一種中高溫環境下使用的高熱導率鎂合金及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于有色金屬材料技術領域，尤其涉及一種在中高溫環境下使用的高熱導 率、低成本的鎂合金及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 鎂合金作為目前最輕的金屬結構材料得到了極大的關注，這主要是由于鎂合金具 有低密度、高比強度和比剛度、良好的電磁屏蔽性能和較高的熱導率。純鎂室溫下的熱導率 為158W/m*K，僅次于純銅和純鋁，使其在某些對材料力學性能和熱學性能同時要求的特殊 領域具有巨大的發展潛力。
[0003] 近年來我國電子技術飛速發展，電子產業的高性能、微型化、集成化發展趨勢，使 得電子器件的總功率密度和發熱量大幅度增加，散熱問題越來越突出。尤其是對減重要求 敏感的航空航天器件、便攜電器和通訊設備、交通工具等產品的散熱系統的復雜結構件，既 要求導熱性能、力學性能、生產加工性能優良的輕質材料。在鎂合金的實際應用中，特別是 在較高的服役溫度下，散熱問題成為一項關鍵的技術難題。例如，隨著大功率LED照明產業 的快速發展，芯片所產生的熱流密度急劇增加從而導致芯片的溫度升高，嚴重影響了產品 的使用壽命及出光效率。因此，散熱問題是大功率LED發展應用的瓶頸之一，為了使芯片的 溫度保持在安全范圍之內，設計出同時兼具優異的導熱性能和較高的力學性能的，適合在 中高溫環境下使用的高熱導率鎂合金，具有非常重要的研究和使用意義。
[0004] 現有的適合在中高溫環境下使用的鎂合金材料比如WE43、AZ91和AS21，其熱導 率分別為：51. 3W/m?K、45.lW/m?K，68W/m?K，都不能滿足航空航天中的電器電源、電子器 件、LED照明系統的散熱型材(工作溫度在90°C左右的中溫）以及發動機外殼(工作溫度在 250°C左右的較高溫度）等散熱系統結構材料對鎂合金導熱性能的要求。
[0005] 現有的研究報道和各國專利中亦未見到適合在中高溫環境下使用，室溫抗拉 強度大于300MPa，且高溫性能良好的高熱導率鎂合金。例如中國專利CN100575522C和 CN100513606C分別提出了導熱鎂合金及其制備方法，其化學成分：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，熱導率均大于120W/m?K，在室溫下也具有較好的強度，但是目前都沒有針 對在中高溫環境中的熱導率和力學性能的報道。縱觀現有鎂合金材料，還沒有適合在中高 溫環境下使用的能同時兼顧導熱性能、較高力學性能要求的鎂合金。
【發明內容】
[0006] 針對現有技術存在的上述不足，本發明的目的在于提供一種在中高溫環境下兼具 高熱導率和良好力學性能的鎂合金，解決現有鎂合金熱導率低，不能在中高溫條件下兼顧 導熱性能和力學性能的要求的缺陷。
[0007] 本發明的另一個目的是提供中高溫環境下使用的高熱導率鎂合金的制備方法。
[0008] 為實現上述目的，本發明采取以下技術方案： 一種中高溫環境下使用的高熱導率鎂合金，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. %;不可避免雜質彡 0? 15wt. %;其余為Mg。
[0009] 進一步，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. %;不可避免雜質彡0? 15wt. %;其余為Mg。
[0010] 進一步，該鎂合金的成分含量為：Mn的含量為：0. 53wt. % ;Ce的含量為： 0. 41wt. %;不可避免雜質彡0. 15%;其余為Mg。
[0011] 一種中高溫環境下使用的高熱導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，按上述的高導耐熱鎂合金各成分 含量的重量百分比進行計算配料； (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熱爐中預熱 至IJ300~400。。； (4) 將鎂熔體溫度升溫到800±20°C，將預熱到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) 當熔體降溫至750±20°C時，將預熱到300~400°C的鎂鈰中間合金緩慢地加入到已 經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號溶劑，充分攪拌2~3分鐘，將熔體溫 度控制在750± 10°C，靜置40~60分鐘，完成精煉過程； (7) 將金屬型鑄造模具加熱到300~40(TC，并保溫2個小時以上備用； (8) 將鎂熔體降溫至690~720°C范圍，澆注到經過充分預熱的金屬型鑄造模具中凝固成 鑄坯； (9) 將鑄坯進行均勻化退火處理，隨爐升溫加熱到360~480°C后保溫4~24小時，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)將得到的制品進行冷變形處理，變形量為5~20%。
[0013] (12)將制品進行低溫時效處理，時效溫度為100~200°C，時效時間為0. 5~60h。
[0014] 本發明對比現有技術，具有以下顯著優點： 1、本發明制備的中高溫環境下使用的高熱導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、導熱性能優異。本發明制備的鎂合金在90°C和250°C工作條件下，該合金的熱 導率均大于130W/m*K。該鎂合金材料可用于LED散熱器、發動機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，發動機外殼等更高溫度環境可達250°C以上。
[0016] 3、綜合性能優異，兼具較高熱導率和強度。90°C和250°C下的熱導率均大于130W/ m*K，室溫條件下抗拉強度大于300MPa，90°C時抗拉強度大于240MPa，250°C時抗拉強度大 于 150MPa。
[0017]4、本發明提供的中高溫環境下使用的高熱導率鎂合金的制備方法，制備工藝簡 單、可靠，容易控制，易于推廣應用。
[0018]
【附圖說明】： 圖1為本發明實例1中鎂合金材料的鑄態金相照片。
[0019] 圖2為本發明實例4中鎂合金材料的鑄態金相照片。
[0020]
【具體實施方式】： 下面結合【具體實施方式】對本發明的技術方案做進一步的詳細介紹。
[0021] 一、導熱鎂合金的成分： 一種中高溫環境下使用的高熱導率鎂合金，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. % ;不可避免雜質彡0? 15wt. % ;其余為Mg。所 述中高溫環境是指溫度分別為90°C和250°C的環境。
[0022] 根據研究發現，合金的導熱性能與該合金中的固溶原子、晶界的體積分數、第二相 的數量和形貌，以及第二相與基體的關系等密切相關。本發明設計新型的導熱鎂合金，為了 獲得較高的熱導率，采用多種成分和工藝調整控制措施，使得鎂合金基體中的固溶原子數 量控制在一定范圍，析出