专利名称：一种含稀土的镁合金中温钎料及其制备方法
技术领域：
本发明属于镁合金连接材料的制造技术领域，具体涉及一种含稀土元素 的镁合金中温钎料及其制备方法。
背景技术：
镁合金被誉为21世纪绿色工程结构材料，在航空航天、汽车、电子领域 有极其重要的使用价值。但镁合金在焊接过程中会出现氧化燃烧、裂紋、气 孔、焊后变形大等问题，难以获得与母材性能相匹配的焊接接头。近年来， 随着对结构复杂、开敞性差的镁合金构件以及镁合金和铝合金、镁合金和钢 等异种材料构件的需求，釆用钎焊方法连接镁合金得到了广泛的关注。
镁合金钎焊材料研究尚不成熟，还没有可广泛应用的钎料。目前国外只 有三种商业化的4美合金硬钎焊钎料BMg-1, BMg-2a和MC3合金，这些钎料钎 焊温度较高(60(TC左右)，超过了镁合金的燃点和熔点，因此难以适用于常 见镁合金，如AZ31B (熔点566°C )的钎焊。此外较高的钎焊温度会降低镁合 金接头的性能，特别是力学性能。因此，低熔点的中温钎料的研制是镁合金 '纤焊的重要研究方向。如 Japanese Pan. 2004050278研制出的 In-34. 5Mg-0. 8A1-0. 2Zn钎料，钎焊温度为490°C,接头拉伸强度可达到0. 9mm 厚AZ31B的强度，约为27SMPa,但In的加入使得这种確f料过于昂贵，大大增 加了钎焊成本，难以广泛应用。近年来，有人在Mg-Al-Zn基钎料基础上，添 加Mn, Be, Si, Ni等元素，但这些钎料由于存在制备困难、工艺性不佳、特别是需与钎剂配合使用使得接头耐腐蚀性较差等问题，未能得广泛应用。
为了降低镁合金母材冷却后的残余应力，钎焊的温度应接近镁合金的再
结晶温度，钎料熔化温度间隔要小；钎料与母材可以良好的润湿从而减少焊 接缺陷；接头具有良好的力学性能。因此，研发一种具有优良工艺性能及接 头力学性能、低成本、工艺简单的中温钎料及其制备方法，使之适用于无钎 剂超声钎焊，是镁合金连接材料领域亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中的问题，而提供一种易制备，工艺性 能优良，熔化温度和成本低且具有合适强度的钎料及其制备方法。
本发明所提供的含稀土的镁合金中温钎料中的各组分及其所占重量百分 比为Al: 2-10%、 Zn: 40-55%、 Mg: 38-50%和Nd: 0.1-2%。
其中，Al与Mg形成有限固溶体，提高钎料室温强度、硬度和流动性；Zn 通过固溶和时效双重强化作用提高钎料强度，减轻镁合金中Fe、 Ni存在造成 的腐蚀问题；Nd改善钎料活性和润湿性，提高接头强度。
本发明所提供的含稀土的镁合金中温钎料的制备方法，包括以下步骤
1) 将Mg锭、Al锭、Zn锭和Mg-Nd中间合金按目标钎料中各组分所占重 量百分比进行备料Al: 2-10%、 Zn: 40-55%、 Mg: 38-50。/。和Nd: 0.1-2%;
2) 将石墨坩埚预热至IO(TC后，坩埚底部撒入占目标钎料熔炼量5wt"/o的 覆盖剂，并加入步骤1)中预备的Mg锭和Al锭，再撒入占目标钎料熔炼量 5wt。/。的覆盖剂，升温至700-800°C;
3 )待Mg锭和Al锭完全熔化后，加入步骤1)中预备的Zn锭和Mg-Nd的中间合金，撒入占目标钎料熔炼量5w"力的覆盖剂；
4) 待合金完全熔化后，将合金熔液搅拌2min,静置10min后出炉，捞渣；
5) 将步骤4)中的合金溶液在低碳钢模具中浇铸，浇铸温度为650-750 。C，空冷至室温，得到含稀土的镁合金中温钎料。
其中，步骤2)和3)中所述的覆盖剂的组分和含量为BaCl2: 35. Owt%、 LiCl: 30. Owt%、 KC1: 10. Owt。/。和CaF2: 25. Owt%，按常规物理混合制得。 与现有技术相比较，本发明具有以下有益效果
1) 本发明采用有效且廉价的镁合金化元素Al和Zn，可有效降低生产成 本，且制备工艺简单，钎料成分均匀。
2) 本发明所制备的钎料工艺性能优良，熔点低，有效降低了钎焊温度， 适用于常见镁合金AZ31B的连接，且熔化区间较小，钎津+流动性能好，由于 加入稀土元素，增加了钎料的表面活性，故钎料具有良好的润湿性，在超声 振动的辅助作用下，可实现无钎剂钎焊，避免了钎剂对钎焊接头的腐蚀问题，
接头很少出现缺陷，保证了镁合金接头的力学性能。
具体实施例方式
下述实施例中所^使用的坩埚电阻炉为SG2A7. 5-10蚶埚电阻炉。 只于比例
将石墨坩埚预热至IO(TC后，在蚶埚底部撒上50g覆盖剂(其中， 35. Owt.%BaCl2、 30. Owt. 。/。LiCl、 10. Owt. °/。KCl和25. Owt. %CaF2 )，并在坩埚中 放入5S0gMg锭和60gAl锭，撒入50g覆盖剂，升温至70(TC，待完全熔化后， 加入5G0gZn锭，再撒入50g覆盖剂，待合金完全熔化后搅拌2min,静置10min后出炉，捞渣，在低碳钢模具中进行浇铸，浇铸温度为700。C，空冷至室温得 到镁合金中温钎料。 实施例1
将石墨坩埚预热至IO(TC后，坩埚底部撒上50g的覆盖剂(其中， 35. Owt. %BaCl2、 30. Owt. %LiCl、 10. Owt.節和25. Owt. %CaF2),并放入360gMg 锭和70gAl锭，撒入50g覆盖剂，升温至80(TC,待完全熔化后，加入530gZn 锭和143g Mg-Nd中间合金(含Nd20wt% ),再撒入50g覆盖剂，待合金完全熔 化后搅拌2min,静置10min后出炉，捞渣，在低碳钢模具中进行浇铸，浇铸 温度为750°C,空冷至室温得到含稀土的镁合金中温钎料。
实施例2
将石墨坩埚预热至IO(TC后，坩埚底部撒上50g覆盖剂(其中， 35. Owt. %BaCl2、 30, Owt, %LiCl、 10. Owt.節和25. Owt. %CaF2 )，并放入410gMg 和5QgAl锭，再撒上50g覆盖剂，升温至80(TC,待完全熔化后，加入510g Zn 锭和143g Mg-Nd中间合金(含Nd20wt°/。)，再撒入50g覆盖剂，待完全熔化后 搅拌hin,静置10min后出炉，捞渣，在低碳钢模具中进行免铸，免铸温度 为6S(TC，空冷至室温得到含稀土的镁合金中温钎料。
实施例3
将石墨坩埚预热至IO(TC后，坩埚底部撒上50g覆盖剂(其中， 35. Owt. %BaCl2、 30. Owt. %LiCl、 10. Owt. °/ KCl和25. Owt. %CaF2),并iUv 443gMg 和70gAl锭，再撒上50g覆盖剂，升温至78(TC，待完全熔化后，加入520gZn 锭和了lg Mg-Nd中间合金(含NMOwty。)，再撒入50g覆盖剂，待完全熔化后搅拌2min,静置10min后出炉，捞渣，在低碳钢模具中进行浇铸，浇铸温度 为65(TC,空冷至室温得到含稀土的镁合金中温钎料。 实施例4
将石墨坩埚预热至IO(TC后，坩埚底部撒上50g覆盖剂(其中， 35. Owt. %BaCl2、 30. Owt. %LiCl、10. Owt. %KC1和25. Owt. %CaF2),并放入477gMg 和20gAl锭，再撒上50g覆盖剂，升温至730。C，待完全熔化后，加入515gZn 锭和107g Mg-Nd中间合金(含Nd20wt。/。)，再撒入50g覆盖剂，待完全熔化后 搅拌2min,静置10min后出炉，捞渣，在低碳钢模具中进行浇铸，浇铸温度 为700。C,空冷至室温得到含稀土的镁合金中温钎料。
实施例5
将石墨坩埚预热至IO(TC后，坩埚底部撒上50g覆盖剂(其中， 35. Owt. %BaCl2、 30. Owt. %LiCl、 10. Owt.節和25. Owt. %CaF2),并放入572gMg 和lGGgAl锭，再撒上50g覆盖剂，升温至7Q(TC，待完全熔化后，加入415g Zn锭和36g Mg-Nd中间合金(含Nd20wt。/。)，再撒入50g覆盖剂，待完全熔化 后搅拌2min，静置10min后出炉，捞渣，在低碳钢模具中进行浇铸，浇铸温 度为750°C，空冷至室温得到含稀土的镁合金中温钎料。
