CN105618955A - 一种用于稀土镁合金钎焊的镁合金钎料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于稀土镁合金钎焊的镁合金钎料及制备方法，各元素按重量百分数为2.3～3％Nd、22％～28％Cu、5.5～6.3％Ni和1.7～2％Zn，其余为Mg，镁合金钎料的熔化温度范围为465～490℃。本发明的用于稀土镁合金钎焊的镁合金钎料，镁合金钎料的熔化温度范围为465～490℃，钎焊温度范围为525～550℃，适合于固相线温度在550℃以上的稀土镁合金钎焊；所提供钎料用于Mg-1.74Mn-0.264Ce稀土镁合金和AZ31B镁合金钎焊，其钎焊搭接接头室温抗拉强度在136～145MPa之间；本发明的用于稀土镁合金钎焊的镁合金钎料的制备方法，工艺简单，过程容易控制，成分控制比较好，无成分污染，较为适合高质量钎料生产。
Description
技术领域
本发明涉及用于稀土镁合金钎焊的镁合金钎料及制备方法，属于镁合金焊料领域。
背景技术
镁及其镁合金具有密度小、比强度高、比刚度高、阻尼减震性优良、导热性、可切削加工性和可回收性好等优点，被誉为21世纪的“绿色”工程材料。因此，镁及其合金在航空、航天、军事、交通、电子等行业有着重要的应用价值。目前，镁合金中稀土元素的作用已经引起了人们的广泛关注。稀土元素的加入，使得镁合金具有比普通镁合金更高的强度和更好的耐热性能。然而，目前镁合金钎焊钎料所焊接的接头性能都比较低，远低于镁合金基体材料的性能(强度大于200MPa)。比如，申请号201110000830.0发明的一种Al-Mg-Zn镁合金钎焊钎料，钎焊AZ31B镁合金所得钎焊搭接接头抗剪强度在23～28MPa之间，钎焊对接接头抗拉强度在39～44MPa之间；申请号200910092578.3发明的一种含稀土的镁合金钎料钎焊AZ31B镁合金，钎焊搭接接头抗剪强度在38～39MPa之间，钎焊对接接头抗拉强度在53～62MPa之间；申请号201110205638.5发明的一种含稀土元素Er的镁合金钎料，钎焊镁合金所得搭接接头抗剪强度在40～46MPa之间；申请号200910092579.8发明的一种Zn-Mg镁合金钎料，钎焊AZ31B镁合金所得钎焊搭接接头抗剪强度在38～43MPa之间，钎焊对接接头抗拉强度在52～53MPa之间；申请号200910092580.0发明的一种用于镁合金钎焊Zn-Mg-Al钎料，钎焊AZ31B镁合金所得钎焊搭接接头抗剪强度在43～45MPa之间，钎焊对接接头抗拉强度在59～62MPa之间。
因此，开发适用于稀土镁合金钎焊的材料，充分利用稀土镁合金的高强度和良好的耐热性能是稀土镁合金钎焊领域急需解决的问题。
此外，申请号201510530500.0和201510530501.5所采用的钎料制备方法为高频感应加热熔炼。该方法主要的不足是不能较好控制温度的变化，尤其对于低熔点易挥发元素，有效地较少元素烧损。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种用于稀土镁合金钎焊的镁合金钎料及制备方法，镁合金钎料的熔化温度范围为465～490℃，钎焊温度范围为525～550℃，适合于固相线温度在550℃以上的稀土镁合金钎焊。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种用于稀土镁合金钎焊的镁合金钎料，各元素按重量百分数为2.3～3％Nd、22％～28％Cu、5.5～6.3％Ni和1.7～2％Zn，其余为Mg。
作为优选，镁合金钎料的熔化温度范围为465～490℃。
一种上述的用于稀土镁合金钎焊的镁合金钎料的制备方法，包括以下步骤：
第一步、按照合金成分2.3～3％Nd、22％～28％Cu、5.5～6.3％Ni、1.7～2％Zn，其余为Mg，准备原料；
