本發(fā)明屬于焊接材料領(lǐng)域，涉及一種藥芯焊絲，尤其是一種藥芯焊絲用藥粉及其制備方法，具體地說是一種藥芯焊絲用微細(xì)稀土顆粒改性藥粉及其制備方法。

背景技術(shù)：

藥芯焊絲是世界焊材發(fā)展中突出的亮點(diǎn)，是第四代最先進(jìn)的焊接材料，有著與其它焊接材料無可比擬的優(yōu)點(diǎn)：高質(zhì)量、高效率，易實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)化、自動(dòng)化和智能化焊接，節(jié)省成本。自20世紀(jì)90年代以來，國(guó)內(nèi)造船工業(yè)、冶金建設(shè)等開始批量使用藥芯焊絲。在市場(chǎng)需求的刺激下，國(guó)內(nèi)焊接界迅速掀起了藥芯焊絲研制熱。經(jīng)過藥芯焊絲產(chǎn)業(yè)界30多年的艱苦努力，國(guó)產(chǎn)藥芯焊絲無論是在品種方面還是產(chǎn)能方面均有了長(zhǎng)足的發(fā)展，但不容回避地是我國(guó)在高端藥芯焊絲上較日本、美國(guó)和韓國(guó)等還有不小的差距。

藥芯焊絲是由外部包皮和內(nèi)部藥粉組成，其中藥粉是決定其品質(zhì)的一個(gè)重要因素。近年來，在藥粉中引入稀土成分引起了業(yè)界的關(guān)注。在藥芯焊絲藥粉中添加稀土氧化物或者含稀土元素合金，能夠較好地提高堆焊層耐磨性（如cn201310174589.2）、焊縫韌性（如cn201410673410.2）、等。然而，通過優(yōu)化稀土成分及其含量進(jìn)而實(shí)現(xiàn)藥芯焊絲改性，其改性效果勢(shì)必存在著一個(gè)極限。據(jù)發(fā)明人所知，盡管各種稀土改性藥芯焊絲表現(xiàn)出了不錯(cuò)的功能特點(diǎn)，但其性能尚未達(dá)到國(guó)際上高端藥芯焊絲的水平。結(jié)合我們前期有關(guān)微納復(fù)合粉體方面的相關(guān)研究（以微細(xì)顆粒漿料為中間體在微米粉體中引入微細(xì)改性顆粒，如cn201310006002.7等），我們嘗試了以該方法在藥芯焊絲用藥粉中引入納米氧化鈰顆粒，以期發(fā)揮納米稀土顆粒所特有的稀土活性效應(yīng)和納米效應(yīng)的協(xié)同作用，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)在成分優(yōu)化的基礎(chǔ)上進(jìn)一步對(duì)焊縫微觀組織進(jìn)行改性。遺憾地是，其不僅沒有達(dá)到預(yù)期效果而且由于藥粉被大幅細(xì)化等因素造成藥芯焊絲填充率不足、焊接成形性變差、焊后脫渣困難等一系列問題?？梢?，目前尚無法實(shí)現(xiàn)以微細(xì)稀土顆粒對(duì)藥芯焊絲用藥粉進(jìn)行改性，進(jìn)而制約了具有多功能協(xié)同改性作用的微細(xì)稀土顆粒在藥芯焊絲用藥粉中的應(yīng)用，一定程度上制約了我國(guó)高端藥芯焊絲的發(fā)展。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)“目前尚無法實(shí)現(xiàn)以微細(xì)稀土顆粒對(duì)藥芯焊絲用藥粉進(jìn)行改性，進(jìn)而制約了具有多功能協(xié)同改性作用的微細(xì)稀土顆粒在藥芯焊絲用藥粉中的應(yīng)用”的問題，發(fā)明一種藥芯焊絲用微細(xì)稀土顆粒改性藥粉及其制備方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案之一是：

