一種高導(dǎo)熱可壓鑄稀土鎂合金及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鎂合金，具體涉及一種高導(dǎo)熱可壓鑄稀土鎂合金及制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]航空航天、汽車和3C產(chǎn)品的散熱材料不僅追求低密度、高強(qiáng)度，而且要求具有良好的導(dǎo)熱性能。雖然鎂合金密度低、比強(qiáng)度高，但純鎂室溫導(dǎo)熱系數(shù)為156W/(m*K)，僅為相同條件下純鋁的65.4 % ;目前己有的鎂合金，導(dǎo)熱率高的除QE22外，一般為Mg-Ca系，比如 ZE41、Mg-Ca-Sn (CN 102251161A)、Mg-Ca-Sn-Ca (CN 102560210A)、Mg-Ca-Si (CN101709418A)等，其20°C室溫?zé)釋?dǎo)率高達(dá)IlOW/(m.K);某些Mg-Ca系鎂合金(Mg-Ca-Sn)在25°C條件下，導(dǎo)熱率大于126.3W/(m -K)。雖然Ca、Ca元素對純Mg的室溫?zé)釋?dǎo)率影響甚微，但以上鎂合金均為變形鎂合金，制備工藝復(fù)雜。
[0003]常用可壓鑄商用鎂合金有Mg-Al系、Mg-RE系。Mg-Al系A(chǔ)Z91、AM60B、AZ80綜合性能良好得到廣泛運(yùn)用，但其室溫(20°C )熱導(dǎo)率小于61W/(m.K) ;Mg-RE系中的WE系具有優(yōu)良的力學(xué)性能，能進(jìn)行壓鑄生產(chǎn)，但WE43、WE91、EW75其20°C室溫?zé)釋?dǎo)率均小于51W/(m.K)。因此，開發(fā)一種具備良好導(dǎo)熱性能的可壓鑄鎂合金顯得尤為重要。
[0004]鎂進(jìn)行合金化后，其強(qiáng)度大幅度提高，導(dǎo)熱系數(shù)隨加入的合金元素不同，其降低程度也略不同，總體呈下降趨勢。與Al元素相比，輕RE元素不僅能改善合金的壓鑄性能，還對純Mg的室溫?zé)釋?dǎo)率影響不大；Zr元素由于在純Mg中固溶度較小，且與純Mg具有相同的空間結(jié)構(gòu)，不僅能在鎂合金熔煉中起到變質(zhì)劑的作用，還對純Mg的室溫?zé)釋?dǎo)率影響甚微。少量的Ca有助于細(xì)化晶粒，在不降低熱導(dǎo)率的情況下適當(dāng)提高合金的力學(xué)性能。因此，在Mg-RE系中加入適量的Ca/Zr元素，是探索新型壓鑄高導(dǎo)熱鎂合金的一個頗值得關(guān)注的方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種導(dǎo)熱性能優(yōu)秀、能適用于制作電子器件結(jié)構(gòu)件及散熱件或變形件基材的綜合性能良好的可壓鑄稀土鎂合金。本發(fā)明的可壓鑄稀土耐蝕鎂合金壓鑄鑄件在25°C條件下，導(dǎo)熱率大于80W/(m.K)，屈服強(qiáng)度為140MPa左右，延伸率為2%左右。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:
[0006]—種高導(dǎo)熱可壓鑄稀土鎂合金，成分含量如下:
[0007]Ca 的含量為 0.001 ?1.2wt.% ；
[0008]Sm的含量為2?6wt.% ；
[0009]Zr 的含量為 0.1 ?0.8wt.% ；
[0010]其余為Mg和不可避免的雜質(zhì)元素。
[0011]優(yōu)選地，Zr的含量為0.4?0.6wt.%。
[0012]優(yōu)選地，雜質(zhì)元素總含量小于0.2wt.%。
[0013]更優(yōu)選地，雜質(zhì)元素的成分含量如下:
[0014]Fe 的含量:0 ?0.005wt.% ；
[0015]Ni 的含量:0 ?0.002wt.% ；
