CN109202328B - 一种用于钎焊铝合金和镁合金的钎料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于钎焊铝合金和镁合金的钎料及其制备方法，属于镁合金和铝合金钎焊技术领域。本发明用于钎焊铝合金和镁合金的钎料，由以下质量百分比的组分组成：Bi：1％～4％，Al：5％～9％，Zn：17％～22％，余量为Sn。本发明用于钎焊铝合金和镁合金的钎料，所用原料简单，成本相对低廉，所得钎料具有较低的熔化温度和钎焊温度，能够广泛用于铝合金和镁合金的钎焊，且不影响母材性能。

Description

一种用于钎焊铝合金和镁合金的钎料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种用于钎焊铝合金和镁合金的钎料及其制备方法，属于镁合金和铝合金钎焊技术领域。
背景技术
铝合金和镁合金具有密度低、比强度高、比刚度高等特性，在航空、航天、军工、电子工业领域有着广泛的应用前景。鉴于铝合金和镁合金应用的广泛性和交叉性，以及在某些场合对其特殊性能的要求，将铝合金和镁合金连接形成复合结构就显得十分必要，铝合金和镁合金连接既可降低结构重量，又可节约材料、降低成本。铝合金和镁合金的连接主要有激光焊、电子束焊、搅拌摩擦焊、扩散焊、钨极氩弧焊等焊接方式。目前，铝合金/镁合金的钎焊连接应用的钎焊钎料非常少。
2007年大连理工大学赵丽敏在焊接学报第28卷第10期报道的镁合金与铝合金的夹层扩散焊连接，用纯锌(熔点420℃)作为夹层材料对镁合金与铝合金实施了扩散焊连接，但是用纯锌作为焊接镁合金与铝合金的焊接材料，且用扩散焊方式焊接，整个焊接过程中纯锌并没有完全熔化，其连接靠的是锌原子与镁合金/铝合金母材之间的扩散，纯锌并没有熔化、铺展及润湿母材，其实质并不是钎焊连接，纯锌在这里也并没有起到钎料的作用，严格来讲并不能作为一种真正的钎料使用。
2015年兰州理工大学任相弈的硕士毕业论文《AZ31B镁合金和6063铝合金超声钎焊研究》以Zn-Ag-Cu合金作为钎料，使用Ar气氛保护高频感应加热，并在钎焊过程中施加超声震动辅助焊接，在不使用钎剂的情况下获得镁合金AZ31B与铝合金6063的钎焊接头，但Zn-Ag-Cu钎料熔点较高，该钎料的液相点约为560℃，固相点约为540℃，钎焊实施温度在580℃左右，且该钎料中含有Ag元素，价格相对较高。钎料熔化温度过高，容易对母材在某些方面的性能造成一定的影响；钎焊温度过高也会对钎焊母材构成一定的限制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于钎焊铝合金和镁合金的钎料，以解决现有技术中铝合金和镁合金钎焊用钎料熔化温度高的技术问题。
本发明第二个目的在于提供一种上述用于钎焊铝合金和镁合金的钎料的制备方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种用于钎焊铝合金和镁合金的钎料，由以下质量百分比的组分组成：Bi：1％～4％，Al：5％～9％，Zn：17％～22％，余量为Sn。
优选地，上述用于钎焊铝合金和镁合金的钎料，由以下质量百分比的组分组成：Bi：1％～2.8％，Al：5％～6.6％，Zn：19.5％～22％，余量为Sn。
所述铝合金为6063铝合金或6061铝合金，所述镁合金为AZ31B镁合金或AZ61镁合金。
所述钎料的熔化温度为303～325℃。
所述钎料的钎焊温度为330～350℃。
本发明用于钎焊铝合金和镁合金的钎料，共有四种添加元素，分别是Bi、Al、Zn、Sn。其中Sn元素的添加有利于镁合金和铝合金母材在钎焊面的扩散区形成固溶体组织，使得焊接连接界面处的强度有保证且稳定牢固，同时能整体降低钎料的熔点(固相线、液相线)温度。Zn元素在制备的钎料中起到固溶强化合金钎料的作用，使得主元素Sn和Zn元素更容易形成冶金结合效果优良的合金，保证钎料自身有足够的强度和一定的塑性。其中Al元素的主要作用是起到时效强化和提高钎缝耐腐蚀的作用。其中Bi元素的主要作用是减少钎缝的开裂倾向和降低钎料的温度。上述Bi、Al、Zn、Sn四种添加元素协同作用，使本发明用于钎焊铝合金和镁合金的钎料具有较低的熔化温度和钎焊温度。
上述用于钎焊铝合金和镁合金的钎料的制备方法，包括以下步骤：
将原料Bi、Al、Zn、Sn在惰性气体保护下于700～750℃熔炼，待原料全部熔化后保温5～30min，冷却至室温，即得。
所述惰性气体为氩气、氦气或高纯氮气。
本发明的用于钎焊铝合金和镁合金的含有Bi、Al、Zn、Sn四种元素的钎料可采用该技术领域公知的惰性气体保护法实施钎料合金的熔炼。
本发明用于钎焊铝合金和镁合金的钎料可进一步经机械加工法加工成所需形状和厚度的钎料。
上述机械加工法包括精密铸造、挤压、拉拔、轧制、线切割、电火花等工艺方法。
本发明用于钎焊铝合金和镁合金的钎料可进一步加工成棒状、块状、片状、丝状等形状。
本发明的有益效果是：
本发明用于钎焊铝合金和镁合金的钎料，所用原料简单，成本相对低廉，所得钎料具有较低的熔化温度和钎焊温度，能够广泛用于铝合金和镁合金的钎焊，且不影响母材性能。
使用本发明用于钎焊铝合金和镁合金的钎料焊接铝合金和镁合金接头或产品，焊接产品及接头使用寿命长、焊接质量高、焊接缺陷少、性能稳定可靠，焊缝外观均匀、饱满、缺陷少。本发明用于钎焊铝合金和镁合金的钎料，尤其适用于其他焊接工艺无法实施的异形、内部结构复杂工件的钎焊连接。
本发明用于钎焊铝合金和镁合金的钎料的制备方法，成本低，简单易行，采用本发明方法得到的钎料具有较低的熔化温度和钎焊温度，能够广泛用于铝合金和镁合金的钎焊。
具体实施方式
实施例1
本实施例用于钎焊铝合金和镁合金的钎料，由以下质量百分比的组分组成：Bi：1％，Al：5％，Zn：22％，余量为Sn。
本实施例用于钎焊铝合金和镁合金的钎料的制备方法，包括以下步骤：
按上述百分比含量计算得到的各原料重量称取各原料放置在高纯氮气保护的熔炼坩埚中，于700℃进行熔炼，待原料完全熔化后保温30min，然后在有高纯氮气保护的熔炼坩埚中冷却至室温，并经机械加工法加工成片状的钎料。
利用本实施例用于钎焊铝合金和镁合金的钎料，以高频感应钎焊方式钎焊6063铝合金和AZ31B镁合金焊接接头，钎焊温度为330℃，焊后钎焊焊缝外观美观、均匀，饱满；通过力学性能测试测得6063铝合金和AZ31B镁合金对接接头的抗拉强度为42MPa，搭接接头抗剪强度为35MPa。
实施例2
本实施例用于钎焊铝合金和镁合金的钎料，由以下质量百分比的组分组成：Bi：4.0％，Al：9.0％，Zn：17％，余量为Sn。
本实施例用于钎焊铝合金和镁合金的钎料的制备方法，包括以下步骤：
按上述百分比含量计算得到的各原料重量称取各原料放置在氩气气氛保护的熔炼坩埚中，于750℃进行熔炼，待原料完全熔化后保温5min，然后在有氩气气氛保护的熔炼坩埚中冷却至室温，并经机械加工法加工成丝状的钎料。
利用本实施例用于钎焊铝合金和镁合金的钎料，以氩气炉中气体保护钎焊方式钎焊6061铝合金和AZ61镁合金焊接接头，钎焊温度为350℃，焊后钎焊焊缝外观美观、均匀，饱满；通过力学性能测试测得6061铝合金/AZ61镁合金对接接头的抗拉强度为39MPa，搭接接头抗剪强度为32MPa。
实施例3
本实施例用于钎焊铝合金和镁合金的钎料，由以下质量百分比的组分组成：Bi：3.4％，Al：7.2％，Zn：17％，余量为Sn。
本实施例用于钎焊铝合金和镁合金的钎料的制备方法，包括以下步骤：
按上述百分比含量计算得到的各原料重量称取各原料放置在氦气气氛保护的熔炼坩埚中，于725℃进行熔炼，待原料完全熔化后保温20min，然后在有氦气气氛保护的熔炼坩埚中冷却至室温，并经机械加工法加工成棒状的钎料。
利用本实施例用于钎焊铝合金和镁合金的钎料，以电阻钎焊方式钎焊6061铝合金和AZ31B镁合金焊接接头，钎焊温度为340℃，焊后钎焊焊缝外观美观、均匀，饱满；通过力学性能测试测得6061铝合金/AZ31B镁合金对接接头的抗拉强度为40MPa，搭接接头抗剪强度为33MPa。
实施例4
本实施例用于钎焊铝合金和镁合金的钎料，由以下质量百分比的组分组成：Bi：2.8％，Al：6.6％，Zn：19.5％，余量为Sn。
本实施例用于钎焊铝合金和镁合金的钎料的制备方法，包括以下步骤：
按上述百分比含量计算得到的各原料重量称取各原料放置在氩气气氛保护的熔炼坩埚中，于710℃进行熔炼，待原料完全熔化后保温15min，然后在氩气气氛保护的熔炼坩埚中冷却至室温，并经机械加工法加工成片状的钎料。
利用本实施例用于钎焊铝合金和镁合金的钎料，以电阻钎焊方式钎焊6063铝合金/AZ61镁合金焊接接头，钎焊温度为330℃，焊后钎焊焊缝外观美观、均匀，饱满；通过力学性能测试测得6063铝合金/AZ61镁合金对接接头的抗拉强度为45MPa，搭接接头抗剪强度为37MPa。

Claims (5)

1.一种用于钎焊铝合金和镁合金的钎料，其特征在于，由以下质量百分比的组分组成：Bi：1％～4％，Al：5％～9％，Zn：17％～22％，余量为Sn；所述铝合金为6063铝合金或6061铝合金，所述镁合金为AZ31B镁合金或AZ61镁合金。
2.根据权利要求1所述的用于钎焊铝合金和镁合金的钎料，其特征在于，由以下质量百分比的组分组成：Bi：1％～2.8％，Al：5％～6.6％，Zn：19.5％～22％，余量为Sn。
3.根据权利要求1所述的用于钎焊铝合金和镁合金的钎料，其特征在于，所述钎料的熔化温度为303～325℃。
4.根据权利要求1所述的用于钎焊铝合金和镁合金的钎料，其特征在于，所述钎料的钎焊温度为330～350℃。
5.一种如权利要求1所述的用于钎焊铝合金和镁合金的钎料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将原料Bi、Al、Zn、Sn在惰性气体保护下于700～750℃熔炼，待原料全部熔化后保温5～30min，冷却至室温，即得。
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