CN101323060B - 一种镁合金中温钎焊材料 - Google Patents
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Abstract
一种镁合金中温钎焊材料属于镁合金焊接连接技术领域。现有镁合金钎焊材料大多存在工艺性不好或接头性能差等技术问题。本发明镁合金中温钎焊材料的成分质量百分含量范围如下：Al1～2.5％，Zn46～52％，余量为Mg。钎料采用熔剂保护法熔炼，采用机械分割、精密铸造、气体保护球磨法可得到块状、条状、粉末状等形式的钎料。该钎料的熔化温度范围为336～361℃，钎焊温度低，为380～400℃，可适应于固相线温度在400℃以上的镁合金的钎焊。本发明钎料具有优良的钎焊特性，在钎焊温度下，铺展性和间隙填充性良好。适合的钎焊方法包括保护气氛钎焊、感应钎焊、炉中钎焊等。该钎料钎焊AZ31B镁合金接头剪切强度大于52MPa，接头抗拉强度大于72MPa。
Description
技术领域
本发明涉及一种镁合金中温钎焊钎料，属于镁合金焊接连接技术领域。
背景技术
镁及其合金是金属结构材料中最轻的一种，具有密度低、比强度高、减振性好、电磁屏蔽性好、导电导热性好、加工性和热成形性好、易回收等优点而备受关注。在汽车、电子、电器、交通、航天、航空和国防军事工业领域具有极其重要的应用价值和广阔的应用前景。但是，镁合金钎料缺乏熔点较低、综合性能好的钎料，成熟的BMg-1、BMg-2a钎料钎焊温度在570℃以上，且配以的钎剂熔点温度也较高(约538℃)，因此，只适用于钎焊AZ10A、K1A及M1A等少量几种镁合金，并不适于钎焊得到广泛应用的如Mg-Al-Zn系等镁合金。另一方面，由于产品轻量化的需求，对应用广泛的Mg-Al-Zn系等镁合金进行钎焊的需求越来越迫切。因此研究开发Mg-Al-Zn系等镁合金钎焊所需的低熔点钎料，并使其付诸实施成为镁合金结构件制造凾待解决的关键技术之一。
近年来，镁合金钎料的研究采用了Mg-Al-Cd-Ni、Al-Zn、Mg-Zn、纯Al、In-Mg-Zn-Al等合金体系，但大多存在工艺性不好或接头性能差等技术问题，尚无一种被普遍接受的综合性能好的钎料。如Mg-Al-Cd-Ni的熔化温度较高，达560～580℃；Al-Zn、Mg-Al的表面铺展性较差；纯Al薄片钎焊接头强度不够；In-Mg-Zn-Al钎料中含有较多的In，钎料成本较高。因此，研制一种钎焊温度合适、钎焊工艺性优良、接头综合性能良好且经济的钎料成为镁合金结构件连接制造凾待解决的技术问题。
发明内容
本发明目的是提供一种Mg-Al-Zn钎料，该钎料具有低的钎焊温度、较好的铺展性能、较高的接头强度、钎料成本较低等特点。
实现本发明目的的Mg-Al-Zn钎料，成分质量百分含量范围如下：
Al1～2.5％，Zn46～52％，余量为Mg。
各组分的作用如下：
Mg：调节成分并使钎料对母材有良好的润湿性能。
Al：铝与镁形成有限固溶体，加入铝后钎料的密度增加不大，而且单位重量的原子数多，强化效果好。铝能增加室温强度和硬度，提高流动性。
Zn：通过固溶强化，Zn可以提高钎料的流动性和强度。Zn也对由于Fe或Ni掺杂引起的腐蚀起有效的保护作用。
在Mg-Al-Zn三元合金中，存在一个共晶成分点，即Mg47Al3Zn50，共晶点温度为338℃，本发明钎料的合金成分就位于该共晶点附近。因而本发明钎料具有优良的钎焊特性，钎焊温度低，为380～400℃。在钎焊温度下，具有良好的铺展性和间隙填充性，可用于固相线温度在400℃以上的镁合金的钎焊。该钎料适合的钎焊工艺方法包括保护气氛钎焊、感应钎焊、炉中钎焊。采用该钎料，感应钎焊工艺钎焊AZ31B镁合金接头，可有效地避免基体材料的过烧，钎焊后接头剪切强度大于52MPa，大于所用AZ31B母材剪切强度的52％，接头抗拉强度大于72MPa，大于所用母材抗拉强度的27％。
本发明的制备方法采用现有技术，通过溶剂保护法进行钎料合金的熔炼。熔炼在SG2-7.5-12型坩埚电阻炉中进行，坩埚采用自制的石墨坩埚。在不锈钢模具中进行浇铸，铸锭形状为长方体。为了防止钎料合金的氧化和燃烧，整个熔炼过程采用RJ-2型镁合金覆盖剂进行覆盖，试验合金的具体熔炼过程如下：
1、将坩埚预热至暗红色，并在坩埚底部及壁上撒上适量的RJ-2熔剂。装入Mg锭，撒上一层RJ-2熔剂，升温熔化。同时，将稍后要加入的Al和Zn放在炉顶进行预热。
2、待Mg锭全部熔化后升温至740～760℃，在搅拌下继续加入RJ-2熔剂(熔剂的加入量占炉料总重量的0.1％)。
3、升温至780～800℃时加入预热的Al和Zn，在不破坏液面情况下搅拌5至10分钟后除去液表面的脏物，再撒上适量的RJ-2熔剂。
4、消除浇嘴，坩埚壁以及合金液面上的熔渣，撒入适量的RJ-2熔剂覆盖。
