發(fā)明涉及鎂合金，具體涉及一種新型高強(qiáng)高導(dǎo)熱鎂合金材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、近年來，集成電路上電子元件的密度越來越高，導(dǎo)致元件在單位時(shí)間和單位面積上釋放的熱量越來越多，極大地制約了3c領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展。因此，3c散熱部件逐漸得到發(fā)展。然而，熱導(dǎo)率并不是當(dāng)今制造3c散熱部件的唯一要求；節(jié)能降重的時(shí)代大趨勢要求散熱件需要使用密度較低的材料，這樣散熱件就可以在具有更輕的質(zhì)量的同時(shí)，擁有足夠的散熱能力。而mg作為最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，具有良好的熱導(dǎo)率，這使其具有成為制造散熱元件原材料的巨大潛力。

2、在授權(quán)公告號(hào)為cn105463280b的中國發(fā)明中公開了一種具有高熱導(dǎo)率的鎂合金及其制備方法，其通過添加特定含量和組分的稀土元素和其它合金元素，使得該鎂合金在具備傳統(tǒng)鎂合金的強(qiáng)度之外，還提高了鎂合金的熱導(dǎo)率；但是上述專利與現(xiàn)有大多數(shù)研究一樣，對(duì)導(dǎo)熱鎂合金的研究往往集中在高熱導(dǎo)率上，卻并沒有在導(dǎo)熱性能與力學(xué)性能之間進(jìn)行權(quán)衡，難以滿足制造散熱部件的強(qiáng)度要求；而對(duì)于少數(shù)能夠兼顧導(dǎo)熱性能與力學(xué)性能的鎂合金的研究，其最終得到的鎂合金的導(dǎo)熱性能與力學(xué)性能并不優(yōu)異。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中所存在的不足，發(fā)明提供了一種新型高強(qiáng)高導(dǎo)熱鎂合金材料及其制備方法，其解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的鎂合金不能同時(shí)兼顧良好的導(dǎo)熱性能與力學(xué)性能的問題。

2、一種新型高強(qiáng)高導(dǎo)熱鎂合金材料，按質(zhì)量百分比計(jì)算，包括以下組分：zn0.8-4.4％，cu0.1-0.3％，ca0.1-0.3％以及zr0.3-0.5％，余量為mg和不可避免的雜質(zhì)。

3、本發(fā)明還提供了一種新型高強(qiáng)高導(dǎo)熱鎂合金材料的制備方法，包括以下步驟：

4、s1.按照配比準(zhǔn)備原料；

5、s2.配置精煉劑，隨后將s1中準(zhǔn)備好的原料按序熔化后靜置一段時(shí)間，然后與精煉劑混合，得到mg合金熔體，并將mg合金熔體溫度控制在特定范圍內(nèi)；

6、s3.將s2中的mg合金熔體澆鑄到金屬模具中，在mg合金熔體凝固后取出并緩慢浸入水中，冷卻后獲得mg合金鑄錠；

7、s4.將s3制得的mg合金鑄錠在特定溫度下保溫一段時(shí)間，隨后緩慢浸入水中冷卻，得到t4態(tài)的mg合金鑄錠；

8、s5.將s4中得到的t4態(tài)的mg合金鑄錠在特定溫度下保溫一段時(shí)間后進(jìn)行空冷，獲得t6態(tài)的mg合金鑄錠，即所述鎂合金材料。

9、優(yōu)選地，步驟s1中，所述各原料分別以純mg、純zn、純cu、mg-30wt.％zr以及mg-25wt.％ca的方式加入，上述五種原料需要先在200℃下保溫30min。

10、優(yōu)選地，步驟s2中，五種原料熔化并與精煉劑混合的步驟具體為：

11、s21.將純mg和純cu在400℃下保溫至少30min后，升溫至720℃-750℃進(jìn)行熔化，隨后保溫20-40min，該過程中采用co2:sf6＝99:1的混合氣體作為保護(hù)氣，氣體流量為2l/min；

