CN103273211B

CN103273211B - 一种镁合金药芯钎焊丝及其制备方法

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Publication number: CN103273211B
Application number: CN201310215740.2A
Authority: CN
Inventors: 李国栋; 栗卓新; 杨津瑜; 王朝辉
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2013-06-01
Filing date: 2013-06-01
Publication date: 2015-06-10
Anticipated expiration: 2033-06-01
Also published as: CN103273211A

Abstract

一种镁合金药芯钎焊丝及其制备方法，属于镁合金焊接材料技术领域。采用镁带作为包覆层，将药芯组分包裹其中，镁带的宽度为8-16mm，厚度为0.3-0.5mm；药芯中各组分的质量百分比为：Zn粉的质量百分比为30-56%，Al粉的质量百分比为2.5-7%，Na₃AlF₆的质量百分比为5-7%，KCl·MgCl₂·6H₂O的质量百分比为30-50%，镁粉为0或余量；粉末的填充率为50%-60%。本发明采用火焰钎焊、炉中钎焊或TIG熔钎焊后，钎焊接头具有较高的剪切强度。

Description

一种镁合金药芯钎焊丝及其制备方法

技术领域

本发明属于镁合金焊接材料技术领域，具体涉及到一种镁合金药芯钎料及其制备方法。

背景技术

镁合金是工业应用中最轻的结构材料，具有较高的比强度、比刚度和较好的加工性能，可广泛应用于航空航天、汽车、摩托车及电子产品中，被誉为绿色工程结构材料。近年来，以镁合金为代表的轻金属材料异军突起,以每年20％的速度持续增长。镁合金的连接逐渐引起人们的重视。镁合金可以用各种方法焊接，如MIG焊、TIG焊及激光焊等。钎焊由于焊接变形小，对母材性能影响小，可实现精密焊接，是连接镁合金常用的方法之一。

国内外在工业中应用较多的镁合金主要有以下4个系列：AZ系列，如Mg-Al-Zn；AM系列，如Mg-Al-Mn；AS系列，如Mg-Al-Si和AE系列，如Mg-Al-RE。

针对不同的镁合金系列，开发出了不同的镁合金钎料。美国焊接学会编写的《钎焊手册》列举的目前可用于镁合金钎焊的商业钎料有BMg-1、BMg-2a(美国试验材料学会牌号分别是AZ92A和AZ125)。以上两种钎料都适合于火焰钎焊、炉中钎焊和浸渍钎焊。但这两种钎料熔点较高，配以的钎剂熔点温度也较高(约538℃)，超过大多镁合金的燃点及熔点温度，因此只适于钎焊AZ10A、K1A及M1A等少量几种镁合金，并不适于钎焊得到应用的如Mg-Al-Zn系等镁合金。日本的MC3标准镁合金钎料的成份非常接近于美国的BMg-1，但该钎料的温度范围是605～615℃，此钎焊温度过高。日本新研发的In-Mg-Zn-Al钎料，其钎料熔化温度范围在449～490℃。该钎料中含有大量的贵重金属In，其中In的质量百分比达到65％，大大提高了钎料成本。中国机械工程学会焊接学会编写的《焊接手册》中有关镁合金的钎焊仅列举了Mg-Al-Zn钎料，其成份为Al12％、Zn0.5％、Be0.005％、Mg余量，其他相关内容极少。

申请号为200910092586.8的专利发明了一种Mg-Zn镁合金钎焊材料，申请号为200810116505.9的专利发明了一种镁合金中温钎焊材料，其钎料主要成份为Al:1～2.5％，Zn:46～52％,余量为Mg，申请号为200910092580.0的专利发明了一种Zn-Mg-Al镁合金钎焊材料，申请号为200910092579.8的专利发明了一种Zn-Mg镁合金钎焊材料。这几种钎焊材料主要用于AZ系镁合金的焊接，其焊接接头的剪切强度不超过72MPa，与镁合金本身的抗拉强度(约为280MPa)相差较远。申请号为200910092578.3的专利发明了一种含稀土Nd的镁合金钎焊材料。申请号201110105638.5的专利发明了一种含稀土Er的镁合金钎料。

上述专利均是通过熔炼的方法制备镁合金钎料。制备出的镁合金钎料大都需要经过机加工成块状或棒状之后用于钎焊。

就镁合金钎料制备而言，目前镁合金钎料的制备方法主要有熔剂保护法、工业用中频或工频感应熔化炉中熔炼法、电阻炉熔化法、坩埚熔化法等。在这些制备方法中，均为将不同合金锭加热至熔融态，待合金完全熔化后，采用机械搅拌的方法进行搅拌，静置一段时间后出炉。

