一種中高溫環(huán)境下使用的高熱導(dǎo)率鎂合金及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于有色金屬材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種在中高溫環(huán)境下使用的高熱導(dǎo) 率、低成本的鎂合金及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鎂合金作為目前最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料得到了極大的關(guān)注，這主要是由于鎂合金具 有低密度、高比強(qiáng)度和比剛度、良好的電磁屏蔽性能和較高的熱導(dǎo)率。純鎂室溫下的熱導(dǎo)率 為158W/m*K，僅次于純銅和純鋁，使其在某些對(duì)材料力學(xué)性能和熱學(xué)性能同時(shí)要求的特殊 領(lǐng)域具有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?br>[0003] 近年來(lái)我國(guó)電子技術(shù)飛速發(fā)展，電子產(chǎn)業(yè)的高性能、微型化、集成化發(fā)展趨勢(shì)，使 得電子器件的總功率密度和發(fā)熱量大幅度增加，散熱問(wèn)題越來(lái)越突出。尤其是對(duì)減重要求 敏感的航空航天器件、便攜電器和通訊設(shè)備、交通工具等產(chǎn)品的散熱系統(tǒng)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)件，既 要求導(dǎo)熱性能、力學(xué)性能、生產(chǎn)加工性能優(yōu)良的輕質(zhì)材料。在鎂合金的實(shí)際應(yīng)用中，特別是 在較高的服役溫度下，散熱問(wèn)題成為一項(xiàng)關(guān)鍵的技術(shù)難題。例如，隨著大功率LED照明產(chǎn)業(yè) 的快速發(fā)展，芯片所產(chǎn)生的熱流密度急劇增加從而導(dǎo)致芯片的溫度升高，嚴(yán)重影響了產(chǎn)品 的使用壽命及出光效率。因此，散熱問(wèn)題是大功率LED發(fā)展應(yīng)用的瓶頸之一，為了使芯片的 溫度保持在安全范圍之內(nèi)，設(shè)計(jì)出同時(shí)兼具優(yōu)異的導(dǎo)熱性能和較高的力學(xué)性能的，適合在 中高溫環(huán)境下使用的高熱導(dǎo)率鎂合金，具有非常重要的研究和使用意義。
[0004] 現(xiàn)有的適合在中高溫環(huán)境下使用的鎂合金材料比如WE43、AZ91和AS21，其熱導(dǎo) 率分別為：51. 3W/m?K、45.lW/m?K，68W/m?K，都不能滿(mǎn)足航空航天中的電器電源、電子器 件、LED照明系統(tǒng)的散熱型材(工作溫度在90°C左右的中溫）以及發(fā)動(dòng)機(jī)外殼(工作溫度在 250°C左右的較高溫度）等散熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料對(duì)鎂合金導(dǎo)熱性能的要求。
[0005] 現(xiàn)有的研究報(bào)道和各國(guó)專(zhuān)利中亦未見(jiàn)到適合在中高溫環(huán)境下使用，室溫抗拉 強(qiáng)度大于300MPa，且高溫性能良好的高熱導(dǎo)率鎂合金。例如中國(guó)專(zhuān)利CN100575522C和 CN100513606C分別提出了導(dǎo)熱鎂合金及其制備方法，其化學(xué)成分：前者為1. 5~ll%Zn， 0.5~5%Cu，0.15~l%Mn，0.1~2.5%Ag，其余為Mg，后者為 2.5~ll%Zn，0.15~1.5%Zr， 0? 1~2. 5%Ag，0. 3~3. 5%Ce，0~l. 5%Nd，0~2. 5%La，0~0. 5%Pr其余為Mg。兩者都含有稀土和貴 金屬，成本較高，熱導(dǎo)率均大于120W/m?K，在室溫下也具有較好的強(qiáng)度，但是目前都沒(méi)有針 對(duì)在中高溫環(huán)境中的熱導(dǎo)率和力學(xué)性能的報(bào)道?？v觀現(xiàn)有鎂合金材料，還沒(méi)有適合在中高 溫環(huán)境下使用的能同時(shí)兼顧導(dǎo)熱性能、較高力學(xué)性能要求的鎂合金。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明的目的在于提供一種在中高溫環(huán)境下兼具 高熱導(dǎo)率和良好力學(xué)性能的鎂合金，解決現(xiàn)有鎂合金熱導(dǎo)率低，不能在中高溫條件下兼顧 導(dǎo)熱性能和力學(xué)性能的要求的缺陷。
[0007] 本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供中高溫環(huán)境下使用的高熱導(dǎo)率鎂合金的制備方法。
[0008] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案： 一種中高溫環(huán)境下使用的高熱導(dǎo)率鎂合金，該鎂合金的成分含量為：Mn的含量為： 0? 20~1. 20wt. %;Ce的含量為：0? 05~0. 85wt. %;不可避免雜質(zhì)彡 0? 15wt. %;其余為Mg。
