CN115740832B - 一种碳纤维增强镁合金焊接材料及其制备方法 - Google Patents
一种碳纤维增强镁合金焊接材料及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115740832B CN115740832B CN202211272718.7A CN202211272718A CN115740832B CN 115740832 B CN115740832 B CN 115740832B CN 202211272718 A CN202211272718 A CN 202211272718A CN 115740832 B CN115740832 B CN 115740832B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- carbon fiber
- magnesium alloy
- welding material
- magnesium
- fiber reinforced
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 title claims abstract description 62
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 title claims abstract description 62
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 57
- 238000003466 welding Methods 0.000 title claims abstract description 53
- 229910000861 Mg alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 50
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 50
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 9
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 35
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 35
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims abstract description 35
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims abstract description 28
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 22
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims abstract description 19
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims abstract description 14
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000009987 spinning Methods 0.000 claims abstract description 11
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 239000013077 target material Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 11
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 10
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 10
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 claims description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 6
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims description 4
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 4
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 3
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 3
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 claims 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 8
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 6
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 description 3
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 3
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 2
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 description 1
- JLVVSXFLKOJNIY-UHFFFAOYSA-N Magnesium ion Chemical compound [Mg+2] JLVVSXFLKOJNIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LCKIEQZJEYYRIY-UHFFFAOYSA-N Titanium ion Chemical compound [Ti+4] LCKIEQZJEYYRIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 239000010962 carbon steel Substances 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 229910000706 light magnesium alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001425 magnesium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 239000013585 weight reducing agent Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
Abstract
本发明公开了一种碳纤维增强镁合金焊接材料，由以下质量百分比的组分组成：碳纤维2.0～7.0％，BN纳米颗粒3.0～3.5％，Si 0.5～0.8％，Ti 0.02～3.5％，余量为镁和不可避免的杂质。本发明还公开了一种碳纤维增强镁合金焊接材料的制备方法，先对碳纤维表面依次以纯钛和纯镁作为靶材进行离子溅射形成钛层和镁层，然后与BN纳米颗粒共同添加至镁合金熔液熔炼，并通过旋压寄出加工制得碳纤维增强镁合金焊接材料。采用本发明的焊接材料对镁合金进行焊接可以获得高抗拉强度和屈服强度的焊接接头。
Description
技术领域
本发明涉及一种焊接材料及其制备方法，特别是一种碳纤维增强镁合金焊接材料及制备方法。
背景技术
在现有金属结构材料体系中，镁合金具有高的比强度和比刚度、优异的铸造性能以及高的阻尼抗振性能，因而在航空航天、电子通讯以及汽车工业等行业有着非常广泛的应用前景，目前已成为极具潜力的金属材料之一。在环保设备导气管的制造方面，目前主要是采用碳钢制造，重量大，制造运输都比较麻烦，如果采用轻量化镁合金材料进行制造，将有助于减重节能。
但是镁合金的应用主要存在以下问题：一是镁合金塑性差，成型加工困难，二是镁合金的强韧性不够理想，尤其是焊接后焊缝位置强度难以满足除尘器的导气管使用要求。现有技术中主要采用常规AZ31焊接材料对镁合金进行焊接加工，使用AZ31镁合金进行焊接的时候，焊接接头强度不足，通常抗拉强度会低于100MPa，强度太低，焊接接头容易在使用过程中发生失效。
发明内容
针对上述现有技术缺陷，本发明的任务在于提供一种碳纤维增强镁合金焊接材料。本发明的另一任务在于提供一种碳纤维增强镁合金焊接材料的制备方法，以提高镁合金焊接后接头的力学性能。
本发明技术方案如下：一种碳纤维增强镁合金焊接材料，由以下质量百分比的组分组成：碳纤维2.0～7.0％，BN纳米颗粒3.0～3.5％，Si 0.5～0.8％，Ti 0.02～3.5％，余量为镁和不可避免的杂质。
进一步地，所述碳纤维的质量百分比为5.0～7.0％，Ti 3.0～3.5％。
一种碳纤维增强镁合金焊接材料的制备方法，包括以下步骤：S1、对碳纤维表面依次以纯钛和纯镁作为靶材进行离子溅射形成钛层和镁层；S2、将镁锭和硅块在保护气体下熔化后加入步骤S1制得的镀层碳纤维和BN纳米颗粒，在660～670℃熔炼，搅拌静置，得到合金液；S3、将合金液浇铸成坯料后，坯料置入旋压装置，进行旋压加工，边挤压边同时冷却，挤压出板材制得碳纤维增强镁合金焊接材料。
进一步地，所述步骤S1中进行离子溅射时，钛层和镁层的溅射厚度为10～50μm。超过50μm会容易导致与基体结合不牢固，容易掉落，如果厚度不足10μm，会导致溅射层不明显，基体不能完全被覆盖，起不到溅射的作用。
进一步地，所述熔炼的时间为10～15min，静置时的温度为650～660℃，静置时间为10～15min。
进一步地，所述搅拌静置是以一定时间间隔对所述合金液进行搅拌然后静置再搅拌循环操作。循环的搅拌静置使得碳纤维，BN纳米颗粒与合金液均匀混合。
本发明与现有技术相比的优点在于：
碳纤维增强镁合金焊接材料制备过程中，先进行钛离子溅射，再进行镁离子溅射。此方法一方面增加碳纤维的重量，在和镁溶液混合的时候能很好的均匀分散到镁溶液中而不至于漂浮在表面。另外表面外层溅射镁元素，能改善碳纤维材料和镁基体的润湿，在镁合金液中能更好的与基体进行润湿结合，同时内层的钛会保护碳纤维在高温下的状态。碳纤维和BN纳米颗粒均有增加材料强度的作用，同时碳纤维会使得材料的塑性进一步增加。采用本发明碳纤维增强镁合金焊接材料对镁合金板材进行焊接后，接头抗拉强度可达到220MPa以上，屈服强度150MPa以上。
附图说明
图1为实施例1得到的碳纤维增强镁合金焊接材料金相图像。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。
本发明实施例的碳纤维增强镁合金焊接材料通过以下制备方法制得：
步骤S1、首先制备离子溅射的碳纤维材料，选用聚丙烯腈基碳纤维作为原料，选用的聚丙烯腈基碳纤维不以过细，直径在80μm以上为宜，平均直径为100μm左右。用纯钛和纯镁作为靶材，在碳纤维材料表面先溅射一层金属钛，再溅射一层金属镁。实验在离子溅射机PI-80A上进行操作，将聚丙烯腈基碳纤维固定在腔体内，真空度为2×10-3Pa。离子加速电压设置为35KeV，离子流量为6×1016ions/cm2，溅射时间为20分钟。其中金属钛层厚度可以控制在10～50μm，保护碳纤维在高温下的状态，外层的镁层厚度同样控制在10～50μm，以促进与镁基体的润湿，确保在镁合金液内的均匀分散。
步骤S2、在熔炼炉中将镁锭和硅块在保护气体下熔化后加入步骤S1制得的镀层碳纤维和BN纳米颗粒，在660～670℃熔炼，搅拌静置，得到合金液；
步骤S3、将合金液浇铸成坯料后置入旋压装置，进行旋压加工。旋压采用SD-CX-250旋压设备进行，将坯料固定在旋压机的模具上，在坯料随机床主轴转动的同时，用旋轮或赶棒加压于坯料，并提供冷却，使之产生局部的塑性变形，形成产品。在挤压过程中进行旋转，旋转的过程是为了增加塑性流动，减少板材中的缺陷。同时控制镁合金的显微组织，尽量减少镁合金的晶粒尺寸。挤压出板材制得碳纤维增强镁合金焊接材料。
