本發(fā)明涉及一種鋁鎂合金焊料及其制備方法，屬于鎂合金焊接材料領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

鎂及其鎂合金是目前金屬結(jié)構(gòu)材料中最輕的一種，具有密度低、比強(qiáng)度高、減振性好、電磁屏蔽性好、導(dǎo)電導(dǎo)熱性好、加工性好、熱成形性好、易回收等優(yōu)點(diǎn)而備受青睞。在汽車(chē)、電子、電器、交通、航天、航空和國(guó)防軍事工業(yè)領(lǐng)域具有極其重要的應(yīng)用價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。日本研發(fā)的一種鎂合金釬料In-Mg-Zn-Al(釬料熔化溫度范圍在449～490℃)中含有大量的貴重金屬I(mǎi)n(銦)，其中In的質(zhì)量百分比占到了65％左右，使得釬料成本明顯提高。另外日本研發(fā)的鎂合金釬料Mg-Sn-In-Al(釬料熔化溫度范圍在457～500℃)中In質(zhì)量百分比占到了20％左右，釬料成本也較高。授權(quán)公告號(hào)CN1098743C，發(fā)明名稱(chēng)：鋁-鎂焊料合金、其制造方法和建造焊接結(jié)構(gòu)的方法，其成分(wt.％)：如下:Mg5.0-6.5，Mn,0.4-1.2,Zn0.4-<2,Zr0.05-0.3，Cr最大0.3,Ti最大0.2,Fe最大0.5,Si最大0.5,Cu最大0.25，余量為鋁和不可避免的雜質(zhì),其極限拉伸強(qiáng)度為296-345MPa，延伸率11.2-16.2。但是強(qiáng)度并不是太高，并且其潤(rùn)濕性和耐腐蝕度不高。

石墨烯是一種由碳原子構(gòu)成的新型片層納米材料，碳原子之間通過(guò)sp2雜化軌道形成碳-碳共價(jià)鍵。按照片層數(shù)可將石墨烯分為單層石墨烯、雙層石墨烯和多層石墨烯。單層石墨烯是構(gòu)建其它維度碳質(zhì)材料(0D富勒烯、1D碳納米管、3D石墨)的基本單元。在2004年，曼徹斯特大學(xué)物理系的一些教授通過(guò)剝離高定向排列的石墨制備得到單層石墨烯。石墨烯具有眾多優(yōu)異性能，比如：?jiǎn)螌邮?dǎo)熱率為5300W/m·K，由于石墨烯的垂直于石墨烯平面的未滿的π軌道，使石墨烯具有很高的電子遷移率。同時(shí)石墨烯的楊氏模量大于1000GPa，抗拉強(qiáng)度達(dá)到13GPa。石墨烯可以用于增強(qiáng)釬料的性能，X.D.Liu等人將GNSs作為增強(qiáng)體制備了GNSs增強(qiáng)復(fù)合釬料。制備步驟如下：運(yùn)用球磨工藝將GNSs和Sn-Ag-Cu釬料進(jìn)行混合；將混合粉體擠壓成形；將擠壓后預(yù)制塊在中溫下真空燒結(jié)制備得到復(fù)合釬料。通過(guò)測(cè)試，GNSs可以降低釬料與銅基板間接觸角、熱膨脹系數(shù)以及細(xì)化釬料微觀組織。同時(shí)對(duì)力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果顯示GNSs能使釬料強(qiáng)度得到明顯提高。但是石墨烯用于鋁鎂合金釬料的還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種鋁鎂合金焊料及其制備方法，解決了現(xiàn)有鎂合金焊接材料強(qiáng)度不高、潤(rùn)濕性差等問(wèn)題。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種鋁鎂合金焊料，按照重量百分比計(jì)，包括Mg5-6，Cr0.08-0.12，F(xiàn)e0.1-0.2，Si0.1-0.2，F(xiàn)e+Si＝0.3，Cu0.01-0.05，Zn0.03-0.05，Mn0.1-0.15，Ti0.08-0.12，In0.1-0.2，石墨烯0.01-0.015，余量為Al和不可避免雜質(zhì)。