[0016]Cu 的含量:0 ?0.03wt.% ο
[0017]本發(fā)明的另一個目的是提供一種高導(dǎo)熱可壓鑄的稀土耐蝕鎂合金制備方法。具體方案如下:
[0018]一種高導(dǎo)熱可壓鑄稀土鎂合金的制備方法，包括如下步驟:
[0019](I)在保護(hù)氣氛下，純鎂錠完全熔化得到鎂熔液，鎂熔液的溫度控制在680?780°C之間；
[0020](2)鎂熔液溫度保持在680?750°C以上，將Sm元素的原料加入鎂熔液，得到第二合金熔液；
[0021](3)將Ca元素的原料加入第二合金熔液，得到第三合金熔液；
[0022](4)在第三合金熔液中加入Zr元素的原料，待Zr元素的原料完全熔化，將精煉劑加入第三合金熔液，攪拌的同時繼續(xù)在第三合金熔液的液面撒精煉劑，直至液面出現(xiàn)鏡面光澤，得到第四合金熔液；
[0023](5)清除第四合金熔液的液面上的溶劑和浮渣，在液面撒上覆蓋劑；靜置冷卻，待雜質(zhì)充分上浮或下沉，除去雜質(zhì)，得到第五合金熔液；
[0024](6)第五合金熔液調(diào)至合適溫度后澆注到充分預(yù)熱過的金屬型鑄造模具中凝固成鑄件；或?qū)⒌谖搴辖鹑垡簼沧⒌嚼涫綁鸿T機(jī)中進(jìn)行高壓鑄造；或進(jìn)行差壓鑄造。
[0025]優(yōu)選地，純鎂錠在井式電阻坩鍋爐中完全熔化。
[0026]優(yōu)選地，保護(hù)氣體為SF#P N 2。
[0027]優(yōu)選地，步驟⑵中Sm元素的原料為Mg-Sm中間合金，將Mg-Sm中間合金預(yù)熱至合適溫度后加入鎂熔液，保溫一段時間直至Mg-Sm中間合金全部熔化。
[0028]優(yōu)選地，步驟(3)中Ca元素的原料為純Ca錠，將純Ca錠預(yù)熱至合適溫度后加入第二合金熔液，保溫一段時間直至純Ca錠全部熔化。
[0029]優(yōu)選地，步驟⑷中Zr元素的原料為Mg-Zr中間合金，將Mg-Zr中間合金預(yù)熱至合適溫度后加入第三合金熔液，保溫一段時間直至Mg-Zr中間合金全部熔化。
[0030]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:本發(fā)明的高導(dǎo)熱鎂合金高壓鑄件在25°C條件下，導(dǎo)熱率大于80ff/(m.K)，屈服強(qiáng)度大于IlOMPa左右，延伸率大于1%。導(dǎo)熱性能優(yōu)異、綜合性能良好。
【附圖說明】
[0031]圖1是本發(fā)明的一個較佳實(shí)施例的壓鑄試樣金相組織的微觀形貌圖片。
【具體實(shí)施方式】
[0032]以下為發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。實(shí)施方式中所做的示例，僅作為范例，本發(fā)明所涉及的保護(hù)對象，不局限于范例，包含一切按權(quán)利要求書中所配置的合金成分及所闡明的加工方法。
[0033]實(shí)施案例1:50公斤Mg-6Sm-0.3Zn_0.8Zr (wt.% )及其壓鑄零件制備方法。
[0034]1、配料:以適當(dāng)燒損率配料，稱取純Mg錠、Mg-25% Sm、Mg_30% Zr中間合金進(jìn)行預(yù)熱。其中純鎂錠為99.94wt.%，中間合金純度為99.9wt.%，余量為Mg。將以上鑄錠進(jìn)行表面處理，去除表面氧化皮與夾雜。
[0035]2、熔煉前準(zhǔn)備:預(yù)處理待與熔液接觸的各種工具(預(yù)熱、刷專用涂料)；檢查保護(hù)氣氛氣路及氣體含量；準(zhǔn)備精煉劑、硫磺粉、測溫計及模具等。預(yù)熱原材料與工具。
[0036]3、熔煉:
[0037]I)將全部純鎂錠以盡量緊密的方式放進(jìn)井式電阻坩禍爐，在坩禍底部和純鎂錠表面均勻撒上硫磺粉。用坩禍蓋將坩禍密閉，通入SFjP N2混合氣后升溫，使全部純鎂錠在二氧化硫和保護(hù)氣體下完全熔化，控制鎂熔液溫度在680?780°C ；
