镁合金低熔点钎剂的研制

摘要

镁合金具有高的比强度、比刚度和优良的减震性、导热性、电磁屏蔽性及可回收性等优点，在汽车交通、航空航天等领域日益展现其优越的使用价值和广阔的应用前景。在镁合金日益增加的应用中，无论是镁合金结构件之间，还是镁合金结构件与其他材料构件之间都离不开连接。钎焊具有加热温度低、对母材组织和性能的影响小、焊后应力和变形小、工艺过程简单等特点。镁合金钎焊可以避免熔化焊中常出现的镁的氧化以及气孔、裂纹等缺陷，逐渐成为镁合金材料连接方法的首选之一。去除氧化膜作为钎焊过程中关键步骤，主要方法有钎剂去膜、气体介质去膜、机械及物理去膜。钎剂去膜作为目前应用最广泛有效的去膜方法，在液态钎料和母材润湿的过程中起主要作用。然而镁合金钎剂的研究，特别是软钎剂的研究、钎剂去除镁合金氧化膜机理的研究等均刚刚开始，这些都制约了钎焊技术在镁合金连接中的推广和应用。本课题从低熔点镁合金钎剂入手，通过对镁合金表面氧化膜成分分析、软钎剂组元的选定、软钎剂配方的设计和优化、钎焊接头组织和性能的研究、钎剂性能评价等一系列问题的研究，试图找到一种适合镁合金软钎焊的钎剂配方。
　　本文首先分析了AZ31B镁合金表面氧化膜的组成。XRD和XPS数据表明，AZ31B镁合金表面氧化膜中含有Al2O3以及MgO。对Sn-9Zn钎料进行铺展试验的结果表明，当有机酸A+(5～10wt.％)NH4Cl或者（1～10wt.％）ZnCl2时，钎料铺展面积较大;钎剂可以以有机酸A为基体组元，ZnCl2和NH4Cl作为活性剂或者去膜剂少量加入。通过有限制的均匀设计试验方法对钎剂配方进行优化设计，得到x1(NH4Cl)、x2(ZnCl2)与铺展面积S之间的显著可信的回归方程表达式为S=84.643-734.588x1+819.382x2-1408.509x1x2+3092.476x12-5144.404x22。经过对方程求最优解知，当ZnCl2与有机酸A质量比为8∶92时为最佳钎剂配方，此时钎料的铺展面积最大达到117.52mm2。对钎焊接头组织的微观形态、组织结构和性能研究表明，在靠近钎缝侧会有一层亮白的界面层，该处可能为Mg2Sn金属间化合物相与固溶了少量铝、锌的β-Sn固溶体相。钎缝中心区域主要是富锌相和β-Sn相组成，其中有一部分细长的针状富锌相由于耐腐蚀性差，发生选择性腐蚀后脱落而显示黑色的沟槽。对钎焊接头内各部分的显微硬度测试发现，由于亮白色的界面区含金属间化合物硬质相，硬度较钎缝有所提高，平均为130HV左右。分别对钎剂进行分类和性能评价。结果表明，所研制的钎剂编号为FS222B，不挥发物含量高达86.4％，腐蚀率平均值为0.0133g/cm2，说明该钎剂腐蚀性很强，焊后需要进行彻底的清洗。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的研究背景及意义

1．2 镁合金焊接的研究现状

1．2．1 镁合金熔化焊的研究现状

1．2．2 镁合金压力焊的研究现状

1．3 镁合金钎焊方法及材料的研究现状

1．3．1 镁合金钎焊方法的研究现状

1．3．2 镁合金钎焊用钎料的研究现状

1．3．3 镁合金钎焊用钎剂的研究现状

1．3．4 镁合金钎焊存在的问题

1．4 本文的主要研究工作

1．4．1 研究目标

1．4．2 研究内容

第2章 试验材料、设备及方法

2．1 试验材料

2．1．1 试验母材

2．1．2 试验用钎料

2．1．3 主要药品试剂

2．2 试验设备

2．3 试验方法及步骤

2．3．1 镁合金氧化膜成分分析

2．3．2 钎料铺展试验

2．3．3 接头组织分析和硬度测试

2．3．4 钎剂分类和性能评价

2．4 钎剂配方试验设计方法

第3章 低熔点钎剂组元的选定

3．1 引言

3．2 对钎剂设计的基本要求

3．3 软钎剂分类及作用机理

3．3．1 无机软钎剂

3．3．2 有机软钎剂

3．3．3 无机软钎剂和有机软钎剂的比较

3．4 镁合金表面氧化膜成分

3．5 钎剂各组元的确定

3．5．1 基体组元的确定

3．5．2 去膜组元和界面活性组元的确定

3．6 本章小结

第4章 低熔点钎剂配方设计与优化

4．1 钎剂的制备

4．2 钎剂配方设计

4．2．1 NH4Cl与有机酸A复配试验

4．2．2 ZnCl2与有机酸A复配试验

4．3 钎剂配方优化

4．3．1 均匀设计试验安排

4．3．2 试验数据的直观分析

4．3．3 试验数据的回归分析

4．4 钎剂各组分对钎剂性能的影响及机理

4．5 本章小结

第5章 钎焊接头组织和性能研究及钎剂性能评价

5．1 引言

5．2 试件制备

5．3 钎焊接头的组织和物相分析

5．3．1 接头微观组织分析

5．3．2 接头的元素分布及物相分析

5．4 钎焊接头的显微硬度测试

5．5 新研制钎剂的分类和性能评价

5．5．1 钎剂的分类

5．5．2 不挥发物含量

5．5．3 腐蚀性测量

5．6 本章小节

第6章 结论及展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