12、s22.將純zn、mg-30wt.％zr和mg-25wt.％ca加入步驟s21的熔體中，并持續(xù)攪拌1-3min，得到mg合金熔體，然后對(duì)該mg合金熔體在720-750℃下保溫30min；

13、s23.將精煉劑加入到步驟s22得到的mg合金熔體中，攪拌1-3min后保溫30min；

14、s24.將s23中與精煉劑混合完成的mg合金熔體經(jīng)過700-720℃以及685-700℃兩次降溫后備用。

15、優(yōu)選地，步驟s2中，所述精煉劑以mgcl2:kcl:bacl2:caf2:nacl:cacl2:mgo＝85:72:14:10:8:8:3進(jìn)行配置，用量為mg合金熔體質(zhì)量的1％。

16、優(yōu)選地，步驟s3中，澆鑄前金屬模具需要在200℃保溫30min以上，并在空氣中冷卻至室溫。

17、優(yōu)選地，步驟s3中，澆鑄過程中使用采用co2:sf6＝99:1的混合氣體作為保護(hù)氣，氣體流量為2l/min，并持續(xù)對(duì)mg合金熔體進(jìn)行吹掃。

18、優(yōu)選地，步驟s4中，所述mg合金鑄錠在450-500℃下保溫5-360min。

19、優(yōu)選地，步驟s4中，在保溫過程中，使用碳粉包裹mg合金鑄錠。

20、優(yōu)選地，步驟s5中，所述t4態(tài)的mg合金鑄錠在150-250℃下保溫6-8h。

21、相比于現(xiàn)有技術(shù)，發(fā)明具有如下有益效果：

22、1、本發(fā)明采用在低添加量時(shí)具有優(yōu)異的強(qiáng)化效果且不明顯降低熱導(dǎo)率的元素cu、ca、zr，并加入了zn對(duì)mg合金進(jìn)行設(shè)計(jì)，使得到的合金具有更優(yōu)異的導(dǎo)熱和力學(xué)的綜合性能：通過合理的成分調(diào)控，合金元素間會(huì)互相促進(jìn)析出，能夠形成α-mg、mg(zn,cu)2和ca2mg6zn3構(gòu)成的結(jié)構(gòu)，使基體中的合金元素互相消耗，達(dá)到顯著提升力學(xué)性能的同時(shí)不明顯惡化導(dǎo)熱性能的目的，克服了強(qiáng)度和熱導(dǎo)率之間的倒置關(guān)系，遠(yuǎn)高于現(xiàn)有技術(shù)中絕大多數(shù)高強(qiáng)高導(dǎo)熱mg合金的性能。

23、2、本發(fā)明在澆鑄后，再次對(duì)mg合金鑄錠進(jìn)行固溶和時(shí)效處理，在固溶過程中，mg合金中能夠形成具有固溶強(qiáng)化作用的固溶結(jié)構(gòu)，能夠有效提高mg合金的塑性和韌性，也能夠消除合金中的晶間脆性，并提高抗蠕變性能，同時(shí)還能消除金屬材料冷變形后的組織和性能不均勻性；而在固溶后采用時(shí)效處理，則能極大的提高合金材料的硬度；從而使得mg合金能夠兼具優(yōu)異的力學(xué)性能和導(dǎo)熱性能。

24、3、本發(fā)明選用的是常見的金屬元素，具有低成本的價(jià)格優(yōu)勢，便于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，同時(shí)，本發(fā)明的制備方法采用金屬型重力鑄造與熱處理相結(jié)合的方式，簡便易行，適合工業(yè)化生產(chǎn)。

25、發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征將部分通過下面的說明體現(xiàn)，部分還將通過對(duì)發(fā)明的研究和實(shí)踐而為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。