[0038]2)添加合金元素Sm、Zr:待鎂液溫度升至680?750 °C，將預(yù)熱好的Mg-Sm中間合金加入鎂液中保溫適當(dāng)時間，直至Mg-Sm中間合金全部熔化；保持爐溫在750°C以上，加入Mg-Zr中間合金直至其恪化；
[0039]3)精煉扒渣:調(diào)整鎂液溫度，加入鎂合金專用精煉劑精煉，直至液面出現(xiàn)鏡面光澤。精煉完畢后，清除液面溶劑與浮渣，輕撒上一層覆蓋劑。調(diào)整鎂液至合適溫度，靜止15-20min使夾雜充分上浮或下沉后扒渣；
[0040]4)澆鑄鑄錠:將壓鑄機(jī)金屬模具溫度調(diào)至180?250°C，設(shè)定低速速度為0.2?0.4m/s，高速速度為2?7m/s，鑄造壓力為90MPa。將鎂合金液調(diào)整至合適溫度澆入壓射嘴，進(jìn)行壓射，獲得鎂合金壓鑄件。壓鑄工藝參數(shù)據(jù)壓鑄機(jī)實(shí)際情況在上述壓鑄工藝參數(shù)范圍內(nèi)對壓鑄工藝參數(shù)行進(jìn)調(diào)整，直至獲得合格的壓鑄件。
[0041]5)壓鑄試樣金相組織如圖1。依舊有晶粒比較粗大。
[0042]6)壓鑄試樣鑄態(tài)抗拉強(qiáng)度為179MPa，屈服強(qiáng)度為146.3MPa，延伸率為1.2%。T6處理后屈服強(qiáng)度提高到189MPa，抗拉強(qiáng)度達(dá)到220MPa，延伸率降至2.3%。T6處理后抗拉強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度均上升。
[0043]7)25°C所測鑄態(tài)導(dǎo)熱系數(shù)為86.4W/(m*K)，具有優(yōu)良的室溫?zé)釋?dǎo)率。T6處理后熱導(dǎo)率為 99ff/ (m.K) ο
[0044]以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的較佳具體實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員無需創(chuàng)造性勞動就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過邏輯分析、推理或者有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書所確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高導(dǎo)熱可壓鑄稀土鎂合金，其特征在于，所述鎂合金的成分含量如下: Ca的含量為0.0Ol?1.2wt.% ； Sm的含量為2?6wt.% ； Zr的含量為0.1?0.8wt.% ； 其余為Mg和不可避免的雜質(zhì)元素。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高導(dǎo)熱可壓鑄稀土鎂合金，其特征在于，所述Zr的含量為 0.4 ?0.6wt.% ο3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高導(dǎo)熱可壓鑄稀土鎂合金，其特征在于，所述雜質(zhì)元素總含量小于0.2wt.% ο4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高導(dǎo)熱可壓鑄稀土鎂合金，其特征在于，所述雜質(zhì)元素的成分含量如下: Fe 的含量:0 ?0.005wt.% ； Ni 的含量:0 ?0.002wt.% ； Cu 的含量:0 ?0.03wt.