实施例1：碳纤维增强镁合金焊接材料，由以下质量百分比的组分组成：碳纤维2.0％，BN纳米颗粒3.0％，Si 0.5％，Ti 2.0％，余量为镁和不可避免的杂质。该实施例的材料组织如图1所示，黑色条状的主要是碳纤维，小黑点主要是BN纳米颗粒，白色为主体镁合金。
实施例2：碳纤维增强镁合金焊接材料，由以下质量百分比的组分组成：碳纤维4％，BN纳米颗粒3.2％，Si 0.6％，Ti 2.5％，余量为镁和不可避免的杂质。
实施例3：碳纤维增强镁合金焊接材料，由以下质量百分比的组分组成：碳纤维4.5％，BN纳米颗粒3.3％，Si 0.7％，Ti 3.0％，余量为镁和不可避免的杂质。
实施例4：碳纤维增强镁合金焊接材料，由以下质量百分比的组分组成：碳纤维5.0％，BN纳米颗粒3.5％，Si 0.8％，Ti 3.5％，余量为镁和不可避免的杂质。
实施例5：碳纤维增强镁合金焊接材料，由以下质量百分比的组分组成：碳纤维7.0％，BN纳米颗粒3.5％，Si 0.8％，Ti 3.5％，余量为镁和不可避免的杂质。
实施例6：碳纤维增强镁合金焊接材料，由以下质量百分比的组分组成：碳纤维7.0％，BN纳米颗粒3.5％，Si 0.8％，Ti 0.02％，余量为镁和不可避免的杂质，控制溅射的金属钛层厚度为10μm，溅射金属镁层厚度镁为10μm。
实施例7：碳纤维增强镁合金焊接材料，由以下质量百分比的组分组成：碳纤维7.0％，BN纳米颗粒3.5％，Si 0.8％，Ti 3.0％，余量为镁和不可避免的杂质，控制溅射的金属钛层厚度为50μm，溅射金属镁层厚度镁为50μm。
实施例8：碳纤维增强镁合金焊接材料，由以下质量百分比的组分组成：碳纤维7.0％，BN纳米颗粒3.5％，Si 0.8％，Ti 17.5％，余量为镁和不可避免的杂质，控制溅射的金属钛层厚度为100μm，溅射金属镁层厚度镁为100μm。
对比例1：焊接材料，由以下质量百分比的组分组成：BN纳米颗粒3.5％，Si 0.8％，余量为镁和不可避免的杂质。
对比例2：焊接材料选用一种常用的焊接材料AZ31镁合金，
上述各实施例和对比例中不可避免的杂质为Fe、Cu和Ni元素，三者总质量分数小于0.2％。
采用上述各实施例和对比例中进行焊接实验，针对2mm厚度的AZ31镁合金板材，将获得的焊接材料切成长条状，采用氩弧焊接技术进行焊接，焊接电流120A，电压20V，焊接速度1m/min，氩气流量15L/min，将焊接材料手工送入电弧中熔化，获得镁合金焊接接头。各实施例和对比例获得的焊接接头强度如下。
| 案例 | 抗拉强度 | 屈服强度 |
| 实施例1 | 222MPa | 152MPa |
| 实施例2 | 232MPa | 160MPa |
| 实施例3 | 251MPa | 162MPa |
| 实施例4 | 263MPa | 176MPa |
| 实施例5 | 280MPa | 200MPa |
| 实施例6 | 270MPa | 179MPa |
| 实施例7 | 285MPa | 208MPa |
| 实施例8 | 256MPa | 171MPa |
| 对比例1 | 201MPa | 143MPa |
| 对比例2 | 180MPa | 120MPa |
对比例1中可以看出未添加碳纤维的材料强度明显低于添加碳纤维的材料强度，另外在实施例7中钛层溅射厚度为50μm的时候总体材料的强度最大，实施例8中钛层溅射厚度100μm的时候材料强度下降，因此钛层溅射厚度不宜超过50μm。
Claims (6)
1.一种碳纤维增强镁合金焊接材料，其特征在于，由以下质量百分比的组分组成：碳纤维2.0～7.0％，BN纳米颗粒3.0～3.5％，Si 0.5～0.8％，Ti 0.02～3.5％，余量为镁和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的碳纤维增强镁合金焊接材料，其特征在于，所述碳纤维的质量百分比为5.0～7.0％，Ti 3.0～3.5％。
3.一种如权利要求1或2所述的碳纤维增强镁合金焊接材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、对碳纤维表面依次以纯钛和纯镁作为靶材进行离子溅射形成钛层和镁层；S2、将镁锭和硅块在保护气体下熔化后加入步骤S1制得的镀层碳纤维和BN纳米颗粒，在660～670℃熔炼，搅拌静置，得到合金液；S3、将合金液浇铸成坯料后，坯料置入旋压装置，进行旋压加工，边挤压边同时冷却，挤压出板材制得碳纤维增强镁合金焊接材料。
4.根据权利要求3所述的碳纤维增强镁合金焊接材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中进行离子溅射时，钛层和镁层的溅射厚度为10～50μm。
5.根据权利要求3所述的碳纤维增强镁合金焊接材料的制备方法，其特征在于，所述熔炼的时间为10～15min，静置时的温度为650～660℃，静置时间为10～15min。
6.根据权利要求3所述的碳纤维增强镁合金焊接材料的制备方法，其特征在于，所述搅拌静置是以一定时间间隔对所述合金液进行搅拌然后静置再搅拌循环操作。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211272718.7A CN115740832B (zh) | 2022-10-18 | 2022-10-18 | 一种碳纤维增强镁合金焊接材料及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211272718.7A CN115740832B (zh) | 2022-10-18 | 2022-10-18 | 一种碳纤维增强镁合金焊接材料及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115740832A CN115740832A (zh) | 2023-03-07 |
| CN115740832B true CN115740832B (zh) | 2023-11-07 |
Family
ID=85352196
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211272718.7A Active CN115740832B (zh) | 2022-10-18 | 2022-10-18 | 一种碳纤维增强镁合金焊接材料及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115740832B (zh) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105803510A (zh) * | 2016-03-25 | 2016-07-27 | 中国电子科技集团公司第三十八研究所 | 一种镁锂合金表面耐磨导电镀镍层的沉积方法 |