一種藥芯焊絲用微細(xì)稀土顆粒改性藥粉，其特征是：它由兩種組分組成，一種組分是常規(guī)藥粉，另一種是組分是平均粒徑不大于10微米的微細(xì)稀土粉；其中，微細(xì)稀土粉占總質(zhì)量分?jǐn)?shù)的0.5-5%，且微細(xì)稀土粉僅與常規(guī)藥粉中的合金粉以機(jī)械合金化和機(jī)械包覆形式復(fù)合而成；所述的常規(guī)藥粉由合金粉和渣粉混合而成，合金粉包括鐵粉、鋁粉、鎂粉、鈦鐵粉和硼鐵粉。

所述微細(xì)稀土粉，可以是稀土氧化物粉或含稀土合金粉中的一種或是幾種的組合，最好是單一稀土氧化物粉。

所述微細(xì)稀土粉的粒徑最好為30-50納米。

本發(fā)明的技術(shù)方案之二是：

一種藥芯焊絲用微細(xì)稀土顆粒改性藥粉的制備方法，其特征是它包括如下步驟：

步驟1，將微細(xì)稀土粉制成微細(xì)稀土漿料；

步驟2，將鐵粉、鋁粉、鎂粉、鈦鐵粉、硼鐵粉等以攪拌等方式進(jìn)行混合，制備常規(guī)藥粉除渣粉外的合金粉；

步驟3，按照所需配比稱量步驟1所述微細(xì)稀土漿料和步驟2所述合金粉，將兩者進(jìn)行球磨復(fù)合處理，獲得微細(xì)稀土顆粒改性合金粉漿料；

步驟4，將微細(xì)稀土顆粒改性合金粉漿料干燥后進(jìn)行研磨，獲得微細(xì)稀土顆粒改性合金粉；

最后，按照所需配比稱量渣粉與步驟4所述微細(xì)稀土顆粒改性合金粉混合，即可獲得藥芯焊絲用微細(xì)稀土顆粒改性藥粉。

所述微細(xì)稀土漿料最好為懸浮液。

所述球磨參數(shù)為球磨轉(zhuǎn)速為200-300轉(zhuǎn)/分鐘、球料比5:1-10:1、球磨時(shí)間為0.25-0.5小時(shí)。

本發(fā)明的有益效果：

（1）本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了以微細(xì)稀土顆粒對(duì)藥芯焊絲用藥粉進(jìn)行改性，可充分發(fā)揮微細(xì)稀土顆粒所具有的稀土活性效應(yīng)和其小尺寸效應(yīng)如納米效應(yīng)等的協(xié)同作用，極大地改善了藥芯焊絲的性能，為我國(guó)研制出高端藥芯焊絲提供了新途徑。

（2）本發(fā)明創(chuàng)造性地提出將微細(xì)稀土顆粒與藥粉中合金粉先復(fù)合再與渣粉混合的方法，所制備微細(xì)稀土顆粒改性藥粉中的微細(xì)稀土顆粒僅與常規(guī)藥粉中合金粉以機(jī)械合金化和機(jī)械包覆形式復(fù)合，不僅保證了焊接工藝性如便于脫渣等而且極大地提高了微細(xì)稀土粉的有效利用率和改性效果。

（3）相對(duì)于采用未添加微細(xì)稀土顆粒藥粉，采用本發(fā)明所述藥粉制備的藥芯焊絲進(jìn)行焊接時(shí)，其焊接成形性得到較大改善，具體表現(xiàn)為焊縫整體變窄、堆高變低、焊縫表面平整光滑等。

（4）相對(duì)于采用未添加微細(xì)稀土顆粒藥粉來說，采用本發(fā)明所述藥粉制備的藥芯焊絲進(jìn)行焊接時(shí)，其焊縫組織和性能得到有效提高；例如，其熱影響區(qū)大幅減小且其中熔合區(qū)僅為未添加時(shí)的50%左右；再如，在保證低溫沖擊韌性不降低情況下其抗強(qiáng)度可提高約20%左右。