技術(shù)特征：

1.一種新型高強(qiáng)高導(dǎo)熱鎂合金材料，其特征在于，按質(zhì)量百分比計(jì)算，包括以下組分：zn0.8-4.4％，cu0.1-0.3％，ca0.1-0.3％以及zr0.3-0.5％，余量為mg和不可避免的雜質(zhì)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型高強(qiáng)高導(dǎo)熱鎂合金材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種新型高強(qiáng)高導(dǎo)熱鎂合金材料的制備方法，其特征在于，步驟s1中，各原料分別以純mg、純zn、純cu、mg-30wt.％zr以及mg-25wt.％ca的方式加入，上述五種原料需要先在200℃下保溫30min。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種新型高強(qiáng)高導(dǎo)熱鎂合金材料的制備方法，其特征在于，步驟s2中，五種原料熔化并與精煉劑混合的步驟具體為：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種新型高強(qiáng)高導(dǎo)熱鎂合金材料的制備方法，其特征在于，步驟s2中，所述精煉劑以mgcl2:kcl:bacl2:caf2:nacl:cacl2:mgo＝85:72:14:10:8:8:3進(jìn)行配置，用量為mg合金熔體質(zhì)量的1％。

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種新型高強(qiáng)高導(dǎo)熱鎂合金材料的制備方法，其特征在于，步驟s3中，澆鑄前金屬模具需要在200℃保溫30min以上，并在空氣中冷卻至室溫。

7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種新型高強(qiáng)高導(dǎo)熱鎂合金材料的制備方法，其特征在于，步驟s3中，澆鑄過程中使用采用co2:sf6＝99:1的混合氣體作為保護(hù)氣，氣體流量為2l/min，并持續(xù)對(duì)mg合金熔體進(jìn)行吹掃。

8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種新型高強(qiáng)高導(dǎo)熱鎂合金材料的制備方法，其特征在于，步驟s4中，所述mg合金鑄錠在450-500℃下保溫5-360min。

9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種新型高強(qiáng)高導(dǎo)熱鎂合金材料的制備方法，其特征在于，步驟s4中，在保溫過程中，使用碳粉包裹mg合金鑄錠。

10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種新型高強(qiáng)高導(dǎo)熱鎂合金材料的制備方法，其特征在于，步驟s5中，所述t4態(tài)的mg合金鑄錠在150-250℃下保溫6-28h。

技術(shù)總結(jié)
一種新型高強(qiáng)高導(dǎo)熱鎂合金材料，按質(zhì)量百分比計(jì)算，包括以下組分：Zn0.8?4.4％，Cu0.1?0.3％，Ca0.1?0.3％以及Zr0.3?0.5％，余量為Mg和不可避免的雜質(zhì)；同時(shí)還提供了制備方法，包括以下步驟：S1.按照配比準(zhǔn)備原料；S2.配置精煉劑，隨后將S1中準(zhǔn)備好的原料按序熔化后靜置一段時(shí)間，然后與精煉劑混合，得到Mg合金熔體，并將Mg合金熔體溫度控制在特定范圍內(nèi)；S3.將S2中的Mg合金熔體澆鑄到金屬模具中，在Mg合金熔體凝固后取出并緩慢浸入水中，冷卻后獲得Mg合金鑄錠；S4.將S3制得的Mg合金鑄錠在特定溫度下保溫一段時(shí)間，隨后緩慢浸入水中冷卻，得到T4態(tài)的Mg合金鑄錠；S5.將S4中得到的T4態(tài)的Mg合金鑄錠在特定溫度下保溫一段時(shí)間后進(jìn)行空冷，獲得T6態(tài)的Mg合金鑄錠，即所述鎂合金材料。

技術(shù)研發(fā)人員：譚軍,呂顥,劉繼江,王芳磊,袁倩,尚琦,吳國志,吳量,湯愛濤,潘復(fù)生
受保護(hù)的技術(shù)使用者：重慶大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10