%o5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高導(dǎo)熱可壓鑄稀土鎂合金的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)在保護(hù)氣氛下，純鎂錠完全熔化得到鎂熔液，所述鎂熔液的溫度控制在680?780°C之間； (2)所述鎂熔液溫度保持在680?750°C以上，將Sm元素的原料加入所述鎂熔液，得到第二合金熔液； (3)將Ca元素的原料加入所述第二合金熔液，得到第三合金熔液； (4)在所述第三合金熔液中加入Zr元素的原料，待所述Zr元素的原料完全熔化，將精煉劑加入所述第三合金熔液，攪拌的同時繼續(xù)在所述第三合金熔液的液面撒精煉劑，直至液面出現(xiàn)鏡面光澤，得到第四合金熔液； (5)清除所述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(zhì)充分上浮或下沉，除去所述雜質(zhì)，得到第五合金熔液； (6)所述第五合金熔液調(diào)至合適溫度后澆注到充分預(yù)熱過的金屬型鑄造模具中凝固成鑄件；或?qū)⑺龅谖搴辖鹑垡簼沧⒌嚼涫綁鸿T機(jī)中進(jìn)行高壓鑄造；或進(jìn)行差壓鑄造。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高導(dǎo)熱可壓鑄稀土鎂合金的制備方法，其特征在于，所述純鎂錠在井式電阻坩鍋爐中完全熔化。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高導(dǎo)熱可壓鑄稀土鎂合金的制備方法，其特征在于，所述保護(hù)氣體為SF#P N 2。8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高導(dǎo)熱可壓鑄稀土鎂合金的制備方法，其特征在于，步驟⑵中所述Sm元素的原料為Mg-Sm中間合金，將所述Mg-Sm中間合金預(yù)熱至合適溫度后加入所述鎂熔液，保溫一段時間直至所述Mg-Sm中間合金全部熔化。9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高導(dǎo)熱可壓鑄稀土鎂合金的制備方法，其特征在于，步驟(3)中所述Ca元素的原料為純Ca錠，將所述純Ca錠預(yù)熱至合適溫度后加入所述第二合金熔液，保溫一段時間直至所述純Ca錠全部熔化。10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高導(dǎo)熱可壓鑄稀土鎂合金的制備方法，其特征在于，步驟(4)中所述Zr元素的原料為Mg-Zr中間合金，將所述Mg-Zr中間合金預(yù)熱至合適溫度后加入所述第三合金熔液，保溫一段時間直至所述Mg-Zr中間合金全部熔化。
【專利摘要】一種高導(dǎo)熱可壓鑄稀土鎂合金，該鎂合金的成分含量如下：Ca的含量為0.001～1.2wt.％，Sm的含量控制在2～6wt.％，Zr的含量為0.1～0.8wt.％；其余為Mg及其它不可避免的雜質(zhì)元素。以純鎂錠、純Ca錠、Mg-Sm、Mg-Zr中間合金為原料，將純鎂錠熔化后添加Sm、Ca、Zr進(jìn)行合金化后壓鑄，或重力鑄造后熱處理。本發(fā)明所涉及的高導(dǎo)熱壓鑄鎂合金高壓壓鑄鑄錠在25℃條件下，導(dǎo)熱率大于80W/(m·K)，抗拉強(qiáng)度為175～230MPa，延伸率為2％～11％，導(dǎo)熱性能優(yōu)異、綜合性能良好、鑄錠制作工藝簡單，是制作電子器件結(jié)構(gòu)材料散熱件以及各種散熱片的備選材料。
【IPC分類】C22C23/06
【公開號】CN105088042
【申請?zhí)枴緾N201510537203
【發(fā)明人】李德江, 李麗, 曾小勤, 丁文江
【申請人】上海交通大學(xué)
【公開日】2015年11月25日
【申請日】2015年8月28日