附圖說明

圖1采用兩種藥粉制備的藥芯焊絲焊接平板時(shí)焊縫宏觀形貌對(duì)比圖；

圖2采用兩種藥粉制備的藥芯焊絲焊接平板時(shí)焊縫橫切面形貌對(duì)比圖。

具體實(shí)施方式

如圖1-2所示。

實(shí)施例一。

一種藥芯焊絲用微細(xì)稀土顆粒改性藥粉，由兩種組分組成，一種是常規(guī)藥粉（可參照現(xiàn)有的藥芯焊絲中藥粉配比，如由占常規(guī)藥粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%的鐵粉、3%的鋁粉、8%的鎂粉、3%的鈦鐵粉和6%的硼鐵粉配制成的合金粉與占常規(guī)藥粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)50%金紅石粉作為渣粉混合而成，下同），另一種是平均粒徑不大于10微米的微細(xì)稀土粉；其中，微細(xì)稀土粉占微細(xì)稀土顆粒改性藥粉總質(zhì)量分?jǐn)?shù)的0.5-5%，而且微細(xì)稀土粉僅與常規(guī)藥粉中的合金粉以機(jī)械合金化和機(jī)械包覆形式復(fù)合而成。所述微細(xì)稀土粉，可以是稀土氧化物粉或含稀土合金粉中的一種或是幾種的組合，最好是單一稀土氧化物粉。所述微細(xì)稀土粉的粒徑最好為30-50納米。本發(fā)明的藥芯焊絲用微細(xì)稀土顆粒改性藥粉的制備方法包括如下步驟：

步驟1，將微細(xì)稀土粉制成微細(xì)稀土漿料，最好為懸浮液；

步驟2，將鐵粉、鋁粉、鎂粉、鈦鐵粉、硼鐵粉等以攪拌等方式進(jìn)行混合制備得到合金粉；

步驟3，按照所需配比稱量步驟1所述微細(xì)稀土漿料和步驟2所述合金粉，將兩者進(jìn)行球磨復(fù)合處理，獲得微細(xì)稀土顆粒改性合金粉漿料；球磨參數(shù)為球磨轉(zhuǎn)速為200-300轉(zhuǎn)/分鐘、球料比5:1-10:1、球磨時(shí)間為0.25-0.5小時(shí)；

步驟4，將微細(xì)稀土顆粒改性合金粉漿料干燥后進(jìn)行研磨，獲得微細(xì)稀土顆粒改性合金粉；

最后，按照所需配比稱量渣粉與步驟4所述微細(xì)稀土顆粒改性合金粉混合，即可獲得藥芯焊絲用微細(xì)稀土顆粒改性藥粉。

實(shí)施例二。

將市購粒徑為30-50納米的氧化鈰粉體置于醇水混合溶液（無水乙醇與去離子水的體積比為1:1）中，制備成固含量為5%的微細(xì)氧化鈰漿料（懸浮液），備用；按實(shí)施例一中所述配比稱量鐵粉、鋁粉、鎂粉、鈦鐵粉、硼鐵粉，采用機(jī)械攪拌方法將其混合，制備常規(guī)藥粉除渣粉外的合金粉，備用；稱量含有0.5g氧化鈰的微細(xì)氧化鈰漿料和49.5g制備好的合金粉，將其置于球磨罐中進(jìn)行球磨復(fù)合，球磨參數(shù)為300轉(zhuǎn)/分鐘、球料比10:1、球磨時(shí)間為0.5小時(shí)，獲得微細(xì)稀土顆粒改性合金粉漿料；將微細(xì)稀土顆粒改性合金粉漿料干燥后進(jìn)行研磨，獲得微細(xì)稀土顆粒改性合金粉；最后，稱量50g金紅石作為渣粉與微細(xì)稀土顆粒改性合金粉合，即可獲得藥芯焊絲用微細(xì)稀土顆粒改性藥粉。

