[發明專利]低污染鎂合金焊接材料及其制備工藝

有效

• 申請號: 201110459566.7
• 申請日: 2011-12-31
• 公開（公告）號: CN102554492A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 劉黎明;張兆棟;宋剛;王紅陽
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: B23K35/28
• 分類號: B23K35/28;B23K35/40
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 陳紅燕

技術領域

本發明涉及焊接材料，尤其涉及一種鎂合金焊接材料及其制備工藝。

背景技術

鎂合金是目前工業制造領域應用的最輕的結構材料之一。近年來，新型鎂合金的不斷涌現，鎂合金在汽車、飛機、3C電子產品領域得到良好應用。隨著鎂合金應用的擴大，焊接技術作為鎂合金應用加工的關鍵技術也得到相應的發展，對鎂合金焊接材料的需求也相應增大。目前針對鎂合金焊接材料的研究和開發開展相應較少，主要包括：

日本電器公司生產的一般AZ31和AZ61鎂合金焊接材料。大連理工大學圍繞鎂合金焊接材料的制備技術開展研究，開發了出鎂合金焊絲擠壓拉拔制造工藝，鎂合金絲連續擠壓方法(見中國專利申請03111456.3)，鎂合金絲的擴散連接連續擠壓方法(見中國專利申請200710157874.8)，制備出多種AZ系列鎂合金焊接材料，實現了鎂合金的良好連接。哈爾濱工業大學開展了AZ31鎂合金焊絲制備及性能研究，改善了鎂合金焊絲的性能(見哈爾濱工業大學碩士學位論文，徐奔，AZ31鎂合金絲材拉拔工藝的研究，2006)。西安理工大學開展的AZ91D鎂合金焊絲制備及組織性能研究，采用其制備的焊絲實現了AZ91D鎂合金的TIG焊接，焊接接頭性能良好(見西安理工大學碩士學位論文，王冰，熱擠壓法制備鎂合金焊絲及其焊接接頭分析，2007)。太原理工大學開發的一種高強度鎂合金焊絲的制備方法(見中國專利200810054925.9)，其開發的鎂合金焊絲強度可以達到330Mpa。吉林大學開發的一種高抗熱裂性能鎂合金焊絲(見中國專利申請2009100671611)，能夠有效的降低鎂合金焊接過程的熱裂傾向。

上述關于鎂合金焊絲組織、性能及制備方法的研究主要集中于改善鎂合金焊絲自身的結構特征，優化鎂合金焊接接頭性能方面；而對于鎂合金焊接材料的沸點低，焊接過程易蒸發、燃燒形成大量焊接煙塵產生高焊接污染等問題均未觸及。

眾所周知，由于鎂合金自身具有的熔沸點較低之特點(熔點：640～660℃，沸點：1100～1150℃)，在焊接過程中發生劇烈的蒸發、燃燒現象，并形成大量焊接煙塵和有害氣體，不僅浪費了大量的鎂合金焊接材料，還形成了顯著的焊接污染，同時對焊接工作者的身體健康形成了顯著危害。鑒于此，亟需針對鎂合金焊接過程存在的高污染問題，開發新型鎂合金焊接材料。

發明內容

鑒于現有技術所存在的上述問題，本發明旨在提供一種低污染、高強度、制備工藝簡單、成本低的鎂合金焊接材料及其制備工藝。通過對鎂合金材料的成分優化，提高鎂合金沸點，控制鎂合金在焊接過程的蒸發、燃燒，進而實現鎂合金的低污染焊接，同時提高焊接效率。

本發明的技術解決方案是這樣實現的：

一種低污染鎂合金焊接材料，其特征在于，其化學成分按質量百分數計：

Zn，5.5-6.5％；

Nd，0.1-0.8％；

Ca，0.20-1.0％；

Mn，0.1-0.9％；

Al，0.1～0.4％；

Mg，90.0-93.5％

金屬雜質，包括Cu、Ni、Fe、Si，少量。

本發明中利用Zn元素及稀土元素的復合作用形成具有團簇特征的Mg-Zn結構，通過添加稀土元素形成具有最高穩定性的Mg-Nd及Mg-Zn-Nd等高熔點金屬間化合物，提高鎂合金的熔沸點；利用稀土元素的細化晶粒和凈化晶界的作用提高鎂合金焊接材料的強度；同時添加Mn元素作為活性元素，提高焊接材料的可焊性；添加堿性的Ca元素來提高鎂合金的抗燃燒能力，進一步提高鎂合金沸點，使其在焊接過程中的蒸發和燃燒速度明顯降低，獲得較低的焊接發塵速率，減少焊接污染，同時提高熔敷效率。

所述鎂合金焊接材料的制備工藝，包括如下步驟：

(1)熔煉鑄造：以Mg-Zn合金(Zn含量5.5％-6.5％)鑄錠為基本成分，經特殊的熔煉方法，去除其中的有害雜質，并適當的添加稀土釹、鈣等元素，根據實際被焊對象調整鋁元素的含量，然后鑄造成錠。鎂合金鑄錠成分為(質量百分數)，Zn5.25％-6.30％、Nd0.1％-0.8％、Ca0.20-1.0％、Mn0.1％-0.9％、Al0.1％～0.4％以及含有少量金屬雜質(Cu、Ni、Fe、Si)，其余為Mg。

(2)均勻化處理：以經過(1)熔煉鑄造的鎂合金鑄錠為對象進行均勻化處理，處理的條件為300℃-450℃，保溫6-20小時。

(3)熱擠壓-拉拔：按照熱擠壓焊絲的要求，對經過(2)均勻化處理的高性能鎂合金鑄錠進行機械加工，去除表面的氧化皮，獲得直徑為60mm-100mm的圓柱形鎂合金棒材；