一种高强度镁合金焊丝的制备方法，它是以合金元素镁、铝、锌、钇、镁锰中间合金、铝硅中间合金为原料，在竖式熔炼炉中，经700℃熔炼、800℃加入稀土元素钇，经760℃精炼，加入覆盖剂、精炼剂，经恒温、保温、静置，制成镁合金熔液，经模具浇铸，制成镁合金锭，经冷却、切制成型，再经热塑挤压，最终制成高强度镁合金焊丝，钇元素及镁锰中间合金、铝硅中间合金可大幅度提高镁合金焊丝的强度、韧性及可焊性，此制备工艺严密、配比合理、不污染环境，其产物镁合金焊丝金相组织均匀、致密性好，平均晶粒尺寸25μm，其抗拉强度可达330MPa、延伸率可达25％，比现有技术可提高18～28％，可焊性好。
1.一种高强度镁合金焊丝的制备方法，其特征在于：使用的化学物质材料为：镁、铝、锌、钇、镁锰中间合金、铝硅中间合金、覆盖剂、精炼剂、涂覆剂、去离子水、石墨、细砂，其量值如下：以克、毫升为计量单位镁：Mg 1831.6g±1g固态块体铝：Al 68.4g±1g固态块体锌：Zn 26g±1g固态块体
钇：Y 12g±0.5g固态块体镁锰中间合金：Mg-Mn 60g±0.5g固态块体铝硅中间合金：Al-Si 2g±0.1g固态块体精炼剂：Mg20K7Na9Ca7BaCl63F10 200g±1g固态粉体覆盖剂：RJ-2 Mg15K14Ca4BaCl46F8 600g±1g固态粉体涂覆剂：Mg3Si4H2O12+Na2SiO3+H3BO3+H2O 1000ml±1ml液体去离子水：H2O 2000ml ±1ml液体石墨：C 200g±1g固态粉体细砂：SiO2 5000±1g固态粉体制备方法如下：
对制备所需的化学物质材料要严格进行精选，并进行纯度、精度控制：镁：Mg 99.9％
镁锰中间合金：Mg-Mn Mg 90％Mn 10％铝硅中间合金：Al-Si Al 80％Si 20％精炼剂：Mg20K7Na9Ca7BaCl63F10 MgCl2 50％KCl 14.5％NaCl 14.5％CaCl2 5.5％CaF210％ BaCl25.5％覆盖剂：RJ-2Mg15K14Ca4BaCl46F8 MgCl247％ KCl 36％ CaF2 10％BaCl2 7％涂覆剂：Mg3Si4H2O12 10％+Na2SiO3 2.4％+H3BO3 5％+H2O 82.6％去离子水：H2O 99.99％
对制备使用的固态块体材料：镁、铝、锌、钇、镁锰中间合金、铝硅中间合金，要进行预切制，块体尺寸为：镁：30×30×30mm
铝、锌、钇、镁锰中间合金、铝硅中间合金：10×10×10mm(3)、预制浇铸模具
模芯：圆柱形，Φ50×200mm(4)、熔炼镁合金
用吸尘器抽吸炉腔内灰尘及有害物质，使其洁净，抽吸时间为5min±1min；
用去离子水2000ml刷洗坩埚内腔，使腔内洁净，并晾干；
配制涂覆剂：滑石粉Mg3Si4H2O12 10 0g±1g，水玻璃Na2SiO3 1 7ml±0.1ml，硼酸H3BO3
3 5ml±0.1ml，去离子水H2O 826ml±1ml，在不锈钢容器内搅拌均匀，成糊状；
刷涂坩埚内壁：将涂覆剂反复刷涂，涂层厚度为0.5mm；
烘干箱烘干：将刷涂了涂覆剂的坩埚置于烘干箱中干燥，温度200℃±5℃，时间
④、预热块体材料、覆盖剂、精炼剂将镁块、铝块、锌块、钇块、镁锰中间合金块、铝硅中间合金块，覆盖剂，精炼剂分别置于不锈钢容器中，然后置于烘干箱中预热，预热温度200℃±5℃，时间10min±1min；
将坩埚置于烘干箱中预热，温度400℃±5℃，时间30min±3min；
置放预热的镁、铝块体，并在块体上部匀撒覆盖剂RJ-2 100g；
开启熔炼炉，使其升温，由20℃±3℃升温至700℃±5℃，升温速度20℃/min，升温时间34min±2min，恒温保温10min±1min；
