一種高導熱耐腐蝕鎂合金及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種鎂合金及其制造方法，具體涉及一種高導熱耐腐蝕鎂合金及其制備方法，屬于金屬材料領域。
【背景技術】
[0002]在航空航天、汽車和3C產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)純鎂的導熱系數是156W/(m*K)，其它常用鎂合金的熱導率很低。例如根據美國鎂及合金手冊(ASM Specialty Handbook:Magnesium andmagnesium Alloys):AZ81 鎂合金 20°C時的導熱系數為 51.1ff/(m.Κ) ；AZ91 鎂合金在 20°C下的導熱系數僅有58W/(m*K);稀土鎂合金WE43，20°C時的導熱系數為51.3W/(m.K);這極大地限制了鎂合金在散熱材料上的應用。因此，開發一種具備良好導熱性能和低密度高強度的鎂合金具有重要的意義。
【發明內容】
[0003]本發明的一個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，導熱率大于10W/ (m -K)，在72小時標準鹽霧試驗的腐蝕速率小于Ig/cm2.D，鑄錠抗拉強度大于190MPa，屈服強度大于130MPa，延伸率大于7%，可以用作電子器件的散熱系統結構材料，可以用作電子器件的散熱系統結構材料。具體的技術方案如下:
[0004]—種高導熱耐腐蝕鎂合金，鎂合金的成分如下:
[0005]Sm 的含量為 1.5 ?6wt.% ；
[0006]Mn 的含量為 0.3 ?2.5wt.% ；
[0007]Zn 的含量為 0.5 ?3wt.% ；
[0008]Ca 的含量為 0.001 ?1.2wt.% ；
[0009]其余為Mg和不可避免的雜質元素。
[0010]優選地，Sm的含量為1.5?3.5wt.%。
[0011]優選地，Mn的含量為0.3?2.2wt.%。
[0012]優選地，Zn的含量為0.5?1.0wt.%。
[0013]優選地，Ca的含量為0.001?0.6wt.%。
[0014]本發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。具體方案如下:
[0015]—種高導熱耐腐蝕鎂合金的制備方法，包括如下步驟:
[0016](I)在保護氣氛下，純鎂錠完全熔化得到鎂熔液，鎂熔液的溫度控制在700?780°C之間；
[0017](2)鎂熔液溫度保持在700°C以上，將Mn元素的原料加入鎂熔液，得到第二合金熔液；
[0018](3)第二合金熔液溫度保持在710°C以上，將Zn元素的原料、Ca元素的原料、Sm元素的原料加入第二合金熔液，得到第三合金熔液；
[0019](4)第三合金熔液溫度保持在730°C以上，將精煉劑加入第三合金熔液，攪拌的同時繼續在第三合金熔液的液面撒精煉劑，直至液面出現鏡面光澤，得到第四合金熔液；
[0020](5)清除第四合金熔液的液面上的精煉溶劑和浮渣，在液面撒上覆蓋劑；靜置冷卻，待雜質充分上浮或下沉，除去雜質，得到第五合金熔液；
[0021](6)第五合金熔液調至合適溫度后澆注到充分預熱過的金屬型鑄造模具中凝固成鑄件；或將第五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壓鑄件；或待第五合金熔液冷卻凝固后得到鑄錠，對鑄錠進行擠壓生產鎂合金件；或待第五合金熔液冷卻凝固后進行乳制、鍛造。
[0022]優選地，純鎂錠在井式電阻坩鍋爐中完全熔化。
[0023]優選地，保護氣體為SF# N 2。
[0024]優選地，步驟⑵中Mn元素的原料為Mg-Mn中間合金，將Mg-Mn中間合金預熱至合適溫度后加入鎂熔液中，保溫一段時間直至Mg-Mn中間合金全部熔化。
[0025]優選地，步驟⑶中Zn元素的原料為純Zn錠，Ca元素的原料為Mg-Ca中間合金，Sm元素的原料為Mg-Sm中間合金；將純Zn錠、Mg-Ca中間合金和Mg-Sm中間合金預熱至合適溫度，然后加入第三合金熔液中，保溫一段時間直至純Zn錠、Mg-Ca中間合金和Mg-Sm中間合金全部熔化。
