CN104191103A - 一种含稀土元素La的中温镁合金钎料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含稀土元素La的中温镁合金钎料，钎料中各元素的组分百分比为：La：0.2~2.5%，Al：5~10%，Zn：35~40%，余量为Mg。该钎料的制备方法为：冶炼中间合金Mg-La；坩埚预热到150~300℃，将剩余镁锭置于坩埚中，在保护性气氛下加热至700℃~720℃，待镁锭完全融化后，捞渣，加入纯Al和Mg-La中间合金，搅拌，保温；加入纯Zn，搅拌至完全融化后，打渣，静置；将合金液浇注入模具中，空冷至室温即可得到钎料。本发明钎料的熔点温度显著降低，钎料的塑性和室温强度均有所提高；提高了钎焊接头的高温力学性能；使合金元素的烧损明显减少，得到的钎料成分和组织非常均匀。

Description

一种含稀土元素La的中温镁合金钎料及其制备方法

技术领域

本发明涉及镁合金焊接钎料，尤其是涉及一种含稀土元素La的中温镁合金钎料，本发明还涉及该钎料的制备方法。

背景技术

镁合金是目前密度最低的金属结构材料，具有比强度高，减振性、电磁屏蔽和抗辐射能力强，易切削加工、易回收等一系列优点，因此受到越来越多的关注。在电子、交通、汽车、航空、航天和国防军事等领域具有极其重要的应用价值和广阔的应用前景，因此关于镁合金连接的研究也越来越受到重视。

钎焊作为一种连接技术，可以很好地拓展镁合金的应用领域。但是，目前商业应用的镁合金钎料品种非常少。美国的BMg-1（美国试验材料学会牌号AZ92A）、BMg-2a(美国试验材料学会牌号AZ125A)是目前常用的镁合金钎料，钎焊温度范围分别是604～616℃和582～610℃，钎焊温度太高，且配以的钎剂熔点温度也较高（538℃以上）；日本的MC3标准镁合金钎料，其成分非常接近于美国的BMg-1，该钎料的温度范围是605～615℃，钎焊温度也过高。日本新研发的In-Mg-Zn-Al 钎料，其钎料熔化温度范围在449～490℃，虽降低了钎焊温度，但该钎料中含有大量的贵重金属In，(In的质量百分比达到65％)，又大大提高了钎料成本。近年来Mg-Zn-Al钎料开始被用于AZ 系镁合金的焊接，但其焊接接头的强度还有待进一步提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种熔点温度低、焊接接头强度高的含稀土元素La的中温镁合金钎料，本发明还提供了该钎料的制备方法。

为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：

本发明所述的含稀土元素La的中温镁合金钎料，钎料中各元素的组分百分比为：La：0.2~2.5%，Al：5~10%，Zn：35~40%，余量为 Mg。

在该钎料中，各元素的作用如下：

Mg：调节成分并使钎料对母材有良好的湿润性能。

Zn ：显著降低镁合金钎料的熔点，增加Al 在Mg 中的溶解度，提高合金钎料室温强度，此外Zn还可以减轻杂质元素Fe、Ni的存在而引起的腐蚀作用。

Al ：Al 与Mg 形成有限固溶体，在提高合金强度的同时还可以改善铸造性能，提高钎料的流动性并改善润湿性。

La：La元素的原子扩散能力较差，既可以提高镁合金再结晶温度和减缓再结晶过程，又可以析出非常稳定的弥散相粒子，从而大幅提高了镁合金的高温强度和蠕变抗力，显著提高了焊接接头的力学性能；此外La还可以使钎料合金的凝固区间变窄，减轻焊缝开裂和提高组织的致密性。