第二步、将第一步的原料放入石墨坩埚中，采用氯化钾和氯化锂的混合物作为保护剂覆盖在原料上面；
第三步、将石墨坩埚放入电阻炉中，加热温度为800～860℃范围内。加热时达到设定温度后，用石墨棒搅拌均匀后，保温5～10min，随后降温至550～600℃同样保温5～10min，将坩埚取出，浇注在事先准备好的石墨油槽中，待冷却后取出并将底层的保护剂层敲下来，得到镁合金钎料。
作为优选，所述第二步中保护剂的成分为质量比为3:1～4:1的氯化钾和氯化锂混合物。
本发明所提供的Mg-Nd-Ni-Cu-Zn钎料中，各种元素的作用如下：
(1)Cu：主要合金元素，在镁中有一定的流动性，且Cu和其它元素不易反应。Cu能在较低温度下可与镁合金形成共晶体。
(2)Nd:少量添加元素，具有显著固溶强化和时效强化的作用，能有效提高钎料的强度；同时降低钎料合金的熔点。
(3)Ni:少量添加元素，降低钎料合金的熔点，提高钎料的流动性；同时，能增加钎料的强度和耐热性能。
(4)Zn:少量添加元素，进一步降低钎料的熔点，提高钎料的流动性。
本发明钎料中的Cu元素比申请号201510530501.5发明的Mg-Gd-Nd-Ni-Zn钎料中的Gd元素熔点低，而且Cu在镁中具有一定的流动性，能在较低温度下与镁形成共晶体，大大较少了镁的损耗。
有益效果：本发明的用于稀土镁合金钎焊的镁合金钎料，镁合金钎料的熔化温度范围为465～490℃，钎焊温度范围为525～550℃，适合于固相线温度在550℃以上的稀土镁合金钎焊；所提供钎料用于Mg-1.74Mn-0.264Ce稀土镁合金和AZ31B镁合金钎焊，其钎焊搭接接头室温抗拉强度在136～145MPa之间；本发明的用于稀土镁合金钎焊的镁合金钎料的制备方法，工艺简单，过程容易控制，成分控制比较好，无成分污染，较为适合高质量钎料生产。
具体实施方式
实例1
Mg-Nd-Cu-Ni-Zn镁合金钎料，该钎料合金包含下列组分(按重量百分比)：2.3％Nd，67.4％Mg，22％Cu，6.3％Ni，2％Zn。
(1)按照合金成分2.3％Nd，67.4％Mg，22％Cu，6.3％Ni，2％Zn准备原料，所用原料为纯度为99.9％以上的Cu、Ni和Zn以及含95.9％Mg和3.22％Nd及微量其他合金元素的稀土镁合金；
(2)将准备好的原料放入石墨坩埚中，采用电阻炉加热熔炼，熔炼过程采用质量比为3:1的氯化钾和氯化锂的混合物作为保护剂覆盖在原料上面；
(3)将坩埚放入电阻炉中，温度设置为800℃，进行加热。待温度升高到800℃时，用石墨棒搅拌均匀后，保温10min。随后降温至600℃保温10min。将坩埚取出，浇注在事先准备好的石墨油槽中。待冷却后取出并将底层的保护剂层敲下来，得到镁合金钎料。
采用实例1的镁合金钎料对Mg-1.74Mn-0.264Ce稀土镁合金进行真空钎焊。首先将母材试样用砂纸进行打磨，并使用丙酮进行超声清洗表面污物。然后，将镁合金钎料置于接头处，将夹具固定接头，放入真空炉中进行钎焊实验。以10℃/min中的速率升温至520℃，保温10min，然后以5℃/min的速率降温至300℃，随炉冷却至室温，打开炉子将焊件取出。对钎焊后接头的力学性能进行测试，将结果填于表1中。
实例2
Mg-Nd-Cu-Ni-Zn镁合金钎料，该钎料合金包含下列组分(按重量百分比)：3％Nd，61.8％Mg，28％Cu，5.5％Ni，1.7％Zn。
(1)按照合金成分3％Nd，61.8％Mg，28％Cu，5.5％Ni，1.7％Zn准备原料，所用原料为纯度为99.9％以上的Cu、Ni和Zn以及含95.9％Mg和3.22％Nd及微量其他合金元素的稀土镁合金。
(2)将准备好的原料放入石墨坩埚中，采用电阻炉加热熔炼，熔炼过程采用质量比为4:1的氯化钾和氯化锂的混合物作为保护剂覆盖在原料上面。