上述制备钎料的方法中，由于采用保护性气氛，如熔剂或保护性气体，这些保护性介质还会或多或少地进入到钎料中，成为钎料中的杂质，影响钎料的钎焊接头性能。如在熔剂保护法中，采用的精炼熔剂主要是由MgCl₂、KCl、CaF₂、BaCl₂等卤盐按一定比例混合组成，熔剂的主要成份与镁合金钎料的密度相当，若熔剂用量不当或精炼不合适，钎焊中形成熔剂夹杂物的可能性还会增加。镁合金钎料中的夹杂物种类多样，根据成份和结构不同又分为非金属夹杂物或金属夹杂物，这些夹杂物一般以薄膜状、粒子状或簇状的形态残留在镁合金钎料的基体或晶界上，不仅降低镁合金钎料的力学性能、而且对合金的断裂韧性、疲劳性能及电化学性能均有严重影响。

用上述方法制备的镁合金钎料由于采用机械搅拌的方法进行搅拌，随后还要静置，存在合金成份偏析、晶粒粗大、成份不均匀的问题。如果钎料中含有微量合金元素，如稀土元素时，由于稀土通常为重金属元素，其密度远大于镁合金的密度，易沉积于熔融钎料的底部，还存在稀土不能弥散分布于钎料的情况，导致钎焊接头性能不稳。镁合金钎料要经过较长时间的静置，生产效率较低。采用上述制备镁合金钎料的方法制备镁合金，有时为获得均匀组织，还要进行热处理，进一步降低了生产效率。此外，钎料在坩锅中加热合金锭，冷凝后得到钎料。由这种方法制得的钎料在加热合金锭时，加热温度超过液相线的30～50℃，冷却过程中由于各个元素熔点不同，凝固时有先后，会有严重的偏析现象，所制成的钎料在钎焊过程中存在钎焊质量不稳的问题。

采用传统冶金熔炼的方法还存在如下问题：(1)加热时间长；(2)对钎料浇铸温度比较敏感；(3)熔炼钎料过程中，稍有不慎，熔融液态金属易烧伤人体。(4)需另行配制钎剂，才可保证钎焊过程的顺利进行。

发明内容

本发明提供了一种镁合金Mg-Zn-Al药芯钎料丝及其制备方法，克服传统冶金熔炼钎料的缺点，具有制备工艺简单、配方调整方便、可根据钎焊时的实际零件尺寸制备不同直径的钎焊丝，钎焊过程中可根据需要随意截取钎料丝的长度等优点。

本发明提供一种镁合金用药芯钎焊丝，适用于火焰钎料、TIG熔钎焊及炉中钎料，其特征在于，采用镁带作为包覆层，将药芯组分包裹其中，镁带的宽度为8-16mm，厚度为0.3-0.5mm；药芯中各组分的质量百分比为：Zn粉的质量百分比为30-56％，Al粉的质量百分比为2.5-7％，Na₃AlF₆的质量百分比为5-7％，KCl·MgCl₂·6H₂O的质量百分比为30-50％，镁粉为0或余量；粉末的填充率为50％-60％。药芯钎焊丝的直径为0.8-3.0mm。

本发明所提供镁合金药芯钎焊丝中，各种组分的作用如下：

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Al的固溶强化作用。

Al：Al与Mg形成有限固溶体；提高钎焊丝在钎焊过程中的流动性并改善润湿性。

Na₃AlF₆：碱金属氟化物，作为活化剂，钎焊过程中起熔解氧化镁的作用。

KCl·MgCl₂·6H₂O：活化剂，具有强烈熔解氧化镁的能力，其熔化温度适用于钎焊用。

本发明所提供镁合金药芯钎焊丝的制备方法，包括以下步骤：

(1)将适当比例的Zn粉、Al粉、Na₃AlF₆、KCl·MgCl₂·6H₂O等按比例混合在一起，采用混粉器混合。

(2)待粉料混合均匀后，烘干温度为120℃，烘干2小时。

(3)将烘干后的粉末放置于药芯焊丝成型设备中

(4)将镁带轧成U形，再向U形槽中加入占本发明钎焊丝总重50％～60％的已混合好的粉末。

(5)将U形槽合口，使药芯组分包裹其中，通过拉丝模，逐道拉拔、减径。根据需要，选择不同的拔丝模，可轧制不同直径的药芯钎焊丝。轧制的药芯钎焊丝直径达范围0.8～3.0mm，得到最终产品。

从其横截面来看，镁合金药芯钎焊丝为搭接结构。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明在药芯钎焊中加入少量的活化剂，可有效去除镁合金表面的氧化膜，有利于钎焊过程的进行。钎焊过程中可根据实际情况少量使用或不使用钎剂。