5、将合金液升温至780～800℃静止30分钟，降温至760℃浇铸。
坩埚在熔炼完毕后，将剩余合金液倒进指定容器，待坩埚温度不太高时缓缓倒入温水，浸30分钟后剩余熔渣即可消除干净。
钎料可以以块状、棒状、粉末等形式使用。块状钎料可以冶炼后采用机械方法分割获得；棒状钎料可以采用精密铸造方法获得；粉末可采用气体保护球磨方法获得。钎料可以采用保护气氛钎焊、感应钎焊、炉中钎焊等工艺用于过烧温度在400℃以上的镁合金及其构件的钎焊。
附图说明
图1是本发明合金的显微组织图；
图2是本发明合金的差热分析曲线图；
图3是本发明合金进行焊接，其接口的显微组织图；
图4是本发明合金接头的断口形貌图。
具体实施方式
以下将结合对比例和实施例对本发明技术方案作进一步的详述：
下列各实施例中使用的原材料Mg符合GB3499-1995，Al符合GB/T1196-93，Zn符合GB/T470-1997。钎焊接头力学性能按照GB11363-89(钎焊接头强度试验方法)进行，焊后的试件在MTS810力学性能试验机上测定接头强度。
实施例1：
钎料主要化学成分及其质量百分比为：2.5％Al，52.0％Zn，余量Mg。采用熔剂保护法进行钎料合金熔炼，浇注成铸锭，然后采用机械分割将钎料分成长条块状。钎焊前镁合金工件经砂纸打磨丙酮清洗去除表面污物和氧化膜，钎料置于接头处，并在其上撒布钎剂，接头由夹具固定后入氩气保护装置钎焊。钎焊过程中氩气流量10L/min，升温速度2.5℃/s，钎焊温度380℃，保温30s。钎焊后，接头外观成形良好，对其进行力学测试，接头剪切强度和接头抗拉强度见表1。
图1是合金的显微组织图，由图可知钎料铸态组织较均匀，多数为胞状晶，且胞状晶存在团聚现象，胞状晶团间分界明显。凝固时在胞状晶间存在菊花状相，为含少量Al、Zn的α-Mg固溶体。
图2是合金的DSC曲线图，表明本发明钎料的熔点低于370℃，其钎焊温度较低。
图3是合金进行焊接，其接口的显微组织图，界面结合良好、完整，无明显缺陷。从金相照片可以看出在钎焊界面处的熔合线明显，骨骼状共晶组织沿钎焊界面分布并向钎料侧垂直生长。
图4是本发明合金接头的断口形貌图。裂纹是沿着共晶Mg-Zn组织扩展的，裂纹是产生于α-Mg与共晶组织的交界处，沿着α-Mg胞周围共晶组织片状方向进行扩展，断口存在大量的撕裂痕迹，α-Mg晶胞有效组织防止裂纹在其内部开裂，并阻止共晶组织中裂纹向晶胞内扩展，对提高接头性能起有利的作用。
实施例2：
钎料主要化学成分及其质量百分比为：1.0％Al，48.0％Zn，余量Mg。采用熔剂保护法进行钎料合金熔炼，浇注成铸锭，然后采用机械分割将钎料分成长条块状。钎焊前镁合金工件经砂纸打磨丙酮清洗去除表面污物和氧化膜，钎料置于接头处，并在其上撒布钎剂，接头由夹具固定后入氩气保护装置钎焊。钎焊温度390℃，其他钎焊工艺参数与实施例1相同。钎焊后，接头外观成形良好，对其进行力学测试，接头剪切强度和接头抗拉强度见表1。
实施例3：
钎料主要化学成分及其质量百分比为：2.0％Al，47.0％Zn，余量Mg。采用熔剂保护法进行钎料合金熔炼，浇注成铸锭，然后采用机械分割将钎料分成长条块状。钎焊前镁合金工件经砂纸打磨丙酮清洗去除表面污物和氧化膜，钎料置于接头处，并在其上撒布钎剂，接头由夹具固定后入氩气保护装置钎焊。钎焊温度400℃，其他钎焊工艺参数与实施例1相同。钎焊后，接头外观成形良好，对其进行力学测试，接头剪切强度和接头抗拉强度见表1。
实施例4：
钎料主要化学成分及其质量百分比为：2.5％Al，46.0％Zn，余量Mg。采用熔剂保护法进行钎料合金熔炼，浇注成铸锭，然后采用机械分割将钎料分成长条块状。钎焊前镁合金工件经砂纸打磨丙酮清洗去除表面污物和氧化膜，钎料置于接头处，并在其上撒布钎剂，接头由夹具固定后入氩气保护装置钎焊。钎焊工艺参数与实施例3相同。钎焊后，接头外观成形良好，对其进行力学测试，接头剪切强度和接头抗拉强度见表1。
对比例：
钎料主要化学成分及其质量百分比为：12.0％Al，0.5％Zn，余量Mg。采用熔剂保护法进行钎料合金熔炼，浇注成铸锭，然后采用机械分割将钎料分成长条块状。钎焊前镁合金工件经砂纸打磨丙酮清洗去除表面污物和氧化膜，钎料置于接头处，并在其上撒布钎剂，接头由夹具固定后入氩气保护装置钎焊。钎焊过程中氩气流量10L/min，升温速度2.5℃/s，钎焊温度590℃，保温30s。钎焊后，接头外观成形良好，对其进行力学测试，接头剪切强度和接头抗拉强度见表1。
表1各钎料成分及钎焊接头力学性能
Claims (1)
1.一种用于镁合金的中温钎焊钎料，其特征在于，所述的钎料成分质量百分含量范围如下：Al1～2.5％，Zn46～52％，余量为Mg。
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