CN105562956A - 一种适用于镁铝异种合金钎焊的钎料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于镁铝异种合金钎焊的钎料，为(25～35)Mg-(25～35)Al-(20～30)Zn-(20～30)Sn。还公开了该钎料的制备方法，包含以下步骤：(1)配置原料；(2)熔炼。本发明提供的钎料，通过该钎料进行镁铝异种合金钎焊，避免了镁铝合金的直接接触，有效地避免了金属间化合物的生成，采用本发明钎料钎焊所得合金间接头，剪切强度和拉伸强度均有大幅提升，从而改善了镁铝合金间的接头性能，使焊接更加牢固。本发明的制备方法简单，易实现。反应条件温和、易控制。
Description
技术领域
本发明涉及一种适用于镁铝异种合金钎焊的钎料及其制备方法，具体属于钎料技术领域。
背景技术
目前，镁铝异种金属的焊接主要通过熔化焊中的电子束焊、磁脉冲焊、电阻点焊、TIG焊、MIG焊、激光焊、激光与电弧复合焊等,固态焊中的爆炸焊、普通摩擦焊、搅拌摩擦焊和真空扩散焊等。然而上述焊接方法存在着以下问题：①成本高；②焊接效率低；③焊缝强度低；④工艺复杂等。
钎焊主要是一种加热使熔点低于被连接材料的钎料金属熔化，母材不熔化，利用液态钎料的毛细填充作用填充焊缝，通过钎料与被连接材料的相互作用达到冶金结合的连接方式。与熔化焊相比,钎焊加热温度低，减小了对母材金属的组织、性能的影响，引起的应力和焊后变形小。钎焊可以实现尺寸精密，装配度要求较高,形状复杂的焊件的连接。钎焊的生产效率高，可以同时完成多零件多焊缝的连接，工艺过程简单，易于实现自动化。因此，考虑将钎焊用于镁铝异种金属的焊接中。但是由于镁的活性高，使钎焊不易实现，因此对镁铝异种金属钎焊所用的钎料提出了很高的要求。
目前，美国焊接学会编写的《钎焊手册》列举的目前可用于镁铝合金钎焊的商业钎料有：BMg-1，BMg-2以及MC3。其中MC3为日本标准的钎料，但这三种钎料熔点较高(604～627℃)，配以的钎剂熔点也较高(约538℃)，超过大多数镁合金的熔点及燃点温度。此外，镁铝合金间还易生成脆性的金属间化合物，影响接头性能。因此，发明一种新的适用于镁铝异种合金钎焊的钎料，能够有效解决上述缺陷，显得尤为必要。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种适用于镁铝异种合金钎焊的钎料，能够改善镁铝合金间的接头性能；该钎料的制备方法简单易操作。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
一种适用于镁铝异种合金钎焊的钎料，为(25～35)Mg-(25～35)Al-(20～30)Zn-(20～30)Sn。其中，各组分含量为：Mg：25～35wt％；Al：25～35wt％；Zn：20～30wt％；Sn：20～30wt％。
优选地，前述钎料为30Mg-30Al-20Zn-20Sn。其中，各组分含量为：Mg：30wt％；Al：30wt％；Zn：20wt％；Sn：20wt％。
前述适用于镁铝异种合金钎焊的钎料的制备方法，包含以下步骤：(1)配置原料；(2)熔炼。
前述制备方法，具体包含以下步骤：
(1)配置原料：按照比例取各组分金属，放入坩埚中；
(2)熔炼：将坩埚放入真空炉中，抽真空后通入氩气，设置炉温，保温30min～2h后，随炉冷却至室温，即得。
进一步地，前述制备方法，还包括步骤(3)甩带：将步骤(2)所得钎料放入真空甩带机中，抽真空后通入氩气，设置甩带速度运行，得薄带状钎料。
前述制备方法，步骤(2)中，设置炉温为700℃～800℃。
优选地，前述制备方法，步骤(2)中，设置炉温为750℃。
前述制备方法，步骤(3)中，设置甩带速度为400r/min～600r/min。
优选地，前述制备方法，步骤(3)中，设置甩带速度为500r/min。
前述制备方法，步骤(3)中，运行时间为15min～30min。
本发明的适用于镁铝异种合金钎焊的钎料，为(25～35)Mg-(25～35)Al-(20～30)Zn-(20～30)Sn。其中，各组分含量为：Mg：25～35wt％；Al：25～35wt％；Zn：20～30wt％；Sn：20～30wt％。
图1是本发明的钎料制备和焊接的流程图。如图1所示，先制备钎料，具体包含以下步骤：
(1)配置原料：按照比例取各组分金属，放入坩埚中；
(2)熔炼：将坩埚放入真空炉中，抽真空后通入氩气，设置炉温为700℃～800℃，保温30min～2h后，随炉冷却至室温，即得。
在进行焊接前，将制备好的钎料先进行甩带处理，即将步骤(2)所得钎料放入真空甩带机中，抽真空后通入氩气，设置甩带速度为400r/min～600r/min，运行15min～30min，得薄带状钎料。
