本发明涉及一种增强镁基复合钎料及其制备方法和应用。
背景技术：
1、镁合金具有低密度、高比强度、高比刚度、电磁屏蔽性能好等优点，在航空航天、电子产品、国防军工等领域有着广泛的应用前景，是目前重要的轻质结构材料之一。镁合金应用广泛，迫切需求实现镁合金的可靠连接，这需要对镁合金钎焊用的钎料进行开发。为了改善钎缝组织和提高钎焊接头强度，一种方法是在钎料制备过程中添加增强相颗粒，如sic颗粒、ti颗粒等，通过降低钎缝中钎料的残余应力，提升钎焊接头的可靠性。但增强相与钎料难以润湿形成有效的冶金结合，导致增强相与钎料界面容易萌生裂纹，降低钎焊接头的强度。此外，还有一些问题需要解决，如钎料的熔点较高，导致钎焊温度高，严重降低了母材性能；钎料中含有昂贵的金属材料，导致钎料成本增加，难以实现商业化应用；钎料中含有对人体有害的金属等。目前对镁合金用的钎料研究还不充分，因此在镁合金的钎焊应用中迫切需要开发一种满足镁合金钎焊应用、制备工艺简单、成分组织均匀、对母材性能影响小、合金成本低、对人体无害且钎焊接头力学性能良好的钎料。
技术实现思路
1、本发明是要解决目前镁合金钎焊难以形成有效接头的技术问题，而提供一种双生原位自生颗粒协同增强镁基复合钎料及其制备方法和应用。
2、本发明的双生原位自生颗粒协同增强镁基复合钎料中各元素所占的质量百分比为：zn：44％～46％，al：0.6％～1％，y：0.1％～1％，余量为mg。
3、本发明的双生原位自生颗粒协同增强镁基复合钎料的制备方法如下：
4、s1、原材料的预处理：将纯镁锭、纯锌锭、纯铝锭和mg-y中间合金打磨去除表面氧化层，然后按照如下各元素所占的质量百分比分别称取四种原料后烘干：
5、zn：44％～46％，al：0.6％～1％，y：0.1％～1％，余量为mg；
6、s2、分步变温扩散：
7、第一步、将坩埚升温至780℃～790℃后放入步骤一称取的纯镁锭；
8、第二步、纯镁锭熔化后降温至690℃～720℃，加入步骤一称取的纯锌锭和纯铝锭并进行第一阶段保温扩散处理，第一阶段保温扩散处理工艺为：先保温10min～15min后启动搅拌桨先沿逆时针方向搅拌6min～9min，搅拌速度为10r/min～20r/min；然后搅拌桨沿顺时针方向搅拌11min～14min，搅拌速度为10r/min～20r/min；
9、第三步、将熔体升温至760℃～780℃，加入步骤一称取的mg-y中间合金并进行第二阶段保温扩散处理，获得原位自生复合熔体；
10、第二阶段保温扩散处理工艺为：先保温5min～10min后启动搅拌桨先沿逆时针方向搅拌6min～9min，搅拌速度为20r/min～30r/min；然后搅拌桨沿顺时针方向搅拌11min～14min，搅拌速度为20r/min～30r/min；
11、s2的整个过程持续通入保护气体；
12、s3、多级分频超声原位自生工艺：将预热后的超声杆放入s2获得的原位自生复合熔体的液面下方3cm～5cm处，然后进行多级分频超声，具体过程如下：
13、第一极：将原位自生复合熔体降温至650℃～720℃，在超声功率和超声频率分别为1200w～1500w和30khz～40khz的条件下超声5min～8min；
14、第二极：将原位自生复合熔体降温至520℃～580℃，在超声功率和超声频率分别为1800w～2200w和50khz～60khz的条件下超声8min～12min；
15、第三极：在超声功率和超声频率分别为1800w～2200w和20khz～30khz的条件下将原位自生复合熔体降温至450℃～500℃；
16、s4、浇注成型：模具预热至170℃～200℃；当s3完成后，将原位自生复合熔体倒入模具中，自然冷却凝固后制得双生原位自生颗粒协同增强镁基复合钎料。
17、本发明的双生原位自生颗粒协同增强镁基复合钎料应用于对两个相同的母材mg-zn系镁合金进行钎焊，钎焊温度为370℃～500℃，所述的钎料厚度为0.3mm～1.2mm。
18、本发明的双生原位自生颗粒协同增强镁基复合钎料的化学组分为mg-zn-al-y，其中zn的添加量为44～46wt.％，钎料成分接近mg-zn共晶成分，可大幅降低钎料熔点，提高钎料的流动性；al的添加量为0.6～1wt.％，可通过固溶强化提高钎料的强度及钎缝的强度；y的添加量为0.1～1wt.％，可以提高钎料的流动性，改善钎料与母材间的润湿性，还可以与zn和al原位生成zn-y-al颗粒和mgzn2颗粒，细化晶粒尺寸，进一步提升钎焊接头的强度。
19、本发明可通过控制al和y的比例以及添加量实现对双生原位自生颗粒数量的调控；采用分步变温扩散+多级分频超声原位自生铸造工艺可减少钎料的铸造缺陷，细化原位自生颗粒尺寸，避免团聚，实现对钎料中双生原位自生颗粒尺寸及分布的调控。
20、本发明双生原位自生颗粒协同增强镁基复合钎料的熔化温度区间为340℃～355℃，熔程为5℃～16℃，适用于钎焊温度为370℃～500℃，固相线在500℃以上的mg-zn系镁合金的钎焊。在钎焊温度下，采用瞬时液相扩散钎焊(tlp)连接两个mg-5zn-1gd-1y镁合金时，钎焊接头无气孔、夹渣等缺陷，钎焊接头的室温剪切强度可达30mpa～50mpa。
21、本发明提供的双生原位自生颗粒协同增强镁基复合钎料在钎焊mg-zn系镁合金时具有钎焊温度低，对母材影响小，接头剪切强度高等优点，可以用于炉中钎焊、高频感应钎焊、保护气氛钎焊、超声波辅助钎焊等钎焊工艺，在mg-zn系镁合金的精密连接中有着广阔的应用前景。
1.一种双生原位自生颗粒协同增强镁基复合钎料，其特征在于双生原位自生颗粒协同增强镁基复合钎料中各元素所占的质量百分比为：zn：44％～46％，al：0.6％～1％，y：0.1％～1％，余量为mg。
2.如权利要求1所述的一种双生原位自生颗粒协同增强镁基复合钎料的制备方法，其特征在于双生原位自生颗粒协同增强镁基复合钎料的制备方法如下：
3.根据权利要求2所述的一种双生原位自生颗粒协同增强镁基复合钎料的制备方法，其特征在于s1中所述的mg-y中间合金为mg-30y。
4.根据权利要求2所述的一种双生原位自生颗粒协同增强镁基复合钎料的制备方法，其特征在于s2中所述的保护气体为co2和sf6的混合气体，其中sf6的体积分数为3％～5％。
5.根据权利要求2所述的一种双生原位自生颗粒协同增强镁基复合钎料的制备方法，其特征在于s3中预热的超声杆的预热温度为680℃。
6.如权利要求1所述的一种双生原位自生颗粒协同增强镁基复合钎料的应用，其特征在于双生原位自生颗粒协同增强镁基复合钎料应用于对两个相同的母材mg-zn系镁合金进行钎焊，钎焊温度为370℃～500℃，所述的钎料厚度为0.3mm～1.2mm。