置放中间合金：Mg-Mn、Al-Si，匀撒覆盖剂RJ-2 100g，恒温保温10min±1min；
置放稀土元素：钇，温度升至800℃±5℃，加入钇块，并加覆盖剂RJ-2 100g，搅拌，恒温保温20min±2min；
置放元素：锌，温度由800℃±5℃降至700℃±5℃，加入锌块，熔液表面匀撒覆盖剂RJ-2 100g，恒温保温10min±1min；
将温度由700℃±5℃升至760℃±5℃，恒温保温20min±2min，合金熔液呈现镜面光泽；
预热浇铸模具：预热温度200℃±5℃，时间100min±5min；
将精炼的合金熔液对准模具浇口、滤网，进行浇铸，浇满即可；
⑧、合金熔液在凝固、结晶过程中进行合金化反应反应式如下：
浇铸完成后，将模具及其内的铸件置于自然空气中冷却，冷却至450℃±5℃；
打开开合式模具，铸锭脱模，将铸锭整体置于干燥的细砂中，使其在自然空气中冷却至
将冷却后的铸锭进行切制，成镁合金锭：Φ50×200mm，表面粗糙度Ra 0.63～
将镁合金锭置于热挤压机的焊丝模具上部，在镁合金锭上部为挤压凸模，在挤压凸模上部为压力机，在焊丝模具的周边侧部设置电阻加热器，焊丝模具设有四个Φ1.6×200mm的型腔；
当电阻加热器温度升至400℃±5℃时，压力机施压于挤压凸模，挤压凸模施压镁合金锭，模具型腔内加入石墨200g，镁合金锭在凸模压力下、在加热状态下，镁合金锭进行塑性变形，由焊丝型腔挤压出镁合金焊丝，即Φ1.6×200mm焊丝；
对制备的镁合金焊丝进行形貌、金相组织、力学性能分析；
用微机控制电子万能试验机进行拉伸试验，抗拉强度可达330MPa，延伸率可达25％；
对制备的镁合金焊丝要用软质材料密封包装，储存于干燥洁净环境，要防水、防潮、防氧化、防酸、盐、碱侵蚀，储存温度20℃±3℃，相对湿度≤20％。
2.根据权利要求1所述的一种高强度镁合金焊丝的制备方法，其特征在于：所述的镁合金焊丝的熔炼是在竖式电阻熔炼炉中进行的，镁、铝熔炼温度是700℃±5℃，镁锰中间合金、铝硅中间合金熔炼温度是700℃±5℃，钇熔炼温度是800℃±5℃，锌熔炼温度是
700℃±5℃，精炼温度是760℃±5℃，浇铸温度是700℃±5℃，开模温度是450℃±5℃，热挤压镁合金焊丝温度是400℃±5℃。
3.根据权利要求1所述的一种高强度镁合金焊丝的制备方法，其特征在于：所述的镁合金熔炼、精炼、浇铸、开模、冷却温度与时间关系是：温度值从20℃±3℃开始升温，升温速度20℃/min，当温度升至700℃±5℃时，分别加入镁块和铝块、镁锰中间合金块和铝硅中间合金块，各恒温、保温10min±1min，然后升温至800℃±5℃，在此温度添加钇元素，恒温、保温20min±2min，然后降温至700℃，在此温度添加锌元素，并恒温、保温10min±1min，温度升至760℃±5℃，开始精炼，时间20min ±2min，然后降温至
700℃±5℃，即浇铸温度，然后冷却至450℃±5℃，在此温度脱模，然后在细砂中冷却至
一种高强度镁合金焊丝的制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种高强度镁合金焊丝的制备方法，属有色金属轻合金焊丝的熔炼、铸锭及制丝的技术领域。
背景技术
[0002] 镁合金是有色金属合金中最轻的合金，由于它的化学性质活泼，熔点和沸点低，其力学性能不够稳定，强度低，韧性差，使得在工业领域的应用受到很大限制。
