高强铝铜合金焊丝开发及其组织细化机理研究
一、 成果简介
铝铜合金广泛应用于航空航天、舰船、车辆等工业领域，目前国内外针对铝铜合金焊接及增材专用材料主要为ER2319，铝铜合金熔焊时焊缝金属不仅易产生热裂纹，而且焊缝的强度低、塑性差，影响了铝铜合金作为焊接结构件的推广应用；铝铜合金沉积态组织不均匀性，晶粒组织较粗大，增材试样性能较低。针对铝铜合金焊接接头及增材件性能较低，缺乏高性能的专用材料这一问题开展研究，开发一种高性能的铝铜合金焊接和增材用焊丝，通过对铸锭、焊丝及其增材试样组织进行观察分析，系统研究Ti和Zr的含量对铝铜合金微观组织结构、力学性能影响，探索增材制造过程中的组织演变机制；深入研究非均质形核核心的形貌、大小、分布以及其晶体结构和晶格常数，揭示Ti、Zr元素复合作用细化铝铜合金组织机理，丰富和发展铝合金细化理论，为高性能铝铜合金焊接增材专用材料的研发提供一条新的思路，推动铝铜合金在工业领域更广泛的应用。
二、 主要技术指标
方向 | 具体内容 | 方向成员 |
铝铜合金焊丝开发 | 1、高强低热裂铝铜合金焊丝的研发； 2、高强度、高塑性铝铜合金增材用焊丝的开发； | 杨成刚 吴集思 |
铝铜合金焊缝组织细化机制研究 | 1、铝铜合金焊缝金属凝固组织与性能研究 2、α(Al)非均质形核核心组织结构特征分析 3、铝铜合金焊缝结晶裂纹敏感性研究 4、复合孕育剂Ti和Zr促进α(Al)非均质形核机制分析 | 杨成刚 吴集思 王磊 |
航空铝铜合金电弧增材制造组织细化机制分析 | 1、沉积态铝铜合金中α(Al)非均质形核核心分布、形态及晶体结构特征分析； 2、铝铜合金电弧增材成形过程中的温度场分析； 3、不同孕育剂Ti、Zr含量下的沉积态铝铜合金凝固热力学分析 4. 沉积态铝铜合金组织演变规律演研究 | 杨成刚 王磊 吴集思 |
三、 应用情况概述
目前适合铝铜合金焊接及增材制造焊丝为ER2319，性能较低，项目组开发的焊丝是在ER2319焊丝基础上进行了成分调整，没有添加贵金属元素，生产成本和ER2319相当，但焊接及增材件性能优于国产及进口ER2319焊丝。项目组前期和南昌旭锋焊割设备有限公司及抚顺东工冶金材料技术有限公司展开合作，生产了一批铝铜合金焊接及增材用焊丝，下一步双方进一步开展深层次合作，推动将高性能铝铜合金焊接及增材制造专用焊丝市场化。争取与航空工业江西洪都航空工业集团有限公司、中航发南方工业有限公司、南车四方机车车辆股份有限公司开展项目争取合作，将研究成果用于航空铸造铝铜合金的增材制造及铝铜合金的焊接，节约航空复杂铝铜合金铸件产品的生产周期和生产成本，降低铝铜合金焊缝裂纹率，促进铝铜合金专用丝材的广泛应用。
四、 依托科研项目及技术成果支撑情况
1. 依托科研项目情况
序号 | 项目名称 | 项目负责人 | 项目类别 | 立项时间 | 经费总额 （万元） | 项目委托单位 |
1 | 复合孕育剂Ti、Zr细化铝铜合金焊缝组织机理研究 | 杨成刚 | 国家自然科学基金 | 2012 | 50 | 国家自然科学基金委员会 |
2 | 钛锆复合作用下纯铝晶粒形核机制及细化衰退行为研究 | 杨成刚 | 国家自然科学基金 | 2012 | 50 | 国家自然科学基金委员会 |
3 | 光束扫描和微合金化复合增强铝合金激光-电弧复合焊接头微结构与凝固裂纹抑制机理 | 王磊 | 国家自然科学基金 | 2019 | 27 | 国家自然科学基金委员会 |
4 | 航空铝铜合金电弧增材制造专用材料开发及其组织细化机制分析 | 杨成刚 | 江西省重点研发计划 | 2020 | 10 | 江西省科技厅 |
2. 科技奖励
序号 | 获奖项目名称 | 第一完成人 | 奖励名称 | 奖励等级 | 获奖时间 | 授奖单位 |
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3. 科技成果鉴定
序号 | 获奖项目名称 | 第一完成人 | 鉴定组织单位 | 鉴定专家组长（列出专家头衔） | 鉴定时间 | 鉴定意见等级 |
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4. 授权发明专利及软件著作权
序号 | 发明专利/软件著作名称 | 第一完成人 | 专利类型 | 申请或授权日期 |
1 | 一种铝合金复合孕育剂及其制备方法 | 杨成刚 | 国家发明专利 | 2016.08 |
2 | 一种铝合金复合孕育剂制备方法 | 杨成刚 | 国家发明专利 | 2016.08 |
3. | 一种高强铝铜合金用焊丝及其制备方法 | 杨成刚 | 国家发明专利 | 2018.10 |
4 | 一种高强度铝合金中温钎料及其制备方法 | 杨成刚 | 国家发明专利 | 2018.03 |
5 | 一种高强低热裂铝铜系合金焊丝及其制备方法和应用 | 杨成刚 | 国家发明专利 | 2008.01 |
5. 论文和著作成果（≤6篇，列出代表论文或著作的信息）
序号 | 论文/著作名称 | 刊名/出版社名 | 第一作者 | 发表时间 |
1 | Ti、Zr复合微合金化对合金的抗晶粒细化衰退性能影响 | 稀有金属材料与工程 | 杨成刚 | 2016 |
2 | Effect of compound inoculants Ti and Zr on as-cast microstructure and mechanical properties of Al-Cu alloy | Materials Research Innovations | 杨成刚 | 2014 |
3 | A pathway to mitigate macrosegregation of laser-arc hybrid Al-Si welds through beam oscillation | International Journal of Heat and Mass Transfer | 王磊 | 2020 |
4 | Experiment and prediction of weld morphology for laser oscillating welding of AA6061 aluminium alloy | Science and Technology of Welding and Joining | 王磊 | 2019 |
5 | Long-range order and preferred orientation particles in WS2 scaffold created by freeze casting | Materials letters | 吴集思 | 2017 |
6 | La、Zr微合金化对Al-5Mg-0.2Ti合金微观组织和力学性能的影响 | 稀有金属材料与工程 | 杨成刚 | 2016 |
五、 联系方式
联系人：杨成刚
地址及邮编：江西省南昌市丰和南大道696号 南昌航空大学 航空制造工程学院，邮编：330063
Email：chgyang1977@163.com
联系电话：0791-83863028