我国是世界上镁矿资源最丰富的国家之一,镁资源储量占全球总储量的22.5%。镁及镁合金是目前工业应用中最轻的结构材料,具有优良的导热导电性、阻尼减震性、电磁屏蔽性、以及较高的比强度、比刚度和较好的加工性能,广泛应用于航空航天、汽车、通信及家电等行业。镁合金可用各种方法焊接。对于复杂结构件及精密电子电器件的连接多采用钎焊方法。镁合金钎焊时,一方面,镁具有密排六方晶体结构,决定了其塑性变形能力较差。另一方面,镁合金钎焊过程中极易产生氧化和夹杂,导致镁合金钎焊接头力学性能普遍不高。因此,通过在钎料和钎焊接头中获得杂质含量少、细晶粒的显微组织,对于进一步提高镁合金钎焊接头的力学性能,对于镁合金精密连接广泛应用具有重要意义。本文制备了含Er的Mg-Zn-Al系镁合金钎料,并对钎料进行超声处理,对比分析了超声处理前后夹杂物形貌及显微组织。通过模拟超声波振动辅助钎焊加热过程,研究了含Er的Mg-Zn-Al系钎料在不同温度下的氧化行为。探讨了超声振动作用下氧化膜破碎及液态钎料填缝的机理。研究了超声振动辅助钎焊AZ31B镁合金焊接接头的微观组织及强化机理。主要研究内容如下:基于Mg-Zn-Al三元合金相图E4共晶点成分,制备了含稀土元素Er的Mg-Zn-Al钎料。通过测试钎料熔化区间及钎料力学性能,确定钎料中的Mg含量约为53%,Er含量约为0.3%。通过显微组织观察,结合Mg-Zn和Al-Er二元合金相图,分析了Mg-Zn-Al钎料的显微组织及Er的作用规律。Mg-Zn-Al钎料的显微组织为初晶α-Mg和平衡态的初生α-Mg+Mg-Zn共晶相、α-Mg+Mg-Zn共析组织及伪共晶α-Mg+Mg-Zn组织。Er在Mg-Zn-Al钎料中主要有3种存在形式,分别是Er固溶在基体中,形成初生的Al3Er相及形成Al+Al3Er离异共晶相。初生的Al3Er相分布在钎料的晶界和晶内,起到细化晶粒的作用。提出了一种超声处理液态钎料制备Mg-Zn-Al钎料的新方法,即对所制备钎料采用不同超声处理工艺进行处理,以去除钎料中的夹杂物及细化钎料晶粒。对钎料铸锭不同部位夹杂物进行微观形貌观察和统计分析,发现钎料中间层夹杂物含量最低,MgO夹杂的尺寸主要以0.3-0.6μm为主。经超声处理后,大颗粒的MgO复合夹杂物和镁基金属夹杂物可沉降于钎料的底部,达到了净化钎料的目的。通过计算超声声强在液态钎料中的衰减及对钎料中的夹杂物作受力分析,揭示了超声波去除夹杂物的机理。采用不同超声功率、超声处理时间对液态钎料进行超声处理,发现超声空化作用可以破碎初生α-Mg相,使α-Mg相平均晶粒尺寸仅为未经超声处理的73%左右,超声产生高温效应可使Al3Er相尖角钝化,并使之弥散分布于钎料之中,起到细化晶粒效果。结合超声声场理论分析了超声处理参数对钎料显微组织的影响,揭示了超声细化Mg-Zn-Al钎料的机理。模拟超声振动辅助钎焊在大气中连续加热镁合金基体及钎料的过程,研究了Mg-Zn-Al钎料在不同温度下的氧化行为。对不同温度下钎料表面结构进行剖析,通过比较沿钎料横截面氧含量的变化情况,将钎料表面的氧化膜结构分为外层和过渡层。基于氧化动力学,计算不同温度下钎料表面的氧化膜致密度,分析不同温度下钎料表面的氧化产物、氧化产物性质及温度对钎料表面氧化性能的影响,并建立了Mg-Zn-Al钎料在大气环境下的氧化模型。认为加热温度低于130℃时,钎料表面的氧化膜是一种保护性氧化膜,加热温度高于230℃时,钎料表面的氧化膜是一种非保护性氧化膜,高于此温度后,钎料表面氧化膜迅速增厚。为搞清超声波破碎钎料表面氧化膜的机理,研究了Mg-Zn-Al钎料在超声作用下在AZ31镁合金基体上的铺展与润湿行为。通过与钎剂条件下钎料的铺展与润湿行为作对比,发现在超声作用下,液态Mg-Zn-Al钎料瞬间受迫铺展,超声波在液态钎料中产生的声空化作用可以破碎基体表面的氧化膜和基体表层结构,使Mg-Zn-Al液态钎料与基体发生润湿,其铺展与润湿是一种先铺展后润湿的行为。采用Mg-Zn-Al钎料超声振动辅助钎焊AZ31B镁合金时,超声去除氧化膜的机理与超声作用下钎料铺展时破除氧化膜的机理相同。基于超声场基础理论,计算了超声场作用下液态钎料质点所承受的声压与声强。认为超声振动辅助钎焊AZ31B镁合金时,液态Mg-Zn-Al钎料填缝驱动力来自于液态钎料中质点所承受的声压,其值可高达106Pa,远大于毛细作用力产生的附加压强。超声作用下,液态钎料向搭接接头间隙方向传播的声强远大于向另一侧方向传播的声强。液态钎料将优先填充搭接接头的间隙。通过分析超声振动辅助钎焊接头中显微组织形貌及Er的存在形式及分布形态,对比钎料及炉中钎焊接头中的显微组织,揭示了超声处理液态钎料及含Er钎料超声波振动辅助钎焊AZ31B镁合金强化机理。超声钎焊后,钎焊接头中的α-Mg的最大尺寸达到28μm,部分晶粒发生长大。但在钎缝结晶过程中,α-Mg相将在液态钎缝中先于共晶相凝固析出,由于钎焊温度低,钎焊时间短,经超声处理钎料中颗粒状弥散分布的α-Mg相在接头中仍呈颗粒状弥散分布,阻止其周围Mg-Zn共晶相的长大,起到细化晶粒作用。细小弥散分布在钎焊接头中的Al3Er相主要分布于晶内和晶界,起到第二相强化作用。