[发明专利]一种含稀土元素Er的镁合金钎料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种含稀土元素Er的Mg-Al-Zn-Er镁合金钎料及其制备技术，属于镁合金连接技术领域。

背景技术

自20世纪90年代初开始，国际上主要金属材料的应用发展发生了显著变化，钢、铁、铜、铝、锌等传统材料的应用增长缓慢，而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。世界各国高度重视镁合金的研究与开发，将镁资源作为21世纪的重要战略物资，并加强了镁合金在汽车、计算机、通讯及航空航天等领域的应用开发与研究。因此，镁合金连接的研究也越来越得到重视。

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分非常接近于美国的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，其成分为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，其钎料主要成分为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，上述专利钎料均是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。

Er加入镁合金中，可有效细化合金的铸态晶粒，可以不同程度地改善合金组织结构、提高合金热稳定性以及不同状态下的拉伸性能，与此同时对塑性影响不大。

发明内容：

本发明提供了一种添加稀土元素Er的Mg-Zn-Al-Er镁合金钎料，同时通过在合金锭熔体中施加超声波的方法，解决了坩埚中制备镁合金钎料偏析严重、晶粒粗大及微量元素在钎料中分布不均匀的问题，制备了一种晶粒细化且微量元素Er分布均匀的Mg-Zn-Al-Er系钎料。

本发明所提供的制备方法还适用于其它镁合金系钎料、铝合金系钎料的制备。本发明所提供的制备方法中可以使用坩埚，也可以使用熔炼炉。

本发明所提供的一种Mg-Zn-Al-Er系钎料，其特征在于，其各组分及所占重量百分比为：Mg：40-55％，Zn：39-55％，Al：1-5％，Er：0.1-1.5，Er分布均匀。

本发明所提供含稀土元素Er的Mg-Zn-Al-Er镁合金钎料中，各种元素的作用如下：

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；降低镁合金的熔炼温度及浇注温度；提高钎料的流动性并改善润湿性。

Er：加入含镁合金中，增加镁合金热稳定性以及强度、硬度。随着Er含量增加，在保持塑性基本不变的前提下，合金强度、硬度提高。Er与镁合金中的Al生成Al₃Er粒子，这种初生的Al₃Er粒子在凝固时作为非均质形核核心，提高形核率，因而使晶粒细化，细小弥散的Al₃Er质点在晶界和晶内析出强化效应、由于细化晶粒所产生的细晶强化效应以及在形变及热处理过程中形成的亚结构强化效应使得合金强度、硬度强度增大；弥散分布的细小Al₃Er质点对位错和亚晶界具有的钉扎作用，能有效抑制再结晶，细化再结晶晶粒。