最后本申请通过优化组分的ti元素的添加，有效形成效率更高的增强体分布结构，改善基体的组织结构，从而使制备的硅铝合金具有良好的韧性强度。
根据本发明的一个实施例，所述药芯焊丝用高韧性铝合金还包括2～3重量份的ti。
通过采用上述技术方案，本申请在合金内部添加少量的ti元素能够显著地细化铝硅合金的组织，当少量的ti元素进入铝合金熔体时能够形成纳米级tial3质点，该质点能够作为包晶反应新生的α-al形核核心，提高形核率，使得α-al枝晶显著细化，同时少量的ti能够改善合金的热裂倾向，同时形成的al3ti相为晶粒形核提供更多的异质形核核心有利于α-al枝晶更多的形核从而实现细化，从而改善合金材料的延伸率及断裂应变，提高合金材料的韧性强度。
在本发明的一些具体实施方式中，所述药芯焊丝用高韧性铝合金包括下列重量份的物质组成：8份si、4份cu、0.1份mg、0.2份mn、0.1份fe、2份ti、0.1份sb、87份al。
第二方面，本申请提供一种药芯焊丝用高韧性铝合金的制备方法，所述药芯焊丝用高韧性铝合金的制备步骤包括以下步骤：s1、先按配方取ti粉并置于渗氮装置中，通氮气排除空气，渗氮处理并收集得渗氮改性ti粉颗粒；
s2、再按配方，将si、cu、mg、mn、fe、sb和渗氮改性ti粉颗粒搅拌混合并置于混料装置中，低速搅拌混合，冷压成型并收集冷压坯料；
s3、按配方将al粉与冷压坯料混合并置于熔融装置中，加热熔融处理，后静置冷却至室温，收集得混合熔融合金。
由此，本申请技术方案先通过ti粉为主要改性材料，一方面ti粉能有效改善材料结构性能和韧性，另一方面，本申请采用了对ti粉渗氮处理的方案，ti粉经过渗氮处理后，与al等合金材料粉混合并进行真空热压烧结，可以得到增强相呈三维网络分布的复合材料，从而进一步改善了材料的力学强度和韧性性能。
根据本发明的一个实施例，步骤s1所述的渗氮处理为在580～620℃下保温渗氮处理40～48h。
通过采用上述技术方案，本申请提高了渗氮处理的时间，一方面，该渗氮处理的时间延长，能有效调节复合材料中增强体的数量、网络的厚度，并维持网络状增强的结构，从而使制备的改性tin材料具有优异的包覆和结合性能，从而改善其力学强度和韧性性能。
在本发明的一些具体实施方式中，步骤s2所述的低速搅拌速率为120～150℃。
通过采用上述技术方案，本申请通过渗氮制备的改性ti材料，n元素应聚集分布在ti颗粒的外围，而非均匀弥散分布，因此不同于传统的球磨过程，渗氮ti颗粒与al颗粒的混料速率的有效降低，能使ti颗粒保持原来形态，从而避免打乱n元素的分布，从而提高了最终制备的合金材料的力学强度和韧性性能。
根据本发明的一个实施例，步骤s3所述的加热熔融处理包括：s31、一次程序升温加热至700℃，保温处理10min后，再按2℃/min升温至900℃，保温保压处理1h；
s32、待保温保压完成后，二次程序升温至1300℃，保温处理2h后，完成加热熔融处理步骤。
通过采用上述技术方案，本申请针对各组分的性质进行调节温度，由于700℃为al的熔化阶段，该温度下保温一段时间为的是使流动性高的液态铝充分浸润渗氮ti颗粒，并对其实施包覆，使渗氮ti颗粒均匀分散其中，当温度升高至900℃后，ti与al反应，最终温度升高至1300℃，接近γ-tial的熔点，材料已处在半固态的软化阶段，从而形成有效的三维网络结合的结构，进一步改善了材料的力学性能和强度。
根据本发明的一个实施例，步骤s31所述的保压压强为20mpa。
通过采用上述技术方案，本申请优化了制备的压强，通过改善了压强，使各组分之间的融合更加均匀，从而使制备的复合合金材料具有良好的韧性强度和力学性能。
根据本发明的一个实施例，步骤s31所述的一次程序升温的速率为5℃/min。
在本发明的一些具体实施方式中，步骤s32所述的二次程序升温的速率为3℃/min。
通过在升温加热过程中采用程序升温的加热方式，其目的在于，匀速升温的方案能有效改善合金在熔融煅烧过程中应力集中的现象，从而有效改善制备的合金材料的结构性能，进一步提高了合金材料的韧性强度。
总而言之，本发明实施例的药芯焊丝用高韧性铝合金，通过在该硅铝合金的内部设置和添加了mg、ti、fe和sb，并优选了各材料的组分，其目的在于通过mg元素溶于al合金基体会产生固溶强化作用，铝硅合金的高温性能，在此基础上，高含量的cu和mg元素会同时增强θ相和δ相的形成，从而提高合金的强度和延展性，同时微量sb优化处理后，可以大幅细化共晶硅尺寸并改善其形貌，从而提高了合金的抗蠕变能力，最后本申请通过优化组分的ti元素的添加，有效形成效率更高的增强体分布结构，改善基体的组织结构，从而使制备的硅铝合金具有良好的韧性强度；
