[发明专利]用于镁/铝异质金属连接的焊接材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料焊接领域，具体涉及一种用于镁/铝异质金属连接的焊接材料及其制备方法。

背景技术

作为工业领域中最轻的两种金属结构材料，镁合金和铝合金具有比强度高、比刚度高等一系列优点，二者的优质连接可以有效降低产品重量，简化产品设计，优化产品结构，因此航空航天、汽车、轨道交通等领域对镁/铝异质金属的高稳定性和高可靠性连接提出了迫切的需求。然而镁/铝异质金属焊接困难较大，这主要体现在镁、铝元素在430℃左右即可发生反应，生成连续分布的镁-铝金属间化合物层，该金属间化合物层具有高脆性的特征，可严重恶化焊接接头的力学性能。以激光焊接为例，接头剪切强度仅为20MPa左右（约为镁合金母材的15%）。

针对镁/铝异质金属焊接难点，国内外主要通过在镁/铝异质金属之间添加第三方金属的方法以提高接头的性能。目前已公开的添加材料包括Zn（非专利文献1）、Ti（非专利文献2）和Fe（非专利文献3）等单种金属，另外还包括Al-Zn（非专利文献4）、Sn-Zn（非专利文献5）、Al-Zn-Ce（非专利文献6）等二元和三元合金，这些金属主要起到“阻碍”作用，通过避免镁合金母材和铝合金母材的直接接触，进而减少镁-铝金属间化合物的生成。以上焊接材料针对镁/铝异质金属焊接仍然存在一定的缺陷，主要体现在：（1）焊接材料元素较少，最多仅为三元合金，因此只适用于单一种类的镁合金和铝合金母材，应用范围窄；（2）合金元素较少，导致接头性能增强效果小，以上焊接材料主要针对接头的室温静载拉伸强度进行设计，蠕变抗力、高温抗拉性能、耐腐蚀性能、屈服强度等因素无法同时兼顾，接头综合性能较差；（3）以上报道均属于实验室分析阶段，批量材料生产技术尚不成熟，特别是非专利文献1、5和6均采用热浸镀的方法将焊接材料预置于母材表面，生产效率低。上述问题的存在使得这些焊接材料难以满足工业上的实际应用。目前针对铝合金、钢铁、铜合金等异质金属的连接已经形成了成熟的焊接材料成分设计及制备技术，这些焊接材料中都包含6-8种甚至更多的合金元素，通过这些元素的添加以保证接头的综合性能，然而目前还未见用于镁/铝异质金属连接的多元合金焊接材料的报道。

非专利文献1：L.M.Liu,J.H.Tan,L.M.Zhao,X.J.Liu.The relationship between microstructure and properties of Mg/Al brazed j oints using Zn filler metal.Materials characterization,59(2008):479-483.

非专利文献2：Ming Gao,Shuwen Mei,Xiangyou Li,Xiaoyan Zeng.Characterization and formation mechanism of laser-welded Mg and Al alloys using Ti interlayer.Scripta Materialia,67(2012):193-196.

非专利文献3：Qi Xiaodong,Liu Liming.Fusion Welding of Fe-added lap joints between AZ31B magnesium alloy and 6061 aluminum alloy by hybrid laser-tungsten inert gas welding technique.Materials&Design,33(2012):436-443.

非专利文献4：Fei Liu,Daxin Ren,Liming Liu.Effect of Al foils interlayer on microstructures and mechanical properties of Mg-Al butt joints welded by gas tungsten arc welding filling with Zn filler metal.Materials&Design,46(2013):419-425.

非专利文献5：Zhi Wang,Hongyang Wang,Liming Liu.Study on low temperature brazing of magnesium alloy to aluminum alloy using Sn-xZn solders,Materials and Design,39(2012):14-19.