[发明专利]一种碳纤维增强镁合金焊接材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种碳纤维增强镁合金焊接材料，由以下质量百分比的组分组成：碳纤维2.0～7.0％，BN纳米颗粒3.0～3.5％，Si 0.5～0.8％，Ti 0.02～3.5％，余量为镁和不可避免的杂质。本发明还公开了一种碳纤维增强镁合金焊接材料的制备方法，先对碳纤维表面依次以纯钛和纯镁作为靶材进行离子溅射形成钛层和镁层，然后与BN纳米颗粒共同添加至镁合金熔液熔炼，并通过旋压寄出加工制得碳纤维增强镁合金焊接材料。采用本发明的焊接材料对镁合金进行焊接可以获得高抗拉强度和屈服强度的焊接接头。

技术领域

本发明涉及一种焊接材料及其制备方法，特别是一种碳纤维增强镁合金焊接材料及制备方法。

背景技术

在现有金属结构材料体系中，镁合金具有高的比强度和比刚度、优异的铸造性能以及高的阻尼抗振性能，因而在航空航天、电子通讯以及汽车工业等行业有着非常广泛的应用前景，目前已成为极具潜力的金属材料之一。在环保设备导气管的制造方面，目前主要是采用碳钢制造，重量大，制造运输都比较麻烦，如果采用轻量化镁合金材料进行制造，将有助于减重节能。

但是镁合金的应用主要存在以下问题：一是镁合金塑性差，成型加工困难，二是镁合金的强韧性不够理想，尤其是焊接后焊缝位置强度难以满足除尘器的导气管使用要求。现有技术中主要采用常规AZ31焊接材料对镁合金进行焊接加工，使用AZ31镁合金进行焊接的时候，焊接接头强度不足，通常抗拉强度会低于100MPa，强度太低，焊接接头容易在使用过程中发生失效。

发明内容

针对上述现有技术缺陷，本发明的任务在于提供一种碳纤维增强镁合金焊接材料。本发明的另一任务在于提供一种碳纤维增强镁合金焊接材料的制备方法，以提高镁合金焊接后接头的力学性能。

本发明技术方案如下：一种碳纤维增强镁合金焊接材料，由以下质量百分比的组分组成：碳纤维2.0～7.0％，BN纳米颗粒3.0～3.5％，Si 0.5～0.8％，Ti 0.02～3.5％，余量为镁和不可避免的杂质。

进一步地，所述碳纤维的质量百分比为5.0～7.0％，Ti 3.0～3.5％。

一种碳纤维增强镁合金焊接材料的制备方法，包括以下步骤：S1、对碳纤维表面依次以纯钛和纯镁作为靶材进行离子溅射形成钛层和镁层；S2、将镁锭和硅块在保护气体下熔化后加入步骤S1制得的镀层碳纤维和BN纳米颗粒，在660～670℃熔炼，搅拌静置，得到合金液；S3、将合金液浇铸成坯料后，坯料置入旋压装置，进行旋压加工，边挤压边同时冷却，挤压出板材制得碳纤维增强镁合金焊接材料。

进一步地，所述步骤S1中进行离子溅射时，钛层和镁层的溅射厚度为10～50μm。超过50μm会容易导致与基体结合不牢固，容易掉落，如果厚度不足10μm，会导致溅射层不明显，基体不能完全被覆盖，起不到溅射的作用。

进一步地，所述熔炼的时间为10～15min，静置时的温度为650～660℃，静置时间为10～15min。

进一步地，所述搅拌静置是以一定时间间隔对所述合金液进行搅拌然后静置再搅拌循环操作。循环的搅拌静置使得碳纤维，BN纳米颗粒与合金液均匀混合。

本发明与现有技术相比的优点在于：

碳纤维增强镁合金焊接材料制备过程中，先进行钛离子溅射，再进行镁离子溅射。此方法一方面增加碳纤维的重量，在和镁溶液混合的时候能很好的均匀分散到镁溶液中而不至于漂浮在表面。另外表面外层溅射镁元素，能改善碳纤维材料和镁基体的润湿，在镁合金液中能更好的与基体进行润湿结合，同时内层的钛会保护碳纤维在高温下的状态。碳纤维和BN纳米颗粒均有增加材料强度的作用，同时碳纤维会使得材料的塑性进一步增加。采用本发明碳纤维增强镁合金焊接材料对镁合金板材进行焊接后，接头抗拉强度可达到220MPa以上，屈服强度150MPa以上。

附图说明

图1为实施例1得到的碳纤维增强镁合金焊接材料金相图像。