采用上述微細(xì)稀土顆粒改性藥粉制備藥芯焊絲，對(duì)10毫米厚e36鋼板進(jìn)行對(duì)焊，其焊接成形性得到較大改善，具體表現(xiàn)為焊縫整體變窄、堆高變低、焊縫表面平整、光滑、未見橫向和縱向焊痕（圖1）。進(jìn)一步觀察其橫切面，其熱影響區(qū)大幅減小且其中熔合區(qū)僅為未添加時(shí)的50%左右（圖2）；此外，測(cè)試其低溫沖擊韌性和拉伸強(qiáng)度，發(fā)現(xiàn)在保證低溫沖擊韌性不降低情況下其抗強(qiáng)度可提高約20%左右。本例中所采用對(duì)比樣，除所用藥粉為常規(guī)藥粉外，其余工藝條件如藥芯焊絲制備方法及其工藝參數(shù)和焊接工藝參數(shù)均與本實(shí)施例所述試樣相同。

實(shí)施例三。

將市購平均粒徑為10微米的氧化鈰粉體置于醇水混合溶液（無水乙醇與去離子水的體積比為1:1）中，制備成固含量為20%的微細(xì)氧化鈰漿料，備用；按實(shí)施例一中所述配比稱量鐵粉、鋁粉、鎂粉、鈦鐵粉、硼鐵粉，采用機(jī)械攪拌方法將其混合，制備常規(guī)藥粉除渣粉外的合金粉，備用；稱量含有5g氧化鈰的微細(xì)氧化鈰漿料和45g制備好的合金粉，將其置于球磨罐中進(jìn)行球磨復(fù)合，球磨參數(shù)為200轉(zhuǎn)/分鐘、球料比5:1、球磨時(shí)間為0.25小時(shí)，獲得微細(xì)稀土顆粒改性合金粉漿料；將微細(xì)稀土顆粒改性合金粉漿料干燥后進(jìn)行研磨，獲得微細(xì)稀土顆粒改性合金粉；最后，稱量50g金紅石作為渣粉與微細(xì)稀土顆粒改性合金粉合，即可獲得藥芯焊絲用微細(xì)稀土顆粒改性藥粉。

采用上述微細(xì)稀土顆粒改性藥粉制備藥芯焊絲，達(dá)到實(shí)施例二類似效果。

實(shí)施例四。

將市購平均粒徑為100納米的氧化鈰粉體和氧化鑭粉體分別制備成固含量為10%的微細(xì)稀土漿料，備用；按實(shí)施例一中所述配比或按目前市售藥芯焊絲中藥芯中的成份配比稱量鐵粉、鋁粉、鎂粉、鈦鐵粉和硼鐵粉，采用機(jī)械攪拌方法將其混合，制備常規(guī)藥粉除渣粉外的合金粉，備用；稱量含有1.5g氧化鈰和1.5g氧化鑭的微細(xì)稀土漿料和47g制備好的合金粉，將其置于球磨罐中進(jìn)行球磨復(fù)合，球磨參數(shù)為250轉(zhuǎn)/分鐘、球料比7.5:1、球磨時(shí)間為0.4小時(shí)，獲得微細(xì)稀土顆粒改性合金粉漿料；將微細(xì)稀土顆粒改性合金粉漿料干燥后進(jìn)行研磨，獲得微細(xì)稀土顆粒改性合金粉；最后，稱量50g金紅石作為渣粉與微細(xì)稀土顆粒改性合金粉合，即可獲得藥芯焊絲用微細(xì)稀土顆粒改性藥粉。

采用上述微細(xì)稀土顆粒改性藥粉制備藥芯焊絲，達(dá)到實(shí)施例二類似效果。

上述僅列出幾種常見的藥芯焊絲用微細(xì)稀土顆粒改性藥粉，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可按照本發(fā)明所述配比及制備方法，均可獲得理想的藥芯焊絲用微細(xì)稀土顆粒改性藥粉。

本發(fā)明未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。