一種新型高導熱壓鑄稀土鎂合金及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種導熱率高耐腐蝕性好，且適合高壓鑄造的鎂合金及其制備方法， 屬于金屬材料領域。
【背景技術】
[0002] 航空航天、汽車和3C產(chǎn)品上使用的散熱材料不僅要求具有良好的導熱性能，而且 要求密度低、強度高。室溫下（20°C)純鎂的導熱系數(shù)是156WAm*K)，鎂進行合金化后， 其強度大幅度提高，導熱系數(shù)隨加入的合金元素不同，其降低程度也略不同，總體呈下降趨 勢。商用鎂合金Mg-Al系AZ91、AM60B、AZ80綜合性能良好得到廣泛運用，但其室溫（20°C) 熱導率小于61W. (m. ?'WE系具有優(yōu)良的力學性能，能進行壓鑄生產(chǎn)，然而WE43、WE91、 EW75其20°C室溫熱導率均小于51W. (m.K)、常見的Mg-Zn系，如ZK60、ZE41A、ZC63A 的室溫熱導率（20°C)均大于100W. (m.K)4，表明Mg-Zn系中的Zn元素對純Mg的熱導 率影響較緩。而Zn與Mg具有相同的hep結構，具有很強的時效析出效果，但Mg-Zn系凝固 區(qū)間大、晶粒粗大，加工過程中易開裂，用于壓鑄的Mg-Zn合金幾乎沒有。
[0003] 含鋅、稀土的鎂合金ZE41，其抗拉強度為205MPa、20°C時的導熱系數(shù)為123. 1 W(m.K) ―1;CN101709418A(-種導熱鎂合金及其制備方法）中含鋅、硅的鎂合金，其抗拉 強度為265-380MPa、20°C時的導熱系數(shù)大于100W. (mir1 ;CN101709418中添加RE，其 導熱率并沒有受嚴重影響，而RE合金因為其出色的熔體凈化效果及良好的壓鑄成型性，使 得Mg-RE-Zn合金成為高導熱壓鑄鎂合金研宄的首選目標。
[0004]Mg-Sm壓鑄鎂合金與常用商用鎂合金AZ91相比，一個很大問題是其耐腐蝕性能 差。其中雜質(zhì)元素Ni\Co\Fe\Cu為其重要的影響因素?？紤]添加適量的Mn元素能將雜質(zhì) 元素置換，增加熔體的純凈度，從而提高Mg-Sm合金的耐腐蝕性。Mn價格低廉，不僅能置換 雜質(zhì)，還能起到晶粒細化的效果，尤其是在變形加工過程中，其對晶粒細化的效果優(yōu)于傳統(tǒng) 的Mg-RE系細化劑Zr。故可以嘗試在Mg-Sm系合金中應耐腐蝕與力學性能的要求添加Mn。
[0005]專利CN102586662A指出，Mg-(1. 5-3wt. %)La- (0? 2-0. 6wt.%)Mn-(0? 5-1. 5wt. %) Zn可以用于壓鑄生產(chǎn)，室溫熱導率可能大于100W. (m.K) _1;而CN102312144A也是一 種Mg-RE-Mn系合金，這里它將添加元素Zn用Ca取代，將稀土La元素擴充，并將稀土和錳元 素的權利要求范圍擴大到l〇wt. %。該合金主要是針對生物植入應用件開發(fā)。此外，去掉RE 元素的添加專利CN101392344A所代表的Mg-Zn-Mn-Ca系因其良好的生物相容性也被應用 與醫(yī)藥材料中。類似的專利還有CN101503764A與CN101629260A，他們同屬于Mg-Zn-Mn-Ca 系，僅僅是所述權利中各元素配比范圍不同?？梢姡琈g-Mn系性能優(yōu)良，用途廣泛，不僅可以 用于高導熱的壓鑄件中，也可用于生物醫(yī)藥材料。