2、本发明药芯钎焊丝为丝材，直径范围可调，可根据实际钎焊情况随意截取，适用于形状复杂的钎焊接头的连接。

3、本发明无需进行冶金熔炼，克服了传统冶金熔炼存在的一些问题，如钎料熔炼过程中合金元素的烧损、熔融液态金属温度过高，危害人体健康等。

4、本发明采用火焰钎焊及TIG熔钎焊后，钎焊接头具有较高的剪切强度。

具体实施方式：

采用昆明重机厂生产的“FCWM50被动拉拔式药芯焊丝机”制造镁合金药芯钎料丝。镁带的化学成份如表1所示。先将镁带轧成U形，再向U形槽中加入配置好的金属粉，然后将U形槽合口，使药粉包裹其中，经拉拔、减径后得到所需直径的药芯钎焊丝。

实施例1：

选用8×03(宽度为8mm，厚度为0.3mm)的镁带，填充率为50％，经拉拔、减径后得到直径为0.8mm的药芯钎焊丝。粉末中各组成成份的质量百分比为：56％Zn粉，7％Al粉，7％Na₃AlF₆，30％KCl·MgCl₂·6H₂O。

实施例2：

选用8×0.4(宽度为8mm，厚度为0.4mm)的镁带，填充率为52％，经拉拔、减径后得到直径为1.0mm的药芯钎焊丝。粉末中各组成成份的质量百分比为：52％Zn粉，6％Al粉，6％Na₃AlF₆，36％KCl·MgCl₂·6H₂O。

实施例3：

选用12×0.4(宽度为12mm，厚度为0.4mm)的镁带，填充率为55％，经拉拔、减径后得到直径为1.6mm的药芯钎焊丝。粉末中各组成成份的质量百分比为：50％Zn粉，5％Al粉，7％Na₃AlF₆，38％KCl·MgCl₂·6H₂O。

实施例4：

选用12×0.5(宽度为12mm，厚度为0.4mm)的镁带，填充率为56％，经拉拔、减径后得到直径为2.0mm的药芯钎焊丝。粉末中各组成成份的质量百分比为：40％Zn粉，4％Al粉，7％Na₃AlF₆，48％KCl·MgCl₂·6H₂O，1％Mg粉。

实施例5：

选用16×0.4(宽度为16mm，厚度为0.4mm)的镁带，填充率为58％，经拉拔、减径后得到直径为2.4mm的药芯钎焊丝。粉末中各组成成份的质量百分比为：36％Zn粉，4％Al粉，6％Na₃AlF₆，49％KCl·MgCl₂·6H₂O，5％Mg粉。

实施例6：

选用16×0.5(宽度为16mm，厚度为0.5mm)的镁带，填充率为60％，经拉拔、减径后得到直径为3.0mm的药芯钎焊丝。粉末中各组成成份的质量百分比为：30％Zn粉，2.5％Al粉，7％Na₃AlF₆，50％KCl·MgCl₂·6H₂O，10.5％Mg粉。

采用火焰钎焊的方式对各实施例制作的镁合金药芯钎焊丝进行钎焊。母材为AZ31B镁合金。在母材AZ31B上堆敷药芯钎焊丝，钎焊接头为搭接接头，钎焊后，对钎焊接头进行剪切强度测试，其结果如表2所示。

表1 镁带的化学成份

牌号

Al

Zn

Mn

Fe

Ni

Cu

Si

Mg

<0.010

<0.030

<0.002

<0.001

<0.010

>99.95

表2 钎焊接头剪切强度

Claims

1.一种镁合金用药芯钎焊丝，其特征在于，采用镁带作为包覆层，将药芯组分包裹其中，镁带的宽度为8-16mm，厚度为0.3-0.5mm；药芯中各组分的质量百分比为：Zn粉的质量百分比为30-56%，Al粉的质量百分比为2.5-7%，Na₃AlF₆的质量百分比为5-7%，KCl·MgCl₂·6H₂O的质量百分比为30-50%，镁粉为0或余量；粉末的填充率为50%-60%。

2.按照权利要求1的一种镁合金用药芯钎焊丝，其特征在于，药芯钎焊丝的直径为0.8-3.0mm。

3.制备权利要求1所述的一种镁合金用药芯钎焊丝的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）按比例将Zn粉、Al粉、Na₃AlF₆、KCl·MgCl₂·6H₂O和镁粉混合在一起，采用混粉器混合；

(2)待粉料混合均匀后，烘干温度为120℃，烘干2小时；

(3)将烘干后的粉末放置于药芯焊丝成型设备中；

（4）将镁带轧成U形，再向U形槽中加入占药芯钎焊丝总重50%～60%的已混合好的粉末；

（5）将U形槽合口，使药芯组分包裹其中，通过拉丝模，逐道拉拔、减径。

4.权利要求1的一种镁合金用药芯钎焊丝用于火焰钎料、TIG熔钎焊及炉中钎料。