用薄带状钎料进行钎焊，包括以下步骤：先将薄带状的钎料平铺在镁铝合金间，并通过铁夹将其固定；将固定好的镁铝合金及钎料放入真空炉中，抽取真空并通入氩气，设置温度为高于钎料熔点20℃～30℃，保温20min，随炉冷却到室温后将其取出，焊接完成，得到成品。
对本发明的钎料进行热分析可知，所得钎料为(25～35)Mg-(25～35)Al-(20～30)Zn-(20～30)Sn。其中，各组分含量为：Mg：25～35wt％；Al：25～35wt％；Zn：20～30wt％；Sn：20～30wt％。图2是本发明钎料的热重曲线图。由图中可知，钎料的DTA固相点为460℃，液相点为475℃，熔化温度区间显著升高，熔化温度区间也略有增长，约为15℃。冷却过程中，500℃先出现了一个吸热峰,455℃附近出现一个放热峰，钎料开始凝固。经DTA分析，本发明的钎料熔点为420℃左右，相比于其它镁铝合金所用的钎料熔点低。
图3～图4是钎料用于钎焊所得产品的金相显微镜图。钎料通过与其附近的被焊金属熔化成液态，冷却后使两相金属结合在一起。由图中可知，甩带状的钎料在镁条、铝条之间熔化，并与边界处的镁合金、铝合金一起熔化形成液态，将镁条、铝条结合在一起。本发明的钎料润湿性、流动性好。
采用本发明的钎料和现有钎料进行镁铝异种合金钎焊，对所得合金间接头分别按照行业标准测试方法进行剪切性能测试和拉伸性能测试，每组选取5个试样取平均值，结果如表1和表2所示。
表1剪切应力
| 组别 | 钎料成分 | 剪切应力 |
| NO.1 | Al-35Zn-30Sn | 33.3MPa |
| NO.2 | Al-35Zn-30Sn-La | 37.5Mpa |
| NO.3 | 30Al-20Mg-30Zn-20Sn | 62.4Mpa |
表2拉伸强度
| 组别 | 钎料成分 | 拉伸强度 |
| NO.1 | Al-35Zn-30Sn | 36.8MPa |
| NO.2 | Al-35Zn-30Sn-La | 42.3MPa |
| NO.3 | 30Al-20Mg-30Zn-20Sn | 48.6MPa |
由表1和表2可知，采用本发明的钎料进行钎焊，所得镁铝异种合金间接头的剪切应力和拉伸强度均有大幅提高，从而改善了镁铝合金间的接头性能，使焊接更加牢固。
本发明的有益之处在于：本发明提供的适用于镁铝异种合金钎焊的钎料及其制备方法具有以下优势：
(1)本发明钎料的原料易得，成本低。相比于其它镁铝合金所用的钎料，所得钎料的润湿性、流动性好。钎料熔点低(420℃左右)，所对应的钎剂熔点也较低，有效降低了钎焊时的温度要求，节约了能源。
(2)接头性能好。通过该钎料进行镁铝异种合金钎焊，避免了镁铝合金的直接接触，有效地避免了金属间化合物的生成。采用本发明钎料钎焊所得合金间接头，剪切强度和拉伸强度均有大幅提升，从而改善了镁铝合金间的接头性能，使焊接更加牢固。
(3)生产效益高。本发明钎料用于钎焊时可采用炉中钎焊，所需的设备相对较少且成本低、操作容易，成品率高，质量好，生产周期短。
(4)本发明钎料制备方法简单，易实现。反应条件温和、易控制。
附图说明
图1是本发明的钎料制备及钎焊的工艺流程图；
图2是本发明钎料的热重分析图；
图3是钎料用于钎焊后所得产品的熔合区放大100倍金相显微镜图；
图4是钎料用于钎焊后所得产品的熔合区与铝母材周围放大100倍金相显微镜图；
图中附图标记的含义：图2:1-TE曲线，2-TG曲线，3-DTA曲线；图3：1-熔合区近铝端，2-熔合区近镁端，3-熔合线；图4：4-铝母材，5-熔合区。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步的介绍。
实施例1
一种适用于镁铝异种合金钎焊的钎料，为25Mg-25Al-30Zn-20Sn。其中，各组分含量为：Mg：25wt％；Al：25wt％；Zn：30wt％；Sn：20wt％。该钎料是通过以下方法制备的，具体包含以下步骤：
(1)配置原料：按照比例取各组分金属，放入坩埚中；
(2)熔炼：将坩埚放入真空炉中，抽真空后通入氩气，设置炉温为700℃，保温2h后，随炉冷却至室温，即得。
实施例2
一种适用于镁铝异种合金钎焊的钎料，为35Mg-25Al-20Zn-20Sn。其中，各组分含量为：Mg：35wt％；Al：25wt％；Zn：20wt％；Sn：20wt％。该钎料是通过以下方法制备的，具体包含以下步骤：
(1)配置原料：按照比例取各组分金属，放入坩埚中；
(2)熔炼：将坩埚放入真空炉中，抽真空后通入氩气，设置炉温为800℃，保温30min后，随炉冷却至室温，即得。
实施例3
一种适用于镁铝异种合金钎焊的钎料，为25Mg-35Al-20Zn-20Sn。其中，各组分含量为：Mg：25wt％；Al：35wt％；Zn：20wt％；Sn：20wt％。该钎料是通过以下方法制备的，具体包括以下步骤：
