一種用于稀土鎂合金釬焊的耐熱鎂合金釬料及其制備方法技術

本發明專利技術公開了一種用于稀土鎂合金釬焊的耐熱鎂合金釬料及其制備方法；該鎂合金釬料重量百分數組成為15～21%Gd，9～15%Nd，5.5～6.3%?Ni，2～1.7%Zn，其余為Mg。該鎂合金釬料制備是按照所需元素配比在石墨坩堝中混合，在氬氣保護下熔化并自然冷卻獲得Mg-Gd-Nd-Ni-Zn鎂合金釬料。本發明專利技術所提供的鎂合金釬料適合于固相線溫度在545℃以上的Mg-RE系稀土鎂合金釬焊，具有高強度和較高的耐熱性能。本發明專利技術提供的鎂合金釬料制備方法，工藝簡單，過程容易控制，成分控制比較好，無成分污染，適合高質量釬料合金批量生產。

【技術實現步驟摘要】
一種用于稀土鎂合金釬焊的耐熱鎂合金釬料及其制備方法
本專利技術屬于鎂合金焊接連接
，涉及一種用于稀土鎂合金釬焊的耐熱鎂合金釬料及其制備方法，具體涉及一種Mg-Gd-Nd-Ni-Zn合金釬料，。
技術介紹
鎂合金是目前實際工程應用中最輕的金屬結構材料，具有密度小，比強度、比剛度高，鑄造、減震、切削加工性優良以及尺寸穩定性好等特點，使其在實現輕量化、降低能源消耗、減少環境污染等方面具有顯著作用,在汽車、國防軍工、航空航天、電子、機械等工業領域以及家庭用品和運動器材等領域正得到日益廣泛應用。鎂合金主要合金元素為Al、Zn和稀土RE。由此，鎂合金主要有Mg-Al系、Mg-Zn系以及Mg-RE系稀土鎂合金。稀土RE比Al、Zn有著更高的熔點和時效強化作用，因而Mg-RE系稀土合金有著比Mg-Al、Mg-Zn系合金更高的強度和耐熱性能，屬于高性能鎂合金。然而，目前已報道用于鎂合金釬焊的釬料主要合金元素為Al或Zn元素。比如，美國焊接學會編寫的《釬焊手冊》列舉的目前可用于鎂合金釬焊的商業釬料BMg-1、BMg-2a(美國試驗材料學會牌號分別是AZ92A和AZ125)；成分非常接近于美國的BMg-1的日本MC3標準鎂合金釬料；日本新研發的In-Mg-Zn-Al釬料；中國機械工程學會焊接學會編寫的《焊接手冊》中有關鎂合金的釬焊僅列舉的Mg-Al-Zn釬料；申請號為200910092586.8的專利專利技術的Mg-Zn合金釬焊材料；申請號為200910184466.0的專利專利技術的Mg-Zn基合金釬料；申請號為200810116505.9的專利專利技術的Mg-Al-Zn釬焊材料；申請號為201110205638.5專利專利技術的含少量稀土Er的Mg-Zn-Al合金釬料。顯然，這些釬料主要與Mg-Al系或Mg-Zn系合金相匹配，而這些焊料應用于Mg-RE稀土鎂合金釬焊會顯著降低稀土鎂合金基體材料的整體強度和耐熱性能，不適用于Mg-RE系稀土鎂合金的釬焊連接。因此，開發適用于Mg-RE系稀土鎂合金釬焊的釬料，并極大限度發揮稀土鎂合金的高強度和耐熱性能是鎂合金釬焊領域急需解決的問題。
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服現有研究的不足，提供一種適用于稀土鎂合金釬焊的耐熱鎂合金釬料及其制備方法，使其解決現有鎂合金釬料強度低、耐熱性能差的問題，為高強度耐熱鎂合金的釬焊提供技術支持。本專利技術是通過以下技術方案實現的：一種用于稀土鎂合金釬焊的耐熱鎂合金釬料，是一種Mg-Gd-Nd-Ni-Zn合金釬料，其特征在于：重量百分數組成為15～21%Gd，9～15%Nd，5.5～6.3%Ni，2～1.7%Zn，其余為Mg。本專利技術所述一種用于稀土鎂合金釬焊的耐熱鎂合金釬料的制備方法，其特征在于：包括如下兩個步驟：第一步、按照合金成分15～21%Gd，9～15%Nd，5.5～6.3%Ni，2～1.7%Zn，其余為Mg，準備原料；第二步、將第一步的原料放入石墨坩堝中，采用高頻感應加熱爐熔煉，高頻感應加熱電流由200安培逐漸增加至500安培，實現對原料的緩慢加熱，直至熔化，隨后合金熔體在石墨坩堝中自然冷卻，得到鎂合金釬料。本專利技術第一步中，所述Gd、Nd、Ni、Zn以及Mg原料均為純度在99.9％以上。本專利技術第二步中，所述熔煉過程時間為60分鐘：前10分鐘電流為200安培，之后20分鐘電流為300安培，最后30分鐘電流為500安培。本專利技術第二步中，所述熔煉在密封腔室中進行，使用石墨坩堝，氣氛為純度大于99.99%的純氬氣氛，氣氛壓力為1個大氣壓。本專利技術具有以下有益效果：本專利技術所提供的耐熱鎂合金釬料熔化溫度范圍為470～495℃，釬焊溫度范圍為530～545℃，適合于固相線溫度在545℃以上的Mg-RE系稀土鎂合金釬焊。