[0026]高壓鑄造、擠壓、鍛造、乳制過程詳細步驟分別為以下（7)、⑶、（9)、(10)所述。
[0027](7)將精煉好的高導熱耐腐蝕鎂合金溫度調至適宜溫度，通過模溫機將壓鑄金屬模具的溫度調至160度以上，調整低速速度到合適，高速速度為2?lOm/s，分型面鑄造壓力為60?lOOMPa。將第五合金熔液澆入壓射嘴，根據模具產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。
[0028](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O. 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。
[0029](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320-370Γ適當保溫后（保溫時間視坯料的重量而定，一般為l-3min/mm)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。
[0030](10)將鑄錠均勻化熱處理（380-420°C，l_4h)，將帶有加熱裝置的乳機乳輥預熱到150°C以上噴涂潤滑劑，乳制過程中將乳輥溫度維持在200-250°C，視成分而定將乳制加熱溫度控制在320-370°C間進行乳制，單道次變形量為10-25%。熱乳頭道次速率為
O.1-0. 5m/s，最后幾道次乳制速度控制在O. 8-2. 5m/s范圍內。
[0031]本發明的優點是：該高導熱耐腐蝕鎂合金材料在20°C條件下，導熱率大于100W/(m · K)，在72小時標準鹽霧試驗的腐蝕速率小于lmg/cm2. D，抗拉強度大于190MPa，屈服強度大于130MPa，延伸率大于7%，可以用作電子器件的散熱系統結構材料。該高導熱耐腐蝕鎂合金成型簡單，可以壓鑄生產。
【具體實施方式】
[0032]以下為發明的【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。
[0033]實施例1:
[0034]30公斤Mg-3.5Sm-0.8Zn_0.2Ca_0.5Mn高導熱耐腐蝕鎂合金(即該鎂合金的成分含量為:3.5wt.% Sm，0.5wt.% Mn，0.8wt.% Zn 和 0.2wt.% Ca，余量為 Mg)及其壓鑄零件制備方法。
[0035]1、備料:按照重量百分比考慮適宜燒損率備料，對純Zn錠、Mg-10% Mn中間合金、Mg-30% Ca中間合金和Mg-20% Sm中間合金進行預熱。以下是使用的原材料介紹:Mg_10%Mn中間合金成分含量為1wt.% Mn，余量為Mg ；Mg-30% Ca中間合金成分含量為30wt.%Ca，余量為Mg ；Mg-20% Sm中間合金的成分含量為20wt.% Sm，余量為Mg。
[0036]2、純鎂錠熔化
[0037]將全部純鎂錠以盡量緊密的方式放進井式電阻坩禍爐，在坩禍底部和純鎂錠表面均勻撒上一些硫磺粉。用坩禍蓋將坩禍密閉，通入由SFjPNdi成的保護氣體，加熱升溫，使全部純鎂錠在二氧化硫和保護氣體下完全熔化，將鎂熔液溫度控制在700?780V ;
[0038]3、添加合金元素Mn
[0039]合金元素Mn是通過加入Mg-1O % Mn中間合金的來實現的。鎂液溫度升至700°C以上，將預熱好的Mg-1O% Mn中間合金分批加入到鎂熔液中，保溫直至Mg-1O % Mn中間合金全部熔化；
[0040]4、添加合金元素Zn、Ca、Sm
[0041]鎂液溫度升至710°C以上，將預熱后的純Zn錠、Mg-30% Ca中間合金和Mg-20% Sm中間合金分別加入上述鎂熔液中，保溫直至Zn錠、Mg-30% Ca中間合金和Mg-20% Sm中間合金全部熔化；
[0042]5、鎂合金精煉
[0043]鎂液溫度升至730°C以上，開始加入鎂合金專用精煉劑進行