用于镁合金的钎料、使用方法及其助焊剂转让专利
申请号 : CN202211203321.2
文献号 : CN115502604B
文献日 : 2023-07-18
发明人 : 杨拓宇 , 陈丰 , 张华 , 张雅晶
申请人 : 安徽科技学院
摘要 :
本发明提供一种用于镁合金的钎料、使用方法及其助焊剂，所述钎料的组成为15‑20wt%的In、23‑50wt%的Al、35‑57wt%的Mg和0.5‑5 wt%的Ge。本发明的钎料具有焊接工艺简单、成本低的优点，适于大规模的工业推广。
权利要求 :
1.一种用于AZ31镁合金钎焊的钎料的使用方法，其特征在于，打磨去除熔炼成型的所述钎料表面的氧化膜，将母材预热，然后将焊缝部位持续加热，用所述钎料在焊缝部位反复刮擦，待钎料熔化后再移动，将两个母材搭接钎焊；
将钎料预热后先沾取助焊剂，然后再进行刮擦；
所述钎料的组成为15‑20 wt%的In、23‑50wt%的Al、35‑57wt%的Mg和0.5‑5 wt%的Ge；
所述助焊剂的组成为：33wt%KCl、15wt%CaCl2、51wt%ZnCl2和1wt%CuCl2。
2.根据权利要求1所述的使用方法，其特征在于，钎料中In的含量为17～20wt%。
3.根据权利要求1所述的使用方法，其特征在于，钎料中Al的含量为23～40wt%。
4.根据权利要求1所述的使用方法，其特征在于，钎料中Mg的含量为39～57wt%。
5.根据权利要求1所述的使用方法，其特征在于，钎料中Ge的含量为0.5～3wt%。
6.根据权利要求1所述的使用方法，其特征在于，所述助焊剂的制备方法是，将KCl、ZnCl2、CaCl2、CuCl2按配方比例混合，然后研磨，将粉末研磨至糊状变为干粉状即可。
说明书 :
用于镁合金的钎料、使用方法及其助焊剂
技术领域
[0001] 本发明属于钎焊技术领域，具体涉及一种用于镁合金的钎料、使用方法及其助焊剂，还包括助焊剂的制备方法。
背景技术
[0002] 作为轻量化结构材料，镁合金有较高的比强度，优良的抗震和抗冲击性能，因此被广泛地应用于航空航天、医药化工和车辆制造等领域，但镁合金的钎焊问题一直困扰着研究人员。镁合金钎焊的问题有：一、镁合金表面有一层氧化膜，在钎焊温度下易于产生却又难以去除，干扰液态钎料在母材上的铺展。二、较高的钎焊温度会使母材出现粗晶问题，进而导致力学性能下降。
[0003] 有技术人员采用活性助焊剂来解决润湿问题，但活性助焊剂具有腐蚀性，对母材有明显的腐蚀，并且还需要焊后清洗处理污水。还有技术人员采用镀层和中间层来为润湿过程提供帮助，对镁合金表面沉积镀Cu或镀Ni，进而改变母材的表面的焊接性，但成本过高不适于大规模的工业推广。申请人已有一件专利申请：发明创造名称为“一种镁合金钎焊的钎料配方及其钎剂来解决现有问题”，申请号为2022111218599来解决现有问题，该钎料配方可通过刮擦钎焊的方式实现母材的搭接，并且钎料熔点低可以实现在480℃下钎焊的目的。鉴于镁合金的用途广泛，更多的钎料有待于开发。
发明内容
[0004] 本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供一种用于镁合金钎焊的钎料及其助焊剂，该钎料采用刮擦钎焊方法就能去除母材表面的去膜和润湿问题，助焊剂可以辅助润湿，整个过程不需要惰性气体或超声辅助，也不需要在工件表面镀层。钎料熔点低，较低的焊接温度避免了母材过热的问题，钎焊工艺简单易行，可以方便快捷地对镁合金进行连接。
[0005] 本发明的技术方案为：
[0006] 用于镁合金钎焊的钎料，所述钎料的组成为15‑20 wt%的In、23‑50wt %的Al、35‑57wt%的Mg和0.5‑5 wt%的Ge，该钎料可在低于500℃的条件下实现AZ31镁合金的钎焊。
[0007] 作为技术方案的进一步改进，为了平衡钎料对母材的润湿性和熔化范围，钎料中In的含量为17～20wt%。
[0008] 作为技术方案的进一步改进，为了平衡钎料的硬度性能和强度性能，钎料中Al的含量为23～40wt%。
[0009] 作为技术方案的进一步改进，为了平衡钎料的熔点和搭接接头的剪切强度，钎料中Mg的含量为39～57wt%。
[0010] 作为技术方案的进一步改进，为了平衡钎料的表面活性，钎料中Ge的含量为0.5～3wt%。
[0011] 所述钎料可采用常规的熔炼方法，将钎料各组分混合在隔绝空气条件下加热熔炼，氩气气氛中加热。当钎料的组分开始熔化时加入覆盖剂，待金属熔融后，停止加热、然后扒渣并将钎料浇筑成型。钎料成型可以为棒状、块状等，覆盖剂可采用市售的压铸镁合金覆盖剂。
[0012] 所述钎料的使用方法为：打磨去除熔炼成型的所述钎料表面的氧化膜，将母材预热，然后将焊缝部位持续加热，用所述钎料在焊缝部位反复刮擦，待钎料熔化后再移动，将两个母材搭接钎焊。
[0013] 作为技术方案的进一步改进，将钎料预热后先沾取助焊剂，然后再进行刮擦，所述助焊剂的组成为：33wt%KCl、15wt%CaCl2、51wt%ZnCl2和1wt%CuCl2。
[0014] 一种所述钎料的助焊剂，所述助焊剂的组成为：33wt%KCl、15wt%CaCl2、51wt%ZnCl2和1wt%CuCl2。助焊剂融化范围是410℃‑450℃,可以辅助本发明钎料对母材的润湿,减小润湿角。