[0003] 在航空、航天、电子工业领域中经常使用镁合金材料及其制品，在镁合金产品的制作中经常使用焊接方法，把同类的镁合金零件焊接成各种形状的镁合金产品，在镁合金制品的焊接中，由于其力学性能低和化学性能不够稳定的情况，往往使镁合金焊接部位不够理想，例如：存在焊接裂纹、气孔、未熔合等缺陷，焊接接头强度低，焊缝金属的力学性能不易把握，高强度镁合金焊丝的成分设计困难，成型难以控制，使焊接工艺稳定性差，不易掌握，严重影响着镁合金焊接接头的质量。
发明内容
[0004] 发明目的
[0005] 本发明的目的就是针对背景技术的不足，采用新的合金元素制成镁合金焊丝，在镁元素中加入铝、锌、锰、硅、钇，通过熔炼、铸锭、制丝，制成高强度、高韧性的镁合金焊丝，以大幅度提高镁合金焊接接头的质量和力学性能。
[0006] 技术方案
[0007] 本发明使用的化学物质材料为：镁、铝、锌、钇、镁锰中间合金、铝硅中间合金、覆盖剂、精炼剂、涂覆剂、去离子水、石墨、细砂，其量值如下：以克、毫升为计量单位[0008] 镁：Mg 1831.6g±1g 固态块体
[0009] 铝：Al 68.4g±1g 固态块体
[0010] 锌：Zn 26g±1g 固态块体
[0011] 钇：Y 12g±0.5g 固态块体
[0012] 镁锰中间合金：Mg-Mn 60g±0.5g 固态块体
[0013] 铝硅中间合金：Al-Si 2g±0.1g 固态块体
[0014] 精炼剂：Mg20K7Na9Ca7BaCl63F10 200g±1g 固态粉体
[0015] 覆盖剂：RJ-2 Mg15K14Ca4BaCl46F8 600g±1g 固态粉体
[0016] 涂覆剂：Mg3Si4H2O12+Na2SiO3+H3BO3+H2O 1000ml±1ml 液体
[0017] 去离子水：H2O 2000ml±1ml 液体
[0018] 石墨：C 200g±1g 固态粉体
[0019] 细砂：SiO2 5000±1g 固态粉体
[0020] 制备方法如下：
[0021] (1)、精选化学物质材料
[0022] 对制备所需的化学物质材料要严格进行精选，并进行纯度、精度控制：
[0023] 镁：Mg 99.9％
[0024] 铝：Al 99.9％
[0025] 锌：Zn 99.9％
[0026] 钇：Y 99.9％
[0027] 镁锰中间合金：Mg-Mn Mg 90％ Mn 10％
[0028] 铝硅中间合金：Al-Si Al 80％ Si 20％
[0029] 精炼剂：Mg20K7Na9Ca7BaCl63F10 MgCl2 50％ KCl 14.5％ NaCl 14.5％ CaCl2 5.5％CaF210％ BaCl25.5％
[0030] 覆盖剂：RJ-2 Mg15K14Ca4BaCl46F8 MgCl2 47％ KCl 36％ CaF210％ BaCl27％[0031] 涂覆剂：Mg3Si4H2O12 10％+Na2SiO3 2.4％+H3BO3 5％+H2O 82.6％
[0032] 去离子水：H2O 99.99％
[0033] 石墨：C 99.9％
[0034] 细砂：SiO2 200目
[0035] (2)、预切制固态块体材料
[0036] 对制备使用的固态块体材料：镁、铝、锌、钇、镁锰中间合金、铝硅中间合金，要进行预切制，块体尺寸为：
[0037] 镁：30×30×30mm
[0038] 铝、锌、钇、镁锰中间合金、铝硅中间合金：10×10×10mm
[0039] (3)、预制浇铸模具
[0040] 模具结构：开合式
[0041] 材料：不锈钢
[0042] 模芯：圆柱形，Φ50×200mm
[0043] (4)、熔炼镁合金
[0044] ①、清理熔炼炉
[0045] 用吸尘器抽吸炉腔内灰尘及有害物质，使其洁净，抽吸时间为5min±1min；
[0046] ②、清理、清洁熔炼坩埚
[0047] 用金属铲、刷清除坩埚内残留物及有害物质；
[0048] 用去离子水2000ml刷洗坩埚内腔，使腔内洁净，并晾干；
[0049] ③、刷涂坩埚内壁
[0050] 配制涂覆剂：滑石粉Mg3Si4H2O12 10 0g±1g，水玻璃Na2SiO3 1 7ml±0.1ml，硼酸H3BO3 3 5ml±0.1ml，去离子水H2O 826ml±1ml，在不锈钢容器内搅拌均匀，成糊状；
[0051] 刷涂坩埚内壁：将涂覆剂反复刷涂，涂层厚度为0.5mm；
[0052] 烘干箱烘干：将刷涂了涂覆剂的坩埚置于烘干箱中干燥，温度200℃±5℃，时间20min±2min；
[0053] ④、预热块体材料、覆盖剂、精炼剂
[0054] 将镁块、铝块、锌块、钇块、镁锰中间合金块、铝硅中间合金块，覆盖剂，精炼剂分别置于不锈钢容器中，然后置于烘干箱中预热，预热温度200℃±5℃，时间10min±1min；
[0055] ⑤、预热坩埚
[0056] 将坩埚置于烘干箱中预热，温度400℃±5℃，时间30min±3min；
[0057] ⑥、熔炼
[0058] 在坩埚内壁均匀撒上一层覆盖剂RJ-2 100g；
[0059] 置放预热的镁、铝块体，并在块体上部匀撒覆盖剂RJ-2 100g；
[0060] 将坩埚置于熔炼炉中；
[0061] 开启熔炼炉，使其升温，由20℃±3℃升温至700℃±5℃，升温速度20℃/min，升温时间34min±2min，恒温保温10min±1min；
[0062] 置放中间合金：Mg-Mn、Al-Si，匀撒覆盖剂RJ-2 100g，恒温保温10min±1min；
[0063] 置放稀土元素：钇，温度升至800℃±5℃，加入钇块，并加覆盖剂RJ-2 100g，搅拌，恒温保温20min±2min；
[0064] 置放元素：锌，温度由800℃±5℃降至700℃±5℃，加入锌块，熔液表面匀撒覆盖剂RJ-2 100g，恒温保温10min±1min；
[0065] 边熔炼，边搅拌，并进行合金化反应，成合金熔液；
[0066] 精炼：
[0067] 扒去合金熔液表面熔渣，并捞出；
[0068] 在合金熔液表面匀撒覆盖剂RJ-2 100g；
[0069] 在合金熔液表面加入精炼剂200g；
[0070] 将温度由700℃±5℃升至760℃±5℃，恒温保温20min±2min，合金熔液呈现镜面光泽；
[0071] ⑦、降温、浇铸
[0072] 精炼后温度由760℃±5℃降至700℃±5℃；
[0073] 预热浇铸模具：预热温度200℃±5℃，时间100min±5min；
[0074] 将精炼的合金熔液对准模具浇口、滤网，进行浇铸，浇满即可；
[0075] ⑧、合金熔液在凝固、结晶过程中进行合金化反应
[0076] 反应式如下：
[0077]
[0078] ⑨、冷却
[0079] 浇铸完成后，将模具及其内的铸件置于自然空气中冷却，冷却至450℃±5℃；
[0080] ⑩、脱模、二次冷却
[0081] 打开开合式模具，铸锭脱模，将铸锭整体置于干燥的细砂中，使其在自然空气中冷却至20℃±3℃；
[0082] (5)、切制成型
[0083] 将冷却后的铸锭进行切制，成镁合金锭：Φ50×200mm，表面粗糙度Ra 0.63～1.25μm；
[0084] (6)、挤压成型镁合金焊丝
[0085] 挤压过程在焊丝挤压机上进行；
[0086] 将镁合金锭置于热挤压机的焊丝模具上部，在镁合金锭上部为挤压凸模，在挤压凸模上部为压力机，在焊丝模具的周边侧部设置电阻加热器，焊丝模具设有四个Φ1.6×200mm的型腔；
[0087] 当电阻加热器温度升至400℃±5℃时，压力机施压于挤压凸模，挤压凸模施压镁合金锭，模具型腔内加入石墨200g，镁合金锭在凸模压力下、在加热状态下，镁合金锭进行塑性变形，由焊丝型腔挤压出镁合金焊丝，即Φ1.6×200mm焊丝；