所提供耐熱鎂合金釬料用于GW103K(Mg-10Gd-3Y-0.4Zr)稀土鎂合金釬焊，其釬焊搭接接頭室溫抗剪強度在125～133MPa之間，釬焊對接接頭抗拉強度在132～141MPa之間；在200℃時抗剪強度在103～112MPa之間，釬焊對接接頭抗拉強度在111～122MPa之間。在室溫和200℃高溫，其強度均優于現有鎂合金釬料釬焊所得釬焊接頭性能，表現出優良的強度和耐熱性能。此外，本專利技術提供的鎂合金釬料制備方法，工藝簡單，過程容易控制，成分控制比較好，無成分污染，適合高質量釬料合金的批量生產。本專利技術所提供的Mg-Gd-Nd-Ni-Zn鎂合金釬料中，各種元素的作用如下：Gd：主要合金元素，具有顯著固溶強化和時效強化作用，有效提高釬料合金的強度和耐熱性能。Nd：主要合金元素，具有顯著固溶強化和時效強化作用，有效提高釬料的強度；同時，比Gd元素更低的熔點，可降低釬料合金的熔點。Ni：少量添加元素，可明顯降低釬料合金的熔點，提高釬料的流動性；同時，可使釬料合金形成一種長周期結構，有效增加釬料的強度和耐熱性能。Zn：少量添加元素，可進一步降低釬料合金的熔點，提高釬料的流動性，并改善潤濕性；同時，具有固溶強化效果，增加釬料合金強度和耐熱性能。具體實施方式以下結合具體實施方式對本專利技術作進一步說明，但本專利技術的保護范圍不限于下述的實施例。實施例1：Mg-Gd-Nd-Ni-Zn鎂合金釬料，該釬料合金包含下列組分（按重量百分比）：15%Gd，9%Nd，5.5%Ni，2%Zn，其余為Mg。第一步，按照合金成分，15%Gd，9%Nd，5.5%Ni、2%Zn和68.5%Mg準備原料，所用原料均為純度在99.9％以上。第二步，將第一步的原料放入石墨坩堝中，采用高頻感應加熱爐熔煉，整個熔煉在純氬氣氛密封腔室下進行，氣氛純度大于99.99%，氣氛壓力為1個大氣壓。前10分鐘電流為200安培，之后20分鐘電流為300安培，最后30分鐘電流為500安培，由此實現對原料的緩慢加熱，直至熔化。隨后合金熔體在石墨坩堝中自然冷卻，得到鎂合金釬料。采用實施例1的鎂合金釬料對GW103K(Mg-10Gd-3Y-0.4Zr)稀土鎂合金進行釬焊。首先，將GW103K稀土鎂合金試樣進行砂紙打磨、并使用丙酮清除表面污物。然后，鎂合金釬料置于接頭處，將夾具固定接頭，將接頭放入氬氣保護裝置進行高頻感應釬焊。釬焊過程中氬氣流量為0.5L/min，升溫速度為200℃/min，釬焊溫度范圍為530～545℃，保溫90s后，冷卻至室溫。對釬焊后接頭的力學性能進行測試，其結果列于表1中。實施例2：Mg-Gd-Nd-Ni-Zn鎂合金釬料，該釬料合金包含下列組分（按重量百分比）：18%Gd，12%Nd，5.9%Ni，1.9%Zn，其余為Mg。第一步，按照合金成分18%Gd，12%Nd，5.9%Ni，1.9%Zn和62.2%Mg，準備原料，所用原料均為純度在99.9％以上。第二步，將第一步的原料放入石墨坩堝中，采用高頻感應加熱爐熔煉，整個熔煉在純氬氣氛密封腔室下進行，氣氛純度大于99.99%，氣氛壓力為1個大氣壓。前10分鐘電流為200安培，之后20分鐘電流為300安培，最后30分鐘電流為500安培，由此實現對原料的緩慢加熱，直至熔化。隨后合金熔體在石墨坩堝中自然冷卻，得到鎂合金釬料。采用實施例2的鎂合金釬料對GW103K(Mg-10Gd-3Y-0.4Zr)稀土鎂合金進行釬焊。首先，將GW103K稀土鎂合金試樣進行砂本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于稀土鎂合金釬焊的耐熱鎂合金釬料，其特征在于重量百分數組成為15～21%?Gd，9～15%?Nd，5.5～6.3%?Ni，2～1.7%?Zn，其余為?Mg。

【技術特征摘要】
1.一種用于稀土鎂合金釬焊的耐熱鎂合金釬料，其特征在于所述耐熱鎂合金釬料的重量百分數組成為15～21%Gd，9～15%Nd，5.5～6.3%Ni，2～1.7%Zn，其余為Mg。2.權利要求1所述鎂合金釬料的制備方法，包括如下兩個步驟：第一步、按照合金成分15～21%Gd，9～15%Nd，5.5～6.3%Ni，2～1.7%Zn，其余為Mg，準備原料；第二步、將第一步的原料放入石墨坩堝中，采用高頻感應加熱爐熔煉，高頻感應加熱電流由200安培逐漸增加至500安培，實現對原料的緩慢加熱，直至熔化，隨...

【專利技術屬性】
技術研發人員：尹健，袁柯，
申請(專利權)人：南昌航空大學，
類型：發明
國別省市：江西;36