[0015] 一种所述助焊剂的制备方法，将KCl、ZnCl2、CaCl2、CuCl2按配方比例混合，然后研磨，将粉末研磨至糊状变为干粉状即可。
[0016] 本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体的说，本发明的钎料可采用刮擦钎焊的方法去除母材表面的氧化膜，并解决润湿问题，焊接工艺简单、成本低。进一步说，本发明的钎料在低于500℃的条件下实现AZ31镁合金的钎焊，避免了母材过热的问题，连接强度大。再一步说，本发明的钎料及助焊剂的制备方法简单、成本低。本发明的钎料具有焊接工艺简单、成本低和连接强度大的优点，适于大规模的工业推广。
附图说明
[0017] 图1为本发明钎料合金的微观组织形貌图
[0018] 图2为本发明钎料钎焊时的操作示意图。
具体实施方式
[0019] 下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
[0020] 实施例中用HV‑1000型维氏硬度计测量钎料的硬度，用 UTM5000型拉伸试验机测量接头的抗剪切强度，用TA Q20型差示扫描量热仪测量钎料的融化温度,用日立3400N型扫描电镜观察并拍摄合金组织形貌，用SYJDC200型量角器测量润湿角。
[0021] 实施例中所用原料In形状为片状，尺寸为0.2*20*50mm，纯度为99.95%；Mg、Al、Ge的形状均为粒状，尺寸为2*2*2mm，纯度均为99.95%。
[0022] 实施例1
[0023] 采用电磁感应加热的方法熔炼钎料，感应加热器的型号为SP‑15型，容器为刚玉+石墨坩埚，用氩气加覆盖剂进行联合保护。覆盖剂的组成为38wt%MgCl2、27wt%KCl、26wt%NaCl、7.5 wt%CaCl2和1.5wt%MgO。单次制备质量为0.5Kg，按比例将铟、镉、镁和铝放入坩埚内，向坩埚底部通入氩气，排除坩埚内的空气，然后将氩气导管提高到坩埚上边缘，在加热熔炼过程中保持持续通气。启动感应加热器，当原料开始熔化时，向坩埚内加入30克覆盖剂，待金属充分熔融后，停止加热，扒渣、浇筑成棒状和块状，取样制备成金相试样和钎料棒。
[0024] 钎焊实验采用搭接接头，搭接长度4mm。母材为AZ31镁合金板材尺寸为100 mm×80 mm×2 mm。钎料棒尺寸为φ3mm×450 mm，用800目砂纸仔细打磨去除表面氧化膜，在丙酮溶液浸泡15 s清洗干净后吹干备用。采用丁烷气火焰做热源，将母材预热至500℃，然后将钎料棒在火焰上预热1‑2s，（使用助焊剂，则在钎料棒预热后马上沾取适量助焊剂。助焊剂的组成为33wt%KCl、15wt%CaCl2、51wt%ZnCl2和1wt%CuCl2，助焊剂制备采用研磨的方法，将各组分混合的粉末研磨至糊状变为干粉状）在焊缝部位反复刮擦，钎焊刮擦过程中一直保持火焰对着焊接部位加热，待钎料熔化后再向前方移动，如图2所示。
[0025] 钎料的组成为19wt%In、39wt%Mg、40wt%Al和2wt%Ge,钎料合金的微观组织形貌见图1中a)，钎料的组织组成物为Al12Mg17Ge1+Al12Mg17In6Ge1，点1物相为Al12Mg17Ge1，点2物相为Al12Mg17In6Ge1。检测钎料熔化范围是420℃‑437℃，钎料的硬度是250.2HV。搭接接头的抗剪切强度为128MPa。当使用助焊剂时，钎料在母材上的平均润湿角是21°；不使用助焊剂时，钎料在母材上的平均润湿角是36°。
[0026] 实施例2
[0027] 钎料制备方法及钎焊方法同实施例1，不同的是钎料的组成为17wt%In、53wt%Mg、27wt%Al和3wt%Ge,钎料合金的微观组织形貌见图1中b)，钎料的组织组成物为Al12Mg17Ge1+Al12Mg17In6Ge1，点3物相为Al12Mg17Ge1，点4物相为Al12Mg17In6Ge1。
[0028] 检测钎料熔化范围是432℃‑450℃，钎料的硬度是228.4HV。搭接接头的抗剪切强度为94MPa。当使用助焊剂时，钎料在母材上的平均润湿角是25°；不使用助焊剂时，钎料在母材上的平均润湿角是40°。
[0029] 实施例3
[0030] 钎料制备方法及钎焊方法同实施例1，不同的是钎料的组成为19wt%In 、45wt%Mg、35wt%Al和1wt%Ge。
[0031] 检测钎料熔化范围是427℃‑440℃，钎料的硬度是246HV。搭接接头的抗剪切强度为110MPa。当使用助焊剂时，钎料在母材上的平均润湿角是22°；不使用助焊剂时，钎料在母材上的平均润湿角是36°。
[0032] 实施例4
[0033] 钎料制备方法及钎焊方法同实施例1，不同的是钎料的组成为18wt%In、50wt%Mg、30wt%Al和 2wt%Ge。
[0034] 钎料熔化范围是430℃‑445℃，钎料的硬度是241HV。搭接接头的抗剪切强度为103MPa。当使用助焊剂时，钎料在母材上的平均润湿角是24°；不使用助焊剂时，钎料在母材上的平均润湿角是38°。
[0035] 最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。