優(yōu)選地：所述的Mg的含量為5％。

優(yōu)選地：所述的In含量為0.1-0.15％。

優(yōu)選地：所述的石墨烯的含量為0.001-0.0012％。

本發(fā)明也提供了一種鋁鎂合金焊料的制備方法，包括以下步驟：

(1)按照比例制備除石墨烯以外的原料的合金，將制備的合金粉碎至100-150目備用；

(2)將石墨烯加入酒精，用超聲處理；

(3)將超聲處理后的石墨烯酒精溶液和合金粉加入高能球磨機(jī)，150-200r/min,溫度150-200度，研磨10-15min；

(4)將研磨后的石墨烯和合金粉混合物烘干；

(5)烘干后的混合物放入磨具，擠壓成型；

(6)將成型后的混合粉在250-300度，燒結(jié)3-5h，既得鋁鎂合金焊料。

優(yōu)選地：所述的超聲處理為；超聲波功率150-200W，頻率80-100kHz，時(shí)間2-3h。

優(yōu)選地：所述的擠壓成型為80-90MPa，保持時(shí)間為15-20min。

本發(fā)明的有益效果：

Mg：Mg是焊料合金中的主要強(qiáng)化元素，鎂含量低于5.0％不能使焊縫達(dá)到所需的強(qiáng)度，而Mg加入量超過(guò)過(guò)高，焊料合金制造焊絲時(shí)會(huì)非常困難.制造困難原因是在連鑄或半連鑄及隨后的加工過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的裂紋。為兼顧可制造性和強(qiáng)度，Mg含量為5.0～6.0％，優(yōu)選：5％。

Mn：Mn是基本添加元素，與Mg相配合，Mn可提高焊接接頭的強(qiáng)度?，F(xiàn)有技術(shù)中低于0.6％的Mn含量不能提供足夠強(qiáng)度的焊接接頭；而Mn含量超過(guò)1.2％，拉絲原料的制造會(huì)非常困難，為保證強(qiáng)度，Mn的優(yōu)選最低含量為0.7％。由于本發(fā)明加入石墨烯來(lái)增強(qiáng)強(qiáng)度，Mn的含量過(guò)高會(huì)對(duì)石墨烯造成影響，因此選Mn0.1-0.15％。

Zn:Zn是保證焊縫耐觸性的重要添加元素，Zn也可在一定程度上提高焊縫的強(qiáng)度?，F(xiàn)有技術(shù)中Zn的加入量低于0.4％，則不能提供足以焊接接頭相當(dāng)?shù)某浞值哪臀g性。本發(fā)明采用加入In來(lái)提高焊料的潤(rùn)濕性和耐腐蝕性，因此Zn的含量過(guò)高會(huì)影響整體焊頭的強(qiáng)度，選擇Zn0.03-0.05％。

Ti:Ti是焊縫凝固過(guò)程中重要的晶拉細(xì)化劑，優(yōu)選：Ti0.08-0.12％。

Fe:Fe會(huì)在鑄造過(guò)程中形成A1-Fe-Mn化合物，從而限制Mn的有益作用。Fe含量超過(guò)0.5％會(huì)形成粗大的原生顆粒，從而降低本發(fā)明焊料合金焊接接頭的疲勞壽命.因此，F(xiàn)e的優(yōu)選含量范圍為0.10-0.20％

Si:Si會(huì)形成幾乎不能溶于A1-Mg合金，因此Si會(huì)限制Mg的有利作用，Si也會(huì)同F(xiàn)e組合形成粗大的A1FeSi顆拉，從而影響焊接結(jié)構(gòu)焊接接頭的疲勞壽命，為避免造成主要強(qiáng)化元素Mg作用的損失，Si含量必須保持在低于0.5％。優(yōu)選的Si0.1-0.2％。

Cr:Cr可提高合金的耐蝕性，因此，為避免形成粗大的初生相，選含量范圍為0.08-0.12％％。

Cu:Cu含量應(yīng)保持在低于0.25％,Cu含量超過(guò)0.25％會(huì)造成本發(fā)明焊料合金耐點(diǎn)蝕性的極大惡化。優(yōu)選的Cu含量0.01-0.05％。