| CN106695165A (zh) * | 2016-12-29 | 2017-05-24 | 安徽华众焊业有限公司 | 一种铝镁合金焊料及其制备方法 |
| CN107335941A (zh) * | 2017-08-17 | 2017-11-10 | 河南明镁镁业科技有限公司 | 一种高强韧镁合金通用焊丝及其制备方法 |
| CN107604272A (zh) * | 2017-09-19 | 2018-01-19 | 安徽恒利增材制造科技有限公司 | 一种镁合金铸锭及其制备方法 |
| CN108103346A (zh) * | 2017-06-12 | 2018-06-01 | 吉林大学 | 含有微量纳米颗粒铝合金焊丝线材及其制备方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20170275742A1 (en) * | 2016-03-11 | 2017-09-28 | A. Jacob Ganor | Ceramic and metal boron nitride nanotube composites |
| US11827757B2 (en) * | 2018-02-20 | 2023-11-28 | Ut-Battelle, Llc | Carbon fiber-nanoparticle composites with electromechanical properties |
-
2022
- 2022-10-18 CN CN202211272718.7A patent/CN115740832B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105803510A (zh) * | 2016-03-25 | 2016-07-27 | 中国电子科技集团公司第三十八研究所 | 一种镁锂合金表面耐磨导电镀镍层的沉积方法 |
| CN106695165A (zh) * | 2016-12-29 | 2017-05-24 | 安徽华众焊业有限公司 | 一种铝镁合金焊料及其制备方法 |
| CN108103346A (zh) * | 2017-06-12 | 2018-06-01 | 吉林大学 | 含有微量纳米颗粒铝合金焊丝线材及其制备方法 |
| CN107335941A (zh) * | 2017-08-17 | 2017-11-10 | 河南明镁镁业科技有限公司 | 一种高强韧镁合金通用焊丝及其制备方法 |
| CN107604272A (zh) * | 2017-09-19 | 2018-01-19 | 安徽恒利增材制造科技有限公司 | 一种镁合金铸锭及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115740832A (zh) | 2023-03-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110643853B (zh) | 一种高强韧高稳定性TiAl-Ni合金板材的制备方法 | |
| CN102888531B (zh) | 一种960MPa强度级电子束熔丝堆积快速成形构件用α+β型钛合金丝材 | |
| CN1962179A (zh) | 铸造伽马钛铝合金的直接滚轧 | |
| CN113322392B (zh) | 一种纳米碳化硅颗粒增强铝合金基复合材料的制备方法 | |
| CN114395717B (zh) | 一种Co-Ni-Cr-Fe-W系高密度高塑性的高熵合金及其制备方法 | |
| CN110551915B (zh) | 一种铜铁中间合金及其制备方法 | |
| CN101956093A (zh) | 氧化物弥散强化铂基合金及其制备方法 | |
| CN102776412A (zh) | 一种中强高韧性电子束熔丝堆积快速成形构件用钛合金丝材 | |
| JP5111005B2 (ja) | 高疲労強度Ａｌ合金の製造方法 | |
| KR101636117B1 (ko) | 고강도 마그네슘 합금 선재 및 그 제조 방법, 고강도 마그네슘 합금 부품, 및 고강도 마그네슘 합금 스프링 | |
| CN114850725B (zh) | 超薄锡铋系预成型焊环及其制备工艺 | |
| CN115740832B (zh) | 一种碳纤维增强镁合金焊接材料及其制备方法 | |
| CN117102732B (zh) | 一种电弧增材制造用tc4钛合金焊丝及其增材制造方法 | |
| CN110539000A (zh) | 钛合金构件及其制备方法 | |
| WO2013157376A1 (ja) | マグネシウム合金部材及びその製造方法 | |
| CN113373341A (zh) | 碳纳米管增强铝制电力金具的制造工艺 | |
| CN111455243A (zh) | 一种高Mn含量的Mg-Ca-Mn-Al-Zn系变形镁合金及其制备方法 | |
| CN115401361B (zh) | 一种镁锂合金电弧增材制造焊丝及其制备和增材制造方法 | |
| CN101476073B (zh) | 一种细晶粒高强变形镁合金材料 | |
| KR20150028037A (ko) | 백금-로듐-산화물계 합금의 제조방법 | |
| WO2015064808A1 (ko) | 방전 플라즈마 소결을 이용한 lcd glass 제조용 산화물 분산 강화형 백금-로듐 합금의 제조 방법 | |
| CN108728688B (zh) | 铜合金基复合材料及其制备方法 | |
| CN111154951A (zh) | 一种低应力冲击下高耐磨性的铸造高锰钢的制备方法 | |
| CN117778846A (zh) | 一种高表面质量稀土镁合金棒材及其制备方法 | |
| CN109957693B (zh) | 一种高锶高铝含量的铸造镁基复合材料及制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |