一种含稀土元素La的中温镁合金钎料及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种含稀土元素La的中温镁合金钎料，钎料中各元素的组分百分比为：La：0.2~2.5%，Al：5~10%，Zn：35~40%，余量为Mg。该钎料的制备方法为：冶炼中间合金Mg-La；坩埚预热到150~300℃，将剩余镁锭置于坩埚中，在保护性气氛下加热至700℃~720℃，待镁锭完全融化后，捞渣，加入纯Al和Mg-La中间合金，搅拌，保温；加入纯Zn，搅拌至完全融化后，打渣，静置；将合金液浇注入模具中，空冷至室温即可得到钎料。本发明钎料的熔点温度显著降低，钎料的塑性和室温强度均有所提高；提高了钎焊接头的高温力学性能；使合金元素的烧损明显减少，得到的钎料成分和组织非常均匀。
【专利说明】一种含稀土元素La的中温镁合金钎料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及镁合金焊接钎料，尤其是涉及一种含稀土元素La的中温镁合金钎料，本发明还涉及该钎料的制备方法。
【背景技术】
[0002]镁合金是目前密度最低的金属结构材料，具有比强度高，减振性、电磁屏蔽和抗辐射能力强，易切削加工、易回收等一系列优点，因此受到越来越多的关注。在电子、交通、汽车、航空、航天和国防军事等领域具有极其重要的应用价值和广阔的应用前景，因此关于镁合金连接的研究也越来越受到重视。
[0003]钎焊作为一种连接技术，可以很好地拓展镁合金的应用领域。但是，目前商业应用的镁合金钎料品种非常少。美国的BMg-1 (美国试验材料学会牌号AZ92A)、BMg-2a(美国试验材料学会牌号AZ125A)是目前常用的镁合金钎料，钎焊温度范围分别是604?616°C和582?610°C，钎焊温度太高，且配以的钎剂熔点温度也较高(538°C以上)；日本的MC3标准镁合金钎料，其成分非常接近于美国的BMg-1，该钎料的温度范围是605?615°C，钎焊温度也过高。日本新研发的In-Mg-Zn-Al钎料，其钎料熔化温度范围在449?490°C，虽降低了钎焊温度，但该钎料中含有大量的贵重金属In，(In的质量百分比达到65% )，又大大提高了钎料成本。近年来Mg-Zn-Al钎料开始被用于AZ系镁合金的焊接，但其焊接接头的强度还有待进一步提闻。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种熔点温度低、焊接接头强度高的含稀土元素La的中温镁合金钎料，本发明还提供了该钎料的制备方法。
[0005]为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案:
本发明所述的含稀土元素La的中温镁合金钎料，钎料中各元素的组分百分比为:La:
0.2?2.5%, Al:5?10%，Zn:35?40%，余量为 Mg。
[0006]在该钎料中，各元素的作用如下:
Mg:调节成分并使钎料对母材有良好的湿润性能。
[0007]Zn:显著降低镁合金钎料的熔点，增加Al在Mg中的溶解度，提高合金钎料室温强度，此外Zn还可以减轻杂质元素Fe、Ni的存在而引起的腐蚀作用。
[0008]Al:A1与Mg形成有限固溶体，在提高合金强度的同时还可以改善铸造性能，提高钎料的流动性并改善润湿性。
[0009]La =La元素的原子扩散能力较差，既可以提高镁合金再结晶温度和减缓再结晶过程，又可以析出非常稳定的弥散相粒子，从而大幅提高了镁合金的高温强度和蠕变抗力，显著提高了焊接接头的力学性能；此外La还可以使钎料合金的凝固区间变窄，减轻焊缝开裂和提高组织的致密性。
[0010]本发明所述的含稀土元素La的中温镁合金钎料的制备方法，包括下述步骤: 第一步，按Mg:La=5:1之重量百分配比冶炼中间合金Mg-La备用；
第二步，坩埚预热到15(T300°C，将剩余镁锭置于预热后的坩埚中，在保护性气氛下加热至700°C?720°C，所述保护性气氛为SF6+C02混合气体；
第三步，待镁锭完全融化后，捞渣，加入纯Al和Mg-La中间合金，搅拌并保温10分钟； 第四步，加入纯Zn，搅拌至完全融化后，打渣，静置15分钟；
第五步，将合金液浇注入模具中，空冷至室温即可得到钎料。
[0011]与现有技术相比，本发明的优点体现在以下几点:
1、本发明钎料的熔点温度显著降低，极大扩展了镁合金钎焊的应用范围；
2、少量的稀土元素La可以显著细化钎料合金晶粒，使钎料的塑性和室温强度均有所提闻;
3、本发明钎料在钎焊过程中，稀土La可以生产高温弥散粒子，提高钎焊接头的高温力学性能；
4、制备熔炼过程中采用分次加料的方式，并采用保护气氛，使得合金元素的烧损明显减少，对于合金成分的控制更加准确；
5、熔炼过程中的搅拌是合金元素分别更加均匀，最终得到的钎料成分和组织非常均匀。
【具体实施方式】
[0012]下面通过对比例和具体实施例对本发明做进一步详述。
[0013]对比例:
制备500g普通镁合金钎料:
将坩埚预热到150°C?300°C，向坩埚中加入300克纯Mg，在SF6+C02保护性气氛下加热至700°C?720°C ;待镁锭完全熔化后，捞渣，加入25克纯Al，搅拌并保温10分钟；加入175克纯Zn，搅拌至完全融化后，打渣，静置15分钟；将合金液浇注入铸铁模具中，空冷至室温得到对比例钎料。
[0014]实施例1:
制备500g本发明的含La的镁合金钎料:
将坩埚预热到150°C ?300°C，向坩埚中加入275克Mg，在SF6+C02保护性气氛下加热至7000C ^7200C ;待镁锭完全熔化后，捞渣，加入25克纯Al和25克Mg_20%La中间合金，搅拌并保温10分钟；加入175克纯Zn，搅拌至完全融化后，打渣，静置15分钟；将合金液浇注入铸铁模具中，空冷至室温得到实施例1的成品钎料。
[0015]实施例2:
制备500g本发明的含La的镁合金钎料:
将坩埚预热到150°C ?300°C，向坩埚中加入252.5克Mg，在SF6+C02保护性气氛下加热至700°C?720°C;待镁锭完全熔化后，捞渣，加入35克纯Al和37.5克Mg_20%La中间合金，搅拌并保温10分钟；加入175克纯Zn，搅拌至完全融化后，打渣，静置15分钟；将合金液浇注入铸铁模具中，空冷至室温得到实施例2的成品钎料。
[0016]实施例3:
制备500g本发明的含La的镁合金钎料: 将坩埚预热到150°C ?300°C，向坩埚中加入200克Mg，在SF6+C02保护性气氛下加热至7000C ^7200C ;待镁锭完全熔化后，捞渣，加入50克纯Al和50克Mg_20%La中间合金，搅拌并保温10分钟；加入200克纯Zn，搅拌至完全融化后，打渣，静置15分钟；将合金液浇注入铸铁模具中，空冷至室温得到实施例3的成品钎料。
[0017]利用DSC200PC差热分析仪来测定上述钎料的熔点。试验参数:纯氩气保护，气体流量Ar = 15ml/min ;升温速度为10.0K/min ；A1203为参照；样品为10?15mg的钎料细小颗粒或粉末。下表I列出了对比例及实施例1、2、3的钎料熔点。
[0018]将对比例和实施例1-3制备的钎料机械切割为块状，对3mm厚的AZ31B镁合金薄板进行感应钎焊。钎焊前镁合金工件经砂纸打磨，丙酮清洗以去除表面的油污及氧化膜，钎焊接头处撒布钎剂，钎料置于接头处，将组配好的工件放入氩气保护装置进行钎焊。钎焊过程中氩气流量为10L/min，升温速度为3.0°C /s，钎焊温度380°C，保温35s。钎焊后，对钎焊接头进行剪切强度测试；其结果见下表I所示。
[0019]从表I中可以看出，采用本发明所制备的钎料进行感应钎焊后，钎焊接头的剪切强度均有提闻，平均晶粒尺寸减小。
[0020]表I 钎料熔点、接头平均抗剪强度，平均晶粒尺寸统计
I熔点/°C I平均抗剪强度/MPa I平均晶粒尺寸/μ m
对比例 340 48.8_100_
实施例1巧8 57.582~
实施例 2 357 53.675~
实施例 3|370 丨59.4|θ8一
【权利要求】
1.一种含稀土元素La的中温镁合金钎料，其特征在于:所述钎料中各元素的组分百分比为:La:0.2?2.5%, Al:5?10%，Zn:35?40%，余量为 Mg。
2.根据权利要求1所述的含稀土元素La的中温镁合金钎料的制备方法，其特征在于:包括下述步骤: 第一步，按Mg:La=5:1之重量百分配比冶炼中间合金Mg-La备用； 第二步，坩埚预热到15(T300°C，将剩余镁锭置于预热后的坩埚中，在保护性气氛下加热至700°C?720°C，所述保护性气氛为SF6+C02混合气体； 第三步，待镁锭完全融化后，捞渣，加入纯Al和Mg-La中间合金，搅拌并保温10分钟； 第四步，加入纯Zn，搅拌至完全融化后，打渣，静置15分钟； 第五步，将合金液浇注入模具中，空冷至室温即可得到钎料。
【文档编号】B23K35/40GK104191103SQ201410403422
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年8月15日 优先权日:2014年8月15日
【发明者】黄小勇, 龙伟民, 朱坤, 钟素娟, 张青科, 马力, 沈元勋, 黄俊兰, 裴夤崟, 于新泉 申请人:郑州机械研究所