(3)将坩埚放入电阻炉中，温度设置为860℃，进行加热。待温度升高到860℃时，用石墨棒搅拌均匀后，保温5min。随后降温至550℃保温5min，将坩埚取出，浇注在事先准备好的石墨油槽中。待冷却后取出并将底层的保护剂层敲下来，得到镁合金钎料。
采用实例2的镁合金钎料对Mg-1.74Mn-0.264Ce稀土镁合金进行真空钎焊。首先将母材试样用砂纸进行打磨，并使用丙酮进行超声清洗表面污物。然后，将镁合金钎料置于接头处，将夹具固定接头，放入真空炉中进行钎焊实验。以10℃/min中的速率升温至520℃，保温10min，然后以5℃/min的速率降温至300℃，随炉冷却至室温，打开炉子将焊件取出。对钎焊后接头的力学性能进行测试，将结果填于表1中。
实例3
Mg-Nd-Cu-Ni-Zn镁合金钎料，该钎料合金包含下列组分(按重量百分比)：2.5％Nd，64.7％Mg，25％Cu，6％Ni，1.8％Zn。
(1)按照合金成分2.5％Nd，64.7％Mg，25％Cu，6％Ni，1.8％Zn准备原料，所用原料为纯度为99.9％以上的Cu、Ni和Zn以及含95.9％Mg和3.22％Nd及微量其他合金元素的稀土镁合金。
(2)将准备好的原料放入石墨坩埚中，采用电阻炉加热熔炼，熔炼过程采用质量比为3.5:1的氯化钾和氯化锂的混合物作为保护剂覆盖在原料上面。
(3)将坩埚放入电阻炉中，温度设置为830℃，进行加热。待温度升高到830℃时，用石墨棒搅拌均匀后，保温8min。随后降温至580℃保温8min。将坩埚取出，浇注在事先准备好的石墨油槽中。待冷却后取出并将底层的保护剂层敲下来，得到镁合金钎料。
采用实例3的镁合金钎料对Mg-1.74Mn-0.264Ce稀土镁合金进行真空钎焊。首先将母材试样用砂纸进行打磨，并使用丙酮进行超声清洗表面污物。然后，将镁合金钎料置于接头处，将夹具固定接头，放入真空炉中进行钎焊实验。以10℃/min中的速率升温至520℃，保温10min，然后以5℃/min的速率降温至300℃，随炉冷却至室温，打开炉子将焊件取出。对钎焊后接头的力学性能进行测试，将结果填于表1中。
表1实例1至3中制备的钎料成分及钎焊接头力学性能
以上所述仅是本发明的选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种用于稀土镁合金钎焊的镁合金钎料，其特征在于：各元素按重量百分数为2.3～3％Nd、22％～28％Cu、5.5～6.3％Ni和1.7～2％Zn，其余为Mg。
2.根据权利要求1所述的用于稀土镁合金钎焊的镁合金钎料，其特征在于：镁合金钎料的熔化温度范围为465～490℃。
3.一种如权利要求1或2所述的用于稀土镁合金钎焊的镁合金钎料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步、按照合金成分2.3～3％Nd、22％～28％Cu、5.5～6.3％Ni、1.7～2％Zn，其余为Mg，准备原料；
第二步、将第一步的原料放入石墨坩埚中，采用氯化钾和氯化锂的混合物作为保护剂覆盖在原料上面；
第三步、将石墨坩埚放入电阻炉中，加热温度为800～860℃范围内。加热时达到设定温度后，用石墨棒搅拌均匀后，保温5～10min，随后降温至550～600℃同样保温5～10min，将坩埚取出，浇注在事先准备好的石墨油槽中，待冷却后取出并将底层的保护剂层敲下来，得到镁合金钎料。
4.根据权利要求2所述的用于稀土镁合金钎焊的镁合金钎料的制备方法，其特征在于：所述第二步中保护剂的成分为质量比为3:1～4:1的氯化钾和氯化锂混合物。
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| 韩玉梅等: "镁基非晶钎料真空钎焊AZ31B镁合金", 《郑州大学》 * |
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