(1)配置原料：按照比例取各组分金属，放入坩埚中；
(2)熔炼：将坩埚放入真空炉中，抽真空后通入氩气，设置炉温为730℃，保温1h后，随炉冷却至室温；
(3)甩带：将步骤(2)所得钎料放入真空甩带机中，抽真空后通入氩气，设置甩带速度为400r/min，运行30min，得薄带状钎料。
实施例4
一种适用于镁铝异种合金钎焊的钎料，为30Mg-30Al-20Zn-20Sn。其中，各组分含量为：Mg：30wt％；Al：30wt％；Zn：20wt％；Sn：20wt％。该钎料是通过以下方法制备的，具体包括以下步骤：
(1)配置原料：按照比例取各组分金属，放入坩埚中；
(2)熔炼：将坩埚放入真空炉中，抽真空后通入氩气，设置炉温为750℃，保温30min后，随炉冷却至室温；
(3)甩带：将步骤(2)所得钎料放入真空甩带机中，抽真空后通入氩气，设置甩带速度为500r/min，运行20min，得薄带状钎料。
实施例5
一种适用于镁铝异种合金钎焊的钎料，为25Mg-25Al-20Zn-30Sn。其中，各组分含量为：Mg：25wt％；Al：25wt％；Zn：20wt％；Sn：30wt％。该钎料是通过以下方法制备的，具体包括以下步骤：
(1)配置原料：按照比例取各组分金属，放入坩埚中；
(2)熔炼：将坩埚放入真空炉中，抽真空后通入氩气，设置炉温为780℃，保温45min后，随炉冷却至室温；
(3)甩带：将步骤(2)所得钎料放入真空甩带机中，抽真空后通入氩气，设置甩带速度为600r/min，运行25min，得薄带状钎料。
实施例6
一种适用于镁铝异种合金钎焊的钎料，为30Mg-25Al-25Zn-20Sn。其中，各组分含量为：Mg：30wt％；Al：25wt％；Zn：25wt％；Sn：20wt％。该钎料是通过以下方法制备的，具体包括以下步骤：
(1)配置原料：按照比例取各组分金属，放入坩埚中；
(2)熔炼：将坩埚放入真空炉中，抽真空后通入氩气，设置炉温为740℃，保温1.5h后，随炉冷却至室温；
(3)甩带：将步骤(2)所得钎料放入真空甩带机中，抽真空后通入氩气，设置甩带速度为550r/min，运行15min，得薄带状钎料。
用实施例1～6的钎料进行钎焊，可以预先将钎料进行甩带处理得到薄带状钎料，用薄带状钎料进行钎焊。钎焊包括以下步骤：先将钎料或薄带状钎料平铺在镁铝合金间，并通过铁夹将其固定；将固定好的镁铝合金及钎料放入真空炉中，抽取真空并通入氩气，设置温度为高于钎料熔点20℃～30℃，保温20min，随炉冷却到室温后将其取出，焊接完成，得到成品。
Claims (10)
1.一种适用于镁铝异种合金钎焊的钎料，其特征在于：所述钎料为(25～35)Mg-(25～35)Al-(20～30)Zn-(20～30)Sn。
2.根据权利要求1所述的适用于镁铝异种合金钎焊的钎料，其特征在于：所述钎料为30Mg-30Al-20Zn-20Sn。
3.如权利要求1或2所述的适用于镁铝异种合金钎焊的钎料的制备方法，其特征在于：包含以下步骤：(1)配置原料；(2)熔炼。
4.根据权利要求3所述的适用于镁铝异种合金钎焊的钎料的制备方法，其特征在于：包含以下步骤：
(1)配置原料：按照比例取各组分金属，放入坩埚中；
(2)熔炼：将坩埚放入真空炉中，抽真空后通入氩气，设置炉温，保温30min～2h后，随炉冷却至室温，即得。
5.根据权利要求4所述的适用于镁铝异种合金钎焊的钎料的制备方法，其特征在于：还包括步骤(3)甩带：将步骤(2)所得钎料放入真空甩带机中，抽真空后通入氩气，设置甩带速度运行，得薄带状钎料。
6.根据权利要求4所述的适用于镁铝异种合金钎焊的钎料的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，设置炉温为700℃～800℃。
7.根据权利要求6所述的适用于镁铝异种合金钎焊的钎料的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，设置炉温为750℃。
8.根据权利要求5所述的适用于镁铝异种合金钎焊的钎料的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，设置甩带速度为400r/min～600r/min。
9.根据权利要求8所述的适用于镁铝异种合金钎焊的钎料的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，设置甩带速度为500r/min。
10.根据权利要求5所述的适用于镁铝异种合金钎焊的钎料的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，运行时间为15min～30min。
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