In：In的熔點(diǎn)低，加入In可以降低焊料的熔化溫度，粘度降低，流動(dòng)性增強(qiáng)，提高焊料的潤(rùn)濕性。但是In的價(jià)格比較貴，加入過(guò)多，成本過(guò)高。并且本發(fā)明含有石墨烯增強(qiáng)骨料，過(guò)多的加入In，會(huì)造成其強(qiáng)度的下降。因此In的含量為0.1-0.2％。

石墨烯：石墨烯是一種增強(qiáng)材料，可以有效的增加焊料的強(qiáng)度和潤(rùn)濕性。并且石墨烯與Mg、Mn配合，可以有效的提高焊料的強(qiáng)度。但是石墨烯價(jià)格很貴，加入過(guò)多，成本過(guò)高，本發(fā)明采用0.01-0.015％，即可達(dá)到良好的強(qiáng)度。

本發(fā)明的鋁鎂合金焊料，通過(guò)優(yōu)化原料組成，添加In和石墨烯，有效的提高的焊料的強(qiáng)度和潤(rùn)濕性，使其具有良好的焊接性能。

本發(fā)明的焊料制備方法，采用超聲波預(yù)處理石墨烯，是使團(tuán)聚在一起的石墨烯均勻分散于酒精中。然后通過(guò)高能球磨使石墨烯與其他原料充分均勻混合，經(jīng)干燥后的焊料無(wú)粘連，采用擠壓成型為80-90MPa，保持時(shí)間為15-20min的成型工藝，在持續(xù)壓力作用下，模具中石墨烯與其它原料粉產(chǎn)生塑性流動(dòng)，這種流動(dòng)有助于釬料填滿粉體之間的縫隙和排除粉體之間的空氣，從而使復(fù)合釬料致密、微孔少。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

實(shí)施例1

一種鋁鎂合金焊料，按照重量百分比計(jì)，包括Mg5，Cr0.08，F(xiàn)e0.1，Si0.2，F(xiàn)e+Si＝0.3，Cu0.02，Zn0.03，Mn0.1，Ti0.08，In0.1，石墨烯0.01，余量為Al和不可避免雜質(zhì)。

其的制備方法，包括以下步驟：

(1)按照比例制備除石墨烯以外的原料的合金，將制備的合金粉碎至100-150目備用；

(2)將石墨烯加入酒精，用超聲處理，超聲波功率150W，頻率80kHz，時(shí)間2h；

(3)將超聲處理后的石墨烯酒精溶液和合金粉加入高能球磨機(jī)，150r/min,溫度150度，研磨10min；

(4)將研磨后的石墨烯和合金粉混合物烘干；

(5)烘干后的混合物放入磨具，擠壓成型，壓力80MPa，保持時(shí)間為15min；

(6)將成型后的混合粉在250度，燒結(jié)5h，既得鋁鎂合金焊料。

實(shí)施例2

一種鋁鎂合金焊料，按照重量百分比計(jì)，包括Mg5.5，Cr0.10，F(xiàn)e0.15，Si0.15，F(xiàn)e+Si＝0.3，Cu0.01，Zn0.04，Mn0.15，Ti0.10，In0.15，石墨烯0.015，余量為Al和不可避免雜質(zhì)。

其的制備方法，包括以下步驟：

(1)按照比例制備除石墨烯以外的原料的合金，將制備的合金粉碎至100-150目備用；

(2)將石墨烯加入酒精，用超聲處理，超聲波功率180W，頻率90kHz，時(shí)間2.5h；

(3)將超聲處理后的石墨烯酒精溶液和合金粉加入高能球磨機(jī)，180r/min,溫度180度，研磨12min；

(4)將研磨后的石墨烯和合金粉混合物烘干；

(5)烘干后的混合物放入磨具，擠壓成型，壓力85MPa，保持時(shí)間為18min；

(6)將成型后的混合粉在280度，燒結(jié)4h，既得鋁鎂合金焊料。

實(shí)施例3

一種鋁鎂合金焊料，按照重量百分比計(jì)，包括Mg6，Cr0.12，F(xiàn)e0.2，Si0.1，F(xiàn)e+Si＝0.3，Cu0.05，Zn0.05，Mn0.12，Ti0.12，In0.2，石墨烯0.012，余量為Al和不可避免雜質(zhì)。