[0009] 進(jìn)一步，該鎂合金的成分含量為：Mn的含量為：0.30~0. 95wt.%;Ce的含量為： 0? 15~0. 75wt. %;不可避免雜質(zhì)彡0? 15wt. %;其余為Mg。
[0010] 進(jìn)一步，該鎂合金的成分含量為：Mn的含量為：0. 53wt. % ;Ce的含量為： 0. 41wt. %;不可避免雜質(zhì)彡0. 15%;其余為Mg。
[0011] 一種中高溫環(huán)境下使用的高熱導(dǎo)率鎂合金的制備方法，包括以下步驟： (1) 以純鎂錠、鎂錳中間合金、鎂鈰中間合金為原料，按上述的高導(dǎo)耐熱鎂合金各成分 含量的重量百分比進(jìn)行計(jì)算配料； (2) 將全部純鎂錠放在低碳鋼的熔煉坩堝中，在C02+0. 5vol.%SF6混合氣體保護(hù)下使 其完全熔化，將鎂熔體溫度升溫到690°C~760°C，將熔液表面的浮渣清理干凈； (3) 將預(yù)熱爐升溫到300~400°C，將鎂錳中間合金和鎂鈰中間合金放入到預(yù)熱爐中預(yù)熱 至IJ300~400。。； (4) 將鎂熔體溫度升溫到800±20°C，將預(yù)熱到300~400°C的鎂錳中間合金緩慢地加入 到鎂熔體中，攪拌3~5分鐘，然后使熔體降溫； (5) 當(dāng)熔體降溫至750±20°C時(shí)，將預(yù)熱到300~400°C的鎂鈰中間合金緩慢地加入到已 經(jīng)完全熔化了的熔體中，攪拌3~5分鐘； (6) 將熔體的溫度控制在750± 10°C，撒入RJ-5號(hào)溶劑，充分?jǐn)嚢?~3分鐘，將熔體溫 度控制在750± 10°C，靜置40~60分鐘，完成精煉過(guò)程； (7) 將金屬型鑄造模具加熱到300~40(TC，并保溫2個(gè)小時(shí)以上備用； (8) 將鎂熔體降溫至690~720°C范圍，澆注到經(jīng)過(guò)充分預(yù)熱的金屬型鑄造模具中凝固成 鑄坯； (9) 將鑄坯進(jìn)行均勻化退火處理，隨爐升溫加熱到360~480°C后保溫4~24小時(shí)，出爐空 冷； (10) 采用擠壓、乳制方法，將合金熱變形加工成棒材、型材或板材的制品，其中熱變形 溫度范圍為300°C~550°C。
[0012] (11)將得到的制品進(jìn)行冷變形處理，變形量為5~20%。
[0013] (12)將制品進(jìn)行低溫時(shí)效處理，時(shí)效溫度為100~200°C，時(shí)效時(shí)間為0. 5~60h。
[0014] 本發(fā)明對(duì)比現(xiàn)有技術(shù)，具有以下顯著優(yōu)點(diǎn)： 1、本發(fā)明制備的中高溫環(huán)境下使用的高熱導(dǎo)率鎂合金的合金化元素僅有Mn和Ce，含 量較低，因而該鎂合金的成本較低，且仍保持較小的密度。
[0015] 2、導(dǎo)熱性能優(yōu)異。本發(fā)明制備的鎂合金在90°C和250°C工作條件下，該合金的熱 導(dǎo)率均大于130W/m*K。該鎂合金材料可用于LED散熱器、發(fā)動(dòng)機(jī)外殼等在較高溫度下工作 的材料，LED散熱器的工作溫度一般為90°C，發(fā)動(dòng)機(jī)外殼等更高溫度環(huán)境可達(dá)250°C以上。
[0016] 3、綜合性能優(yōu)異，兼具較高熱導(dǎo)率和強(qiáng)度。90°C和250°C下的熱導(dǎo)率均大于130W/ m*K，室溫條件下抗拉強(qiáng)度大于300MPa，90°C時(shí)抗拉強(qiáng)度大于240MPa，250°C時(shí)抗拉強(qiáng)度大 于 150MPa。
[0017]4、本發(fā)明提供的中高溫環(huán)境下使用的高熱導(dǎo)率鎂合金的制備方法，制備工藝簡(jiǎn) 單、可靠，容易控制，易于推廣應(yīng)用。
[0018]
【附圖說(shuō)明】： 圖1為本發(fā)明實(shí)例1中鎂合金材料的鑄態(tài)金相照片。
[0019] 圖2為本發(fā)明實(shí)例4中鎂合金材料的鑄態(tài)金相照片。
[0020]
【具體實(shí)施方式】： 下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)介紹。
[0021] 一、導(dǎo)熱鎂合金的成分： 一種中高溫環(huán)境下使用的高熱導(dǎo)率鎂合金，該鎂合金的成分含量為：Mn的含量為： 0? 20~1. 20wt. % ;Ce的含量為：0? 05~0. 85wt. % ;不可避免雜質(zhì)彡0? 15wt. % ;其余為Mg。所 述中高溫環(huán)境是指溫度分別為90°C和250°C的環(huán)境。
[0022] 根據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，合金的導(dǎo)熱性能與該合金中的固溶原子、晶界的體積分?jǐn)?shù)、第二相 的數(shù)量和形貌，以及第二相與基體的關(guān)系等密切相關(guān)。本發(fā)明設(shè)計(jì)新型的導(dǎo)熱鎂合金，為了 獲得較高的熱導(dǎo)率，采用多種成分和工藝調(diào)整控制措施，使得鎂合金基體中的固溶原子數(shù) 量控制在一定范圍，析出