实施例6
将石墨坩埚预热至IO(TC后，坩埚底部撒上50g覆盖剂(其中， 35, Owt. %BaCl2、 30. Owt. %LiCl 、 10. Owt.%KCl和25. Owt. %CaF2 )，并》文入620gMg 和60gAl锭，再撒上50g覆盖剂，升温至70(TC，待完全熔化后，加入439gZn 锭和7. 2g Mg-Nd中间合金(含Nd20wt。/。)，再撒入50g覆盖剂，待完全熔化后搅拌2min,静置10min后出炉，捞渣，在低碳钢模具中进行浇铸，浇铸温度 为680°C,空冷至室温得到含稀土的镁合金中温钎料。
采用对比例和实施例1-6制得的钎料对AZ31B薄板(3mm厚)进行超声波 辅助钎焊，测定铺展面积和接头剪切强度；采用差示扫描量热法(DSC)测得 钎料的液相线和固相线温度，如表1所示。
从表1中，可以看出稀土元素的加入，使钎料的铺展面积和剪切强度均 有所提高，而对钎料液相线和固相线温度影响不大，钎料的熔化温度较低， 适用于中温镁合金的钎焊工艺。
4甫展面积、(mm2)固相线温度(°C )液相线温度('C )剪切强度(MPa)
对比例134. 14341. 5345. 042
实施例1152. 50342. 3346. 849
实施例2165. 43339. 1344. 553
实施例3156. 25342. 6344. 351
实》fe例4157. 84344. 1346. 447
实施例5160. 57340. 2348. 056
实施例6150. 12340. 5348. 747
表l钎料铺展面积、熔化区间及接头剪切强度
权利要求
1、一种含稀土的镁合金中温钎料，其特征在于，钎料中的各组分及其所占重量百分比为Al2-10％、Zn40-55％、Mg38-50％和Nd0.1-2％。
2、 根据权利要求1所述的含稀土的镁合金中温钎料的制备方法，其特征在于， 包括以下步骤1 )将Mg锭、A1锭、Zn锭和Mg-Nd中间合金按目标钎料中各组分所占重 量百分比进行备料Al: 2-10%、 Zn: 40-55%、 Mg: 38-5W和Nd: 0.1-2%;2 )将石墨坩埚预热至IO(TC后，坩埚底部撒入占目标4f料熔炼量5wt。/。的 覆盖剂，并加入步骤1)中预备的Mg锭和Al锭，再撒入占目标钎料熔炼量 5wty。的覆盖剂，升温至700-800°C;3) 待Mg锭和Al锭完全熔化后，加入步骤1)中预备的Zn锭和Mg-Nd 中间合金，再撒入占目标钎料熔炼量5wt。/。覆盖剂；4) 待合金完全熔化后，将合金熔液搅拌2min，静置10min后出炉，捞渣；5) 将步骤4)中的合金溶液在低碳钢模具中浇铸，浇铸温度为650-750 。C,空冷至室温，得到含稀土的镁合金中温钎料。
3、 根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤2)和3)中所述的 覆盖剂的组分和含量为BaCl2: 35. Owt°/。、 LiCl: 30. Owt%、 KCl: 10. Owt%和CaF2: 25. Owt%。
全文摘要
一种含稀土的镁合金中温钎料及其制备方法属于镁合金连接材料的制造技术领域。现有镁合金钎料及其制备中存在成本高、熔点高、工艺性能不佳等问题。本发明所提供的含稀土的镁合金中温钎料的组分及其重量百分比为Al2-10％、Zn40-55％、Mg38-50％和Nd0.1-2％。本发明通过熔炼Mg、Al、Zn和Mg-Nd中间合金并浇铸制得含稀土的镁合金中温钎料。本发明钎料具有制备简单，成本低，熔化温度低，钎焊工艺性能优良等优点。
文档编号B23K35/24GK101301710SQ20081011572
公开日2008年11月12日 申请日期2008年6月27日 优先权日2008年6月27日
发明者红 李, 栗卓新, 晨 高 申请人:北京工业大学