本发明所述的含稀土元素La的中温镁合金钎料的制备方法，包括下述步骤：

第一步，按Mg:La=5:1之重量百分配比冶炼中间合金Mg-La备用；

第二步，坩埚预热到150~300℃，将剩余镁锭置于预热后的坩埚中，在保护性气氛下加热至700℃~ 720℃，所述保护性气氛为SF₆+CO₂混合气体；

第三步，待镁锭完全融化后，捞渣，加入纯Al和Mg-La中间合金，搅拌并保温10分钟；

第四步，加入纯Zn，搅拌至完全融化后，打渣，静置15分钟；

第五步，将合金液浇注入模具中，空冷至室温即可得到钎料。

与现有技术相比，本发明的优点体现在以下几点：

1、本发明钎料的熔点温度显著降低，极大扩展了镁合金钎焊的应用范围；

2、少量的稀土元素La可以显著细化钎料合金晶粒，使钎料的塑性和室温强度均有所提高；

3、本发明钎料在钎焊过程中，稀土La可以生产高温弥散粒子，提高钎焊接头的高温力学性能；

4、制备熔炼过程中采用分次加料的方式，并采用保护气氛，使得合金元素的烧损明显减少，对于合金成分的控制更加准确；

5、熔炼过程中的搅拌是合金元素分别更加均匀，最终得到的钎料成分和组织非常均匀。

具体实施方式

下面通过对比例和具体实施例对本发明做进一步详述。

对比例：

制备500g 普通镁合金钎料：

将坩埚预热到150℃～300℃，向坩埚中加入300克纯Mg，在SF₆+CO₂保护性气氛下加热至700℃～720℃；待镁锭完全熔化后，捞渣，加入25克纯Al，搅拌并保温10分钟；加入175克纯Zn，搅拌至完全融化后，打渣，静置15分钟；将合金液浇注入铸铁模具中，空冷至室温得到对比例钎料。

实施例1：

制备500g本发明的含La的镁合金钎料：

将坩埚预热到150℃~300℃，向坩埚中加入275克Mg，在SF₆+CO₂保护性气氛下加热至700℃~720℃；待镁锭完全熔化后，捞渣，加入25克纯Al和25克Mg-20%La中间合金，搅拌并保温10分钟；加入175克纯Zn，搅拌至完全融化后，打渣，静置15分钟；将合金液浇注入铸铁模具中，空冷至室温得到实施例1的成品钎料。

实施例2：

制备500g本发明的含La的镁合金钎料：

将坩埚预热到150℃~300℃，向坩埚中加入252.5克Mg，在SF₆+CO₂保护性气氛下加热至700℃~720℃；待镁锭完全熔化后，捞渣，加入35克纯Al和37.5克Mg-20%La中间合金，搅拌并保温10分钟；加入175克纯Zn，搅拌至完全融化后，打渣，静置15分钟；将合金液浇注入铸铁模具中，空冷至室温得到实施例2的成品钎料。

实施例3：

制备500g本发明的含La的镁合金钎料：

将坩埚预热到150℃~300℃，向坩埚中加入200克Mg，在SF₆+CO₂保护性气氛下加热至700℃~720℃；待镁锭完全熔化后，捞渣，加入50克纯Al和50克Mg-20%La中间合金，搅拌并保温10分钟；加入200克纯Zn，搅拌至完全融化后，打渣，静置15分钟；将合金液浇注入铸铁模具中，空冷至室温得到实施例3的成品钎料。

利用DSC200PC 差热分析仪来测定上述钎料的熔点。试验参数：纯氩气保护，气体流量Ar＝15ml/min；升温速度为10.0K/min；Al₂O₃ 为参照；样品为10～15mg 的钎料细小颗粒或粉末。下表1列出了对比例及实施例1、2、3的钎料熔点。

将对比例和实施例1-3制备的钎料机械切割为块状，对3mm 厚的AZ31B 镁合金薄板进行感应钎焊。钎焊前镁合金工件经砂纸打磨，丙酮清洗以去除表面的油污及氧化膜，钎焊接头处撒布钎剂，钎料置于接头处，将组配好的工件放入氩气保护装置进行钎焊。钎焊过程中氩气流量为10L/min，升温速度为3.0℃/s，钎焊温度380℃，保温35s。钎焊后，对钎焊接头进行剪切强度测试；其结果见下表1 所示。

从表1中可以看出，采用本发明所制备的钎料进行感应钎焊后，钎焊接头的剪切强度均有提高，平均晶粒尺寸减小。

表1    钎料熔点、接头平均抗剪强度，平均晶粒尺寸统计

	熔点/℃	平均抗剪强度/MPa	平均晶粒尺寸/μm
				对比例	340	48.8	100
实施例1	348	57.5	82
				实施例2	357	53.6	75
实施例3	370	59.4	68

Claims (2)

1.一种含稀土元素La的中温镁合金钎料，其特征在于：所述钎料中各元素的组分百分比为：La：0.2~2.5%，Al：5~10%，Zn：35~40%，余量为 Mg。

2.根据权利要求1所述的含稀土元素La的中温镁合金钎料的制备方法，其特征在于：包括下述步骤：

第一步，按Mg:La=5:1之重量百分配比冶炼中间合金Mg-La备用；

第二步，坩埚预热到150~300℃，将剩余镁锭置于预热后的坩埚中，在保护性气氛下加热至700℃~ 720℃，所述保护性气氛为SF₆+CO₂混合气体；

第三步，待镁锭完全融化后，捞渣，加入纯Al和Mg-La中间合金，搅拌并保温10分钟；

第四步，加入纯Zn，搅拌至完全融化后，打渣，静置15分钟；

第五步，将合金液浇注入模具中，空冷至室温即可得到钎料。