一种导热镁合金及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种导热镁合金及其制备方法，该镁合金的成分含量为：Zn：0.8-3.0wt.%，Mn：0.25-0.48wt.%，Ce：0.05-1.0wt.%，不可避免杂质≤0.15wt.%，其余为Mg。其制备方法包括：以纯镁锭、纯锌锭、镁锰中间合金、镁铈中间合金为原料，将镁锭、锌锭、镁锰中间合金和镁铈中间合金熔化、合金化后制成坯锭，进行均匀化热处理，采用挤压、轧制等变形工艺加工成棒材、管材、线材、板材等。本发明专利技术的镁合金材料室温下热导率大于130W/m·K，其中，抗拉强度大于250MPa，屈服强度大于200MPa，延伸率大于20%。可以用作航空航天中的电源、电子器件以及LED散热型材等散热系统结构材料。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供，该镁合金的成分含量为：Zn：0.8-3.0wt.%，Mn：0.25-0.48wt.%，Ce：0.05-1.0wt.%，不可避免杂质≤0.15wt.%，其余为Mg。其制备方法包括：以纯镁锭、纯锌锭、镁锰中间合金、镁铈中间合金为原料，将镁锭、锌锭、镁锰中间合金和镁铈中间合金熔化、合金化后制成坯锭，进行均匀化热处理，采用挤压、轧制等变形工艺加工成棒材、管材、线材、板材等。本专利技术的镁合金材料室温下热导率大于130W/m·K，其中，抗拉强度大于250MPa，屈服强度大于200MPa，延伸率大于20%。可以用作航空航天中的电源、电子器件以及LED散热型材等散热系统结构材料。【专利说明】
本专利技术涉及，属于金属材料
。
技术介绍
随着现代工业日新月异的发展，对散热部件进行热管理开始成为目前面临解决的 技术难题。随着电子元器件及设备上半导体晶体管密度的不断增加，其体积功率密度因此 愈来愈高，发热量也不断增大，对电器元件和设备的散热能力提出了更高的要求。散热器的 散热能力主要取决于其合金材料和散热结构设计，在电器元件及设备空间确定，即散热器 结构确定的情况下，散热器所用合金的导热系数将对散热器的散热能力起到关键作用，开 发出高导热的合金用于电子元器件及电器设备的散热器制造，具有十分重要的意义。 镁合金作为目前最轻的金属结构材料得到了极大的关注，并逐步在民用与军工领 域得到了广泛的应用。在某些对材料的力学性能及导热性能同时有特别要求的领域，镁合 金因其具备较好的比强度、比刚度和良好的热传导性能，因而具有特殊的发展优势，如3C 产品的外壳、LED灯具的光源散热模组、汽车发动机外壳等。 在现有的镁合金材料中，热导率高的合金，如ZE41、QE22,其强度都小于265 MPa。 而强度较高的合金，比如AZ81、WE43,其热导率都小于55 W/m · K。常见的镁合金材料的热 导率为：AS21 :68 W/m · Κ，AM20 :97 W/m · K，Mg-Zn-Y :53 W/m · K，Mg-Zn-Gd :34 W/m · K， ZM51 :125 W/m · K，Mg-llY-5Gd-2Zn-0. 5Zr :23 W/m · K。因此有必要开发导热性能及力学 性能兼顾的专用导热镁合金材料。
技术实现思路
针对上述不足，本专利技术的目的在于提供一种力学性能较优且高热导率的变形镁合 金材料，并提供确定最优的导热镁合金的成分配比方法和制备方法。 为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案： 一种导热镁合金，该镁合金的成分含量为：Ζη :0. 8-3. 0 wt. %，Μη :0. 25-0. 48 wt. %，Ce : 0. 05-1. 0 wt. %，不可避免杂质彡0. 15 wt. %，其余为Mg。 作为上述方案的进一步优化，该镁合金的成分含量为：Zn :0. 9-2. 7 wt. %，Μη : 0· 3-0. 48 wt. %，Ce :0· 10-0. 80 wt. %，不可避免杂质彡(λ 15 wt. %，其余为 Mg。 作为上述方案的进一步优化，该镁合金的成分含量为：Zn :2. 02 wt. %，Μη :0. 41 wt. %，Ce :0· 41 wt. %，不可避免杂质< 0· 15 wt. %，其余为 Mg。 -种确定上述的导热镁合金的成分配比方法，其特征在于，包括以下步骤： (1) 依据所用纯镁材料的纯度，选定制备导热镁合金中所需添加 Μη的含量范围： 0· 25-0. 48 wt. %，对于Fe含量在30 ppm内的高纯镁，Μη含量取(λ 3±0· 05 wt. % ;对于Fe 含量范围在80 ppm?120 ppm之间的一级纯镁，Μη含量取(λ 48±0· 05 wt. % ; (2) 确定导热镁合金中Ce含量范围为0. 05-1. 0 wt. %，改变Ζη的含量来制备不同编号 的合金，获取热导率最好的合金，定义该合金的Ζη含量为最优Ζη含量； (3) 选用步骤（2)所得的最优Zn含量，改变合金中的Ce含量来制备不同编号的合金， 获取热导率最好的合金，定义该合金中Zn含量和Ce含量的质量比为Zn/Ce最佳质量配比； (4) 将（2)和（3)步骤中制备的所有的合金的热导率进行比较，统计热导率在130 W/ m · K以上的合金的Zn含量和Ce含量，得到Zn和Ce的优化含量范围； (5) 根据步骤（3)和（4)获得的Zn/Ce最佳质量配比与Zn和Ce的优化含量范围，配制 Zn和Ce含量在所述Zn、Ce的优化含量范围内变化，且Zn/Ce质量比为所述Zn/Ce最佳质 量配比的若干合金，从中选取热导率最高的合金的成分配比，即为上述优选的导热镁合金 的成分配比。 作为上述方案的进一步优化，所述Zn和Ce最佳质量配比Zn :Ce优选为5:1 ;所述 纯镁材料为纯度高于99. 95%的一级纯镁。 一种导热镁合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： (1) 以纯度高于99. 95%的一级纯镁、纯度高于99. 98%的纯锌锭、Μη含量小于4 wt. % 的镁锰中间合金、Ce含量小于35 wt. %的镁铈中间合金为原料，经机械打磨去除氧化皮后 备用；按照上述镁合金成分的重量百分比进行计算配料； (2) 将全部镁锭和纯锌锭放在熔化炉的低碳钢熔炼坩埚中，在C02+0. 5%SF6气体保护 下使其完全熔化，待镁熔体温度升至750±20°C时，将预热到300-400°C的镁铈中间合金缓 慢地加入，搅拌，打渣后升温； (3) 待镁熔体温度升温到800-820°C时，将预热到300-400°C的镁锰中间合金缓慢地加 入镁熔体中，搅拌3-5分钟使其的充分溶解，然后使熔体降温； (4) 当镁熔体降温至740± 10°C时，搅拌打渣，撒入5号溶剂作为精炼剂并充分搅拌；将 熔体温度控制在750± 10°C，静置45-60分钟，完成精炼过程；随后将熔体降至720-690°C范 围进行浇注，采用金属型铸造模具，模温300-400°C ; (5) 将上述步骤所制备的铸坯需进行均匀化退火处理，其方法是将坯锭随炉升温，缓慢 加热到380-430°C范围，保温12-24小时，出炉空冷； (6) 根据高导热镁合金制品的形状，采用挤压、乳制和锻造方法，将合金加工成棒材、型 材、板材的各种制品，其适宜的热变形温度范围为320°C _430°C。 相比现有技术，本专利技术具有如下有益效果： 1、本专利技术镁合金配方基于以下考虑：低锌的镁锌锰合金是具有中等的强度和良好的 塑性，通过添加 Ce可以细化晶粒、提升力学性能。对于变形镁合金而言，因为室温下锰在 合金基体中的固溶度非常小，合金中锰的添加量对其热导率的影响不大。Μη主要是以锰 颗粒形式存在，并且Μη在镁中的主要作用是除去镁中的铁、硅等杂质元素，提高合金的耐 腐蚀性能，产生一定的第二相强化。通过其先行去除铁硅杂质的作用，而减少Ce和铁等杂 质元素结合而消耗的机会。为此，本专利技术依据所用纯镁材料的纯度，选定制备导热镁合金 中所需添加 Μη的含量范围：0. 25-0. 48 wt. %，对于Fe含量在30 ppm本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种导热镁合金，其特征在于，该镁合金的成分含量为：Zn：0.8‑3.0 wt.%，Mn：0.25‑0.48 wt.%，Ce：0.05‑1.0 wt.%，不可避免杂质≤0.15 wt.%，其余为Mg。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：彭建，钟丽萍，王永建，潘复生，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;85