[0006] 本發(fā)明專利的思想是將Mg-Mn系與Mg-Sm系的優(yōu)點結合，據(jù)應用需求添加適量具 有強烈時效效果，且對熱導率下降影響甚微的Zn元素，來開發(fā)具有高導熱、耐腐蝕、綜合性 能良好的可壓鑄鎂合金。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] L本發(fā)明的目的 本發(fā)明的目的是提供一種導熱率和比強度高、且耐腐蝕的鎂合金，該鎂合金材料在 20°C條件下，時效后導熱率大于lOOWAm?K)，壓鑄鑄錠抗拉強度為120 - 140MPa，屈服強 度大于lOOMPa，延伸率大于2%，可用作電子器件的散熱系統(tǒng)結構材料及抗腐蝕與高導熱適 用場合。
[0008] 本發(fā)明的另一個目的是提供一種導熱率和強度都比較高且耐腐蝕的鎂合金的制 備方法。
[0009] 2?本發(fā)明采用的技術方案 一種新型高導熱壓鑄稀土鎂合金，該鎂合金的成分含量為：Sm的含量為1. 5 - 6wt. %，Mn的含量為0. 4 - 2. 5wt. %，Zn的含量為0. 001 - 0. 5wt. %，其余為Mg和不可避免的雜 質(zhì)兀素。
[0010] 在本發(fā)明的新型高導熱壓鑄稀土鎂合金中，所述的Sm的含量優(yōu)選為為1. 5 - 6wt. %〇
[0011] 在本發(fā)明的新型高導熱壓鑄稀土鎂合金中，所述的Mn的含量優(yōu)選為0.4 - 2. 5wt. %〇
[0012] 在本發(fā)明的新型高導熱壓鑄稀土鎂合金中，所述的Zn的含量優(yōu)選為0.001 - 0. 5wt. %〇
[0013] 在本發(fā)明的新型高導熱壓鑄稀土鎂合金中，其余含量為Mg及其它不可避免的雜 質(zhì)兀素。
[0014] 一種制備本發(fā)明的新型高導熱壓鑄稀土鎂合金的方法，該方法包括下述步驟： (1)按產(chǎn)品所需性能合理確定是否以Mg-Sm-Mn為基加入Zn生成Mg-Sm-Mn多元鎂合 金。以純鎂錠作為鎂合金中的鎂元素的原料，以Mg-Sm中間合金作為鎂合金中稀土元素的 原料，以Mg-Mn中間合金或純Mn粉或MnCl2作為鎂合金中錳元素的原料，以純Zn錠作為鎂 合金中鋅元素的原料，上述鎂合金成分按確定的多元鎂合金中所需元素考慮燒損后，按照 重量百分比稱取相應的原料； (2) 將全部純鎂錠放進井式電阻坩堝爐中，在保護氣體SFjPN2下完全熔化，將鎂熔液 溫度控制在700 - 780°C之間； (3) 鎂液溫度升至700°C以上，將稱量好的Mg-Mn中間合金單獨或與Mg-Mn中間合金一 道在預熱爐中預熱到適宜溫度后加入鎂熔液中，保溫直中間合金全部熔化，或在加入預熱 后的Mg-Mn中間合金的同時加入Mn粉或者MnCl2恪劑； (4) 將稱量好的Mg-Sm中間合金單獨或與其它所需元素的中間合金一起在預熱爐中預 熱到適宜溫度。鎂液溫度升至710°C以上，分別將預熱后的原材料加入鎂熔液中，保溫直至 各合金原料全部熔化； (5) 鎂液溫度升至730°C以上，開始加入鎂合金專用精煉劑進行精煉，精煉過程中，精 煉勺浸入鎂合金液的2/3處，激烈的由上至下攪拌合金液直至液面出現(xiàn)鏡面光澤為止。在 攪拌中，不斷地往合金液面上撒精煉熔劑。精煉完畢，清除液面上的溶劑和浮渣，再輕輕撒 上一層覆蓋劑。溫度降至在730°C靜置使夾雜充分上浮或下沉，進行扒渣； (6) 溫度調(diào)至合適溫度，將鎂合金熔液澆注到充分預熱過的金屬型鑄造模具中凝固成 鑄件；或?qū)㈡V合金熔液澆注到壓鑄機中進行高壓鑄造或者低壓鑄造生產(chǎn)壓鑄件；或進行擠 壓生產(chǎn)；或進行軋制、鍛造。
[0015] 制備本發(fā)明的新型高導熱壓鑄稀土鎂合金的方法包括有熔煉過程和壓鑄過程以 及變形處理。其中，高壓鑄造過程：采用壓鑄機對熔煉好的高導熱耐腐蝕鎂合金進行高壓鑄 造。低壓鑄造過程：采用低壓鑄造機對熔煉后的熔液進行低壓鑄造。變形處理：利用擠壓設 備進行擠壓生產(chǎn)，或利用軋制設備進行軋制，利用鍛造設備進行鍛造。