同时，本申请技术方案先通过ti粉为主要改性材料，一方面ti粉能有效改善材料结构性能和韧性，另一方面，本申请采用了对ti粉渗氮处理的方案，ti粉经过渗氮处理后，与al等合金材料粉混合并进行真空热压烧结，可以得到增强相呈三维网络分布的基复合材料，从而进一步改善了材料的力学强度和韧性性能。
下面结合具体实施例对本发明的药芯焊丝用高韧性铝合金及其制备方法进行详细说明。
本申请实施例中，所用的原料和仪器设备如下所示，但不以此为限：
本申请中各原料和仪器设备均可通过市售获得，具体型号如下：
非真空中频感应加热炉；
粘土石墨坩埚；
水冷铸铁板材模具。
制备例1
取ti粉并置于渗氮装置中，通氮气排除空气，在580℃下保温渗氮处理40h，渗氮处理并收集得渗氮改性ti粉颗粒1。
制备例2
取ti粉并置于渗氮装置中，通氮气排除空气，在600℃下保温渗氮处理44h，渗氮处理并收集得渗氮改性ti粉颗粒2。
制备例3
取ti粉并置于渗氮装置中，通氮气排除空气，在620℃下保温渗氮处理48h，渗氮处理并收集得渗氮改性ti粉颗粒3。
实施例1
依次将6kgsi、3kgcu、0.1kgmg、0.2kgmn、0.1kgfe、0.1kgsb和2kg渗氮改性ti粉颗粒1搅拌混合并置于混料装置中，低速搅拌混合，冷压成型并收集冷压坯料，将85kgal粉与冷压坯料混合并置于熔融装置中，加热熔融处理，后静置冷却至室温，收集得混合熔融合金。
实施例2～5
实施例2～5：药芯焊丝用高韧性铝合金，与实施例1的区别在于，其原料配比、制备参数如表1所示，其余制备步骤和制备环境均与实施例1相同。
表1实施例1～5各原料组分配比表
对比例
对比例1
一种药芯焊丝用高韧性铝合金，与实施例1的区别在于，对比例1中不添加ti粉。
对比例2
一种药芯焊丝用高韧性铝合金，与实施例1的区别在于，对比例2中直接采用等质量的未经渗氮处理的ti粉。
性能检测试验
分别对实施例1～5和对比例1～2制备的药芯焊丝用高韧性铝合金进行性能测试。
检测方法/试验方法
(1)通过拉伸试验机(mts-810，美国)进行室温拉伸性能测试，拉伸速率是1×10-4s-1。拉伸试样在使用前需对平面及侧面进行精磨处理；
(2)通过万能试验机(型号为pt14-021instron美国)进行高温力学性能测试。实验的设定温度为250℃，当温度达到设定值时，保温10min后进行高温拉伸性能测试。
具体检测结果如下表表2所示：
表2性能检测表
参考表2的性能检测对比可以发现：
(1)实施例1～5中制备的药芯焊丝用高韧性铝合金拉伸性能和高温拉伸强度，说明本申请技术方案通过在该硅铝合金的内部设置和添加了mg、ti、fe和sb，并优选了各材料的组分，其目的在于通过mg元素溶于al合金基体会产生固溶强化作用，铝硅合金的高温性能，在此基础上，高含量的cu和mg元素会同时增强θ相和δ相的形成，从而提高合金的强度和延展性，同时微量sb优化处理后，可以大幅细化共晶硅尺寸并改善其形貌，从而提高了合金的抗蠕变能力，最后本申请通过优化组分的ti元素的添加，有效形成效率更高的增强体分布结构，改善基体的组织结构，从而使制备的硅铝合金具有良好的韧性强度。
(2)将本申请技术方案实施例1和对比例1～2进行对比，由于对比例1～2调整了合金材料的内部组分，其性能显著降低，说明了本申请技术方案在合金内部添加少量的ti元素能够显著地细化铝硅合金的组织，当少量的ti元素进入铝合金熔体时能够形成纳米级tial3质点，该质点能够作为包晶反应新生的α-al形核核心，提高形核率，使得α-al枝晶显著细化，同时少量的ti能够改善合金的热裂倾向，同时形成的al3ti相为晶粒形核提供更多的异质形核核心有利于α-al枝晶更多的形核从而实现细化，从而改善合金材料的延伸率及断裂应变，提高合金材料的韧性强度；
同时本申请采用了对ti粉渗氮处理的方案，ti粉经过渗氮处理后，与al等合金材料粉混合并进行真空热压烧结，可以得到增强相呈三维网络分布的复合材料，从而进一步改善了材料的力学强度和韧性性能。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。