其的制備方法，包括以下步驟：

(1)按照比例制備除石墨烯以外的原料的合金，將制備的合金粉碎至100-150目備用；

(2)將石墨烯加入酒精，用超聲處理，超聲波功率200W，頻率100kHz，時(shí)間3h；

(3)將超聲處理后的石墨烯酒精溶液和合金粉加入高能球磨機(jī)，200r/min,溫度200度，研磨15min；

(4)將研磨后的石墨烯和合金粉混合物烘干；

(5)烘干后的混合物放入磨具，擠壓成型，壓力90MPa，保持時(shí)間為20min；

(6)將成型后的混合粉在300度，燒結(jié)3h，既得鋁鎂合金焊料。

實(shí)施例4

一種鋁鎂合金焊料，按照重量百分比計(jì)，包括Mg5，Cr0.11，F(xiàn)e0.2，Si0.1，F(xiàn)e+Si＝0.3，Cu0.03，Zn0.05，Mn0.13，Ti0.09，In0.15，石墨烯0.012，余量為Al和不可避免雜質(zhì)。其制備方法與實(shí)施例1一樣。

實(shí)施例5

一種鋁鎂合金焊料，按照重量百分比計(jì)，包括Mg5，Cr0.1，F(xiàn)e0.1，Si0.2，F(xiàn)e+Si＝0.3，Cu0.04，Zn0.05，Mn0.14，Ti0.11，In0.1，石墨烯0.01，余量為Al和不可避免雜質(zhì)。其制備方法與實(shí)施例1一樣。

對(duì)比例1

與實(shí)施例5基本相同，不同點(diǎn)在于：一種鋁鎂合金焊料，按照重量百分比計(jì)，包括Mg5，Cr0.1，F(xiàn)e0.1，Si0.2，F(xiàn)e+Si＝0.3，Cu0.04，Zn0.05，Mn0.14，Ti0.11，In0.1，余量為Al和不可避免雜質(zhì)。

對(duì)比例2

與實(shí)施例5基本相同，不同點(diǎn)在于：一種鋁鎂合金焊料，按照重量百分比計(jì)，包括Mg5，Cr0.1，F(xiàn)e0.1，Si0.2，F(xiàn)e+Si＝0.3，Cu0.04，Zn0.05，Mn0.14，Ti0.11，石墨烯0.01，余量為Al和不可避免雜質(zhì)。

對(duì)比例3

與實(shí)施例5基本相同，不同點(diǎn)在于：一種鋁鎂合金焊料，按照重量百分比計(jì)，一種鋁鎂合金焊料，按照重量百分比計(jì)，包括Mg5，Cr0.1，F(xiàn)e0.1，Si0.2，F(xiàn)e+Si＝0.3，Cu0.04，Zn0.05，Mn0.14，Ti0.11，In0.08，石墨烯0.08，余量為Al和不可避免雜質(zhì)。

對(duì)比例4

與實(shí)施例5基本相同，不同點(diǎn)在于：一種鋁鎂合金焊料，按照重量百分比計(jì)，一種鋁鎂合金焊料，按照重量百分比計(jì)，包括Mg5，Cr0.1，F(xiàn)e0.1，Si0.2，F(xiàn)e+Si＝0.3，Cu0.04，Zn0.05，Mn0.14，Ti0.11，In0.25，石墨烯0.018，余量為Al和不可避免雜質(zhì)。

使用SAT-5100可焊性測(cè)試儀測(cè)試焊料的潤(rùn)濕性，浸入深度2mm，浸漬速度5mm/s，浸漬時(shí)間10s。鋪展性測(cè)試：根據(jù)日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JIS-Z3197測(cè)試焊料的鋪展，按照GB/T 11363-2008測(cè)定其剪切強(qiáng)度，具體結(jié)果見(jiàn)下表。

測(cè)定各個(gè)實(shí)施例和對(duì)比例的潤(rùn)濕角，剪切強(qiáng)度，具體見(jiàn)下表。

由上表可知，本發(fā)明的焊料具有優(yōu)良的潤(rùn)濕性和剪切強(qiáng)度，它們主要是由In和石墨烯相互協(xié)同作用的結(jié)果，單獨(dú)調(diào)高一個(gè)成分會(huì)造成其性能較大變化。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。