[0016] 一種制備本發(fā)明的新型高導熱壓鑄稀土鎂合金的方法，其中，熔煉過程和本發(fā)明 的高導熱耐腐蝕鎂合金的方法的步驟（1)-(5)相同，故省略。高壓鑄造、擠壓、鍛造、乳制過 程步驟分別為（7)、（8)、（9)、（10)。
[0017] (7)將精煉好的高導熱耐腐蝕鎂合金溫度調(diào)至適宜溫度，通過模溫機將壓鑄金屬 模具的溫度調(diào)至160度以上，調(diào)整低速速度到合適，高速速度為2 - 10m/s，分型面鑄造壓 力為60 -lOOMPa。將高導熱耐腐蝕鎂合金液澆入壓射嘴，根據(jù)模具產(chǎn)品的體積大小確定每 次的澆注量，然后進行壓射，獲得高導熱耐腐蝕鎂合金壓鑄件。
[0018] (8)將所得鑄錠在350-420°C進行2-24h均勻化退火。退火后切掉表明氧化部分 后進行擠壓。設定擠壓速度為〇. 1-0. 6mm/s，擠壓比控制在14:1-30:1之間，擠壓結束后立 刻水淬。
[0019] (9)將所得鑄錠或擠壓后的棒材鍛造前去掉表明氧化皮，加熱至320-370°C適當保 溫后(保溫時間視坯料的重量而定，一般為l_3min.mm3進行等溫鍛，鍛造變形量為每道次 25-80%之間。模具預熱溫度控制在250-300°C間均勻噴涂油劑石墨或其它潤滑劑。鍛后直 接水淬。
[0020] (10)將鑄坯均勻化熱處理（380-420°C，l-4h)，將帶有加熱裝置的軋機軋輥預熱到 150°C以上噴涂潤滑劑，乳制過程中將軋輥溫度維持在200-250°C，視成分而定將軋制加熱 溫度控制在320-370°C間進行軋制，單道次變形量為10-25%。熱軋頭道次速率為0. 1-0. 5m/ s，最后幾道次軋制速度控制在0. 8-2. 5m/s范圍內(nèi)。
[0021] 3.本發(fā)明的有益效果。
[0022] 本發(fā)明的優(yōu)點是：該高導熱耐腐蝕鎂合金材料在20°C條件下，時效后導熱率大于 lOOWAm?!()，壓鑄鑄錠抗拉強度為120 - 140MPa，屈服強度大于lOOMPa，延伸率大于2%，可 用作電子器件的散熱系統(tǒng)結構材料及抗腐蝕與高導熱適用場合。
[0023] 本發(fā)明的另外一個優(yōu)點是：該高導熱耐腐蝕鎂合金成型簡單，可以壓鑄生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0024] 圖1是1Mg-3Sm-0. 2Zn-0. 5Mn: (a)壓鑄件外觀（b)壓鑄件（c)拉伸曲線（d)金 相。
[0025]圖 2 本發(fā)明的Mg-3Sm-0. 2Zn-0. 5Mn(25。0 熱容。
[0026]圖 3 本發(fā)明的Mg-3Sm-0. 2Zn-0. 5Mn(25°C)熱擴散系數(shù)。
[0027]
【具體實施方式】
[0028] 以下為發(fā)明的【具體實施方式】。實施方式中所做的示例，僅作為范例，本發(fā)明所涉及 的保護對象，不局限于范例，包含一切按權利要求書中所配置的合金成分及所闡明的加工 方法。
[0029] 實施例1:25公斤Mg-3Sm-0. 2Zn-0. 5Mn新型高導熱壓鑄稀土鎂合金（即該鎂合金 的成分含量為：3wt. %Sm, 0. 2wt. %Zn, 0. 5wt. %Mn，余量為Mg和其他不可避免雜質(zhì)元素）及其 壓鑄零件制備方法。
[0030] 1、備料：按照重量百分比考慮適宜燒損率備料，對Mg-30wt. %Mn中間合金、 Mg-25wt%Sm中間合金進行預熱。中間合金的純度為99. 9wt. %，除Sm元素和不可避免的雜 質(zhì)外其它元素為純Mg; 2、 純