[0088] 旋转铸锭，可重复挤压；
[0089] (7)、检测、分析
[0090] 对制备的镁合金焊丝进行形貌、金相组织、力学性能分析；
[0091] 用光学显微镜进行金相组织分析；
[0092] 用微机控制电子万能试验机进行拉伸试验，抗拉强度可达330MPa，延伸率可达25％；
[0093] (8)、储存包装
[0094] 对制备的镁合金焊丝要用软质材料密封包装，储存于干燥洁净环境，要防水、防潮、防氧化、防酸、盐、碱侵蚀，储存温度20℃±3℃，相对湿度≤20％。
[0095] 所述的高强度镁合金焊丝的制备，是以镁、铝、锌、钇为原料，以镁锰中间合金、铝硅中间合金为添加原料，以混合物RJ-2 Mg15K14Ca4BaCl46F8为覆盖剂，以混合物Mg20K7Na9Ca7BaCl63F10为精炼剂，以混合物滑石粉Mg3Si4H2O12+水玻璃Na2SiO3+硼酸H3BO3+去离子水H2O为涂覆剂，以去离子水为清洗剂。
[0096] 所述的镁合金焊丝的熔炼是在竖式电阻熔炼炉中进行的，镁、铝熔炼温度是700℃±5℃，镁锰中间合金、铝硅中间合金熔炼温度是700℃±5℃，钇熔炼温度
是800℃±5℃，锌熔炼温度是700℃±5℃，精炼温度是760℃±5℃，浇铸温度是
700℃±5℃，开模温度是450℃±5℃，热挤压镁合金焊丝温度是400℃±5℃。
[0097] 有益效果
[0098] 本发明与背景技术相比具有明显的先进性，它是以镁、铝、锌、钇为原料，以镁锰中间合金、铝硅中间合金为添加原料，在竖式电阻熔炼炉中，经700℃熔炼，在800℃加入稀土元素钇，经760℃精炼，加入覆盖剂、精炼剂，经恒温、保温、静置，制成镁合金熔液，经模具浇铸，制成镁合金锭，经冷却，切制成圆柱形，再经热塑挤压，最终制成高强度镁合金焊丝，由于在原料配比中加入了稀土元素钇及镁锰中间合金、铝硅中间合金，大幅度提高了镁合金焊丝的强度、韧性及可焊性，此制备方法工艺严密、配比合理、不污染环境，其产物镁合金焊丝金相组织紧密、均匀，致密性好，平均晶粒尺寸25μm，其抗拉强度可达330MPa，比现有技术提高18～28％，延伸率可达25％，可焊性好，是十分理想的高强度镁合金焊丝的制备方法。
附图说明
[0099] 图1为制备工艺流程图
[0100] 图2为电阻熔炼坩埚炉熔炼状态图
[0101] 图3为熔炼温度与时间坐标关系图
[0102] 图4为浇铸模具及浇铸状态图
[0103] 图5为高强度镁合金焊丝热挤压成型状态图
[0104] 图6为高强度镁合金焊丝金相组织结构图
[0105] 图7为高强度镁合金焊丝与普通焊丝力学性能对比表
[0106] 图中所示，附图标记清单如下：
[0107] 1、炉体，2、炉座，3、炉盖，4、密封盖，5、开合架，6、电阻丝，7、坩埚座，8、坩埚，9、炉腔，10、出气孔，11、提手，12、镁合金熔液，13、温度传感器，14、电控箱，15、液晶显示屏，16、指示灯，17、电控开关，18、导线，19、导线，20、浇铸模具，21、浇铸口，22、氧化锆滤网，23、浇铸型腔，24、镁合金熔液，25、固定架，26、热挤压机，27、电阻器，28、焊丝模具，29、压力机，30、挤压凸模，31、焊丝型腔，32、镁合金锭，33、石墨，34、套筒。
具体实施方式
[0108] 以下结合附图对本发明做进一步说明：
[0109] 图1所示，为制备工艺流程图，要严格按制备工艺进行，按序操作。
[0110] 制备所需的化学物质配比是按预先设置的量值范围确定的，以克、毫升为计量单位，当工业化制取时，以千克、升为计量单位，并按比例计算。
[0111] 制备使用的镁、铝、锌、钇、镁锰中间合金、铝硅中间合金均是以块体进行熔炼添加的，故要进行预切制。
[0112] 组合配比中使用的稀土元素钇及以中间合金形式添加的镁锰中间合金、铝硅中间合金，可有效的增加镁合金焊丝的强度及可焊性。
[0113] 熔炼、精炼中使用的覆盖剂RJ-2、精炼剂要严格控制用量，并按工艺顺序添加。
[0114] 熔炼、精炼中的温度、时间要严格控制，恒温、保温、静置时间要掌握好，以防引起过热反应。
[0115] 熔炼前，坩埚、块体材料、浇铸模具均要进行预热，并控制好预热温度。
[0116] 铸锭的开模、冷却要控制好温度，铸锭开模后要将铸锭置于干燥的细砂中冷却至20℃±3℃，以使冷却均匀，不变形。
[0117] 高强度镁合金焊丝的挤压是在热挤压机上进行的，热压温度400℃±5℃，成型模具可为四孔形，也可视需要做成八孔形、十六孔形，挤压力要均匀，以利于镁合金的塑性变形，而成为焊丝，也可旋转铸锭，进行多次挤压。
[0118] 图2所示，为熔炼炉结构及熔炼状态图，图中可知：在炉体1的下部为炉座2，在炉体1的上部为密封盖4，密封盖4的上部为炉盖3，炉盖3、密封盖4由开合架5控制开合，在密封盖4、炉盖3的中间设有出气孔10、温度传感器13，温度传感器13通过导线18与电控箱14连接，在炉体1的内壁上设有电阻丝6，在炉体1的内部为炉腔9，炉腔9内中间设有坩埚座7、坩埚8，坩埚8内是镁合金熔液12，坩埚8上部设有提手11，在炉体1的侧部设有电控箱14，电控箱14上设有液晶显示屏15、指示灯16、操纵开关17，电控箱14通过导线19与炉体1的电阻丝6连接。
[0119] 图3所示，为熔炼、精炼、浇铸、开模、冷却温度与时间坐标关系图，图中可知：温度值从20℃±3℃开始升温，即A点，升温速度20℃/min，当温度升至700℃±5℃时，相交于B点，分别加入镁块和铝块、镁锰中间合金块和铝硅中间合金块，各恒温、保温10min±1min，即B-C区段，然后升温至800℃±5℃，在此温度添加钇元素，恒温、保温20min±2min，即D-E区段，然后降温至F点，在此温度添加锌元素，并恒温、保温10min±1min，即F-G区段，温度升至760℃±5℃，即H点，开始精炼，时间20min±2min，即H-K区段，然后由K点降温至700℃±5℃，即M点，及浇铸温度，然后冷却至450℃±5℃，即N点，在此温度脱模，然后在细砂中冷却至20℃±3℃，即P点。
[0120] 图4所示，为开合式浇铸模具结构及浇铸状态图，浇铸模具20的中间为浇铸口21，浇铸口21内为氧化锆滤网22，浇铸口21联通浇铸型腔23，型腔23为山字形，内部为镁合金熔液24，模具20周边设四个开合架25。
[0121] 图5所示，为高强度镁合金焊丝挤压成型状态图，图中可知：热挤压机26上部为压力机29，压力机29连接挤压凸模30，挤压凸模30压住镁合金锭32，镁合金锭32置于焊丝模具28上，焊丝模具28内设有四个焊丝型腔31，在热挤压机26的中段、在焊丝模具28的外部设有加热电阻器27，热挤压机26与镁合金锭32之间设有石墨33，在焊丝模具28、镁合金锭32、挤压凸模30外部由定位套筒34环绕。
[0122] 图6所示，为高强度镁合金焊丝横切面金相组织结构图，图中可知：金相组织均匀、致密性好，晶粒呈不规则排列，晶粒平均尺寸为25μm，标尺单位为50μm。
[0123] 图7所示，为高强度镁合金焊丝与普通镁合金焊丝力学性能对比表，图中可知：普通镁合金焊丝抗拉强度为280MPa，延伸率为16％，高强度镁合金焊丝抗拉强度为330MPa，延伸率为25％，高强度镁合金焊丝的力学性能明显高于普通镁合金焊丝，其量值提高18～28％。
