CN102719716A - 导热镁合金及其制备方法 - Google Patents

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导热镁合金及其制备方法，它涉及一种镁合金及其制备方法。本发明解决了现有镁合金热导率低的问题。导热镁合金由Zn、Ca、La、Ce和余量的Mg组成。制备方法如下：一、将纯Mg锭、纯Zn锭、纯Ce、Mg-La中间合金和Mg-Ca中间合金熔炼，得到熔体；二、制备待浇铸熔体；三、将待浇铸熔体注入铸造机中，冷却成型，得到导热镁合金；本发明的优点：一、本发明制备的导热镁合金(Mg-Zn-Ca-La-Ce系合金)在室温下的热导率大于125W.(m.K)-1；二、本发明制备的导热镁合金(Mg-Zn-Ca-La-Ce系合金)在室温下的屈服强度大于300MPa，抗拉强度大于340MPa。

Description

导热镁合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种镁合金及其制备方法。
背景技术
20世纪90年代以来，全球掀起了镁合金开发应用的热潮，正成为继钢铁、铝之后的第三大金属工程材料。航空航天、汽车和3C产品的散热材料不仅要求具有良好的导热性能，而且追求低密度、高强度，虽然镁合金的密度低，比强度高，但是常用镁合金的热导率很低，如AZ91镁合金在20℃下的热导率仅有58W.(m.K)-1，所以这极大地限制了镁合金的应用范围。因此，开发一种具备高强度和良好导热性能的镁合金就显得尤为重要。
发明内容
本发明是为了解决现有镁合金热导率低的问题，提供了一种导热镁合金及其制备方法。
导热镁合金按质量百分含量由1％～7％的Zn、0.1％～3％的Ca、0.1％～3％的La、0.1％～3％的Ce和余量的Mg组成。
导热镁合金的制备方法如下：
一、按照Zn的质量百分含量为1％～7％、Ca的质量百分含量为0.1％～3％、La的质量百分含量为0.1％～3％、Ce的质量百分含量为0.1％～3％和余量为Mg的比例称取纯Mg锭、纯Zn锭、纯Ce、Mg-La中间合金和Mg-Ca中间合金；
二、将纯Mg锭、纯Zn锭和Mg-Ca中间合金放入熔炼炉中，在720℃～830℃、SF6气体保护下至纯Mg锭、纯Zn锭和Mg-Ca中间合金完全熔化，加入纯Ce，在750℃～830℃、SF6气体保护下至纯Ce完全熔化，然后加入Mg-La中间合金，同时加入RJ-5溶剂，在750℃～830℃、SF6气体保护下至Mg-La中间合金完全熔化，得到熔体；
三、将熔炼炉内温度调节至720℃～810℃，向熔体中通入经720℃～810℃预热过的Ar气，同时加入RJ-5溶剂，进行精炼，精炼5min～15min，得到精炼熔体，然后在0.01MPa～0.02MPa的条件下将熔炼炉内的精炼熔体转入静置炉中，在750℃～820℃下静置80min～120min，然后降温至680℃～725℃，得到待浇铸熔体；
四、以25mm/min～50mm/min的浇铸速度将待浇铸熔体注入铸造机中，采用室温的冷却水，在冷却水压力0.015MPa～0.4MPa的条件下冷却成型，得到导热镁合金；
步骤二中RJ-5溶剂的加入量为导热镁合金质量的1％～2％；
步骤三中RJ-5溶剂的加入量为导热镁合金质量的1％～2％；
步骤一所述Mg-La中间合金中La的质量含量为20％；
步骤一所述Mg-Ca中间合金中Ca的质量含量为15％。
本发明的优点：一、本发明制备的导热镁合金(Mg-Zn-Ca-La-Ce系合金)在室温下的热导率大于125W.(m.K)-1；二、本发明制备的导热镁合金(Mg-Zn-Ca-La-Ce系合金)在室温下的屈服强度大于300MPa，抗拉强度大于340MPa。
附图说明
图1是实验一所得导热镁合金的光学显微组织图；图2是实验二所得导热镁合金的光学显微组织图。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式中导热镁合金按质量百分含量由1％～7％的Zn、0.1％～3％的Ca、0.1％～3％的La、0.1％～3％的Ce和余量的Mg组成。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是所述导热镁合金按质量百分含量由2％～6％的Zn、1％～2.5％的Ca、1％～2.5％的La、1％～2.5％的Ce和余量的Mg组成。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是所述导热镁合金按质量百分含量由5％的Zn、1.5％的Ca、1.5％的La、1.5％的Ce和余量的Mg组成。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式导热镁合金的制备方法如下：
一、按照Zn的质量百分含量为1％～7％、Ca的质量百分含量为0.1％～3％、La的质量百分含量为0.1％～3％、Ce的质量百分含量为0.1％～3％和余量为Mg的比例称取纯Mg锭、纯Zn锭、纯Ce、Mg-La中间合金和Mg-Ca中间合金；
二、将纯Mg锭、纯Zn锭和Mg-Ca中间合金放入熔炼炉中，在720℃～830℃、SF6气体保护下至纯Mg锭、纯Zn锭和Mg-Ca中间合金完全熔化，加入纯Ce，在750℃～830℃、SF6气体保护下至纯Ce完全熔化，然后加入Mg-La中间合金，同时加入RJ-5溶剂，在750℃～830℃、SF6气体保护下至Mg-La中间合金完全熔化，得到熔体；
三、将熔炼炉内温度调节至720℃～810℃，向熔体中通入经720℃～810℃预热过的Ar气，同时加入RJ-5溶剂，进行精炼，精炼5min～15min，得到精炼熔体，然后在0.01MPa～0.02MPa的条件下将熔炼炉内的精炼熔体转入静置炉中，在750℃～820℃下静置80min～120min，然后降温至680℃～725℃，得到待浇铸熔体；
四、以25mm/min～50mm/min的浇铸速度将待浇铸熔体注入铸造机中，采用室温的冷却水，在冷却水压力0.015MPa～0.4MPa的条件下冷却成型，得到导热镁合金；
步骤二中RJ-5溶剂的加入量为导热镁合金质量的1％～2％；
步骤三中RJ-5溶剂的加入量为导热镁合金质量的1％～2％。
本实施方式中步骤二及步骤三中所述的RJ-5溶剂由洛阳市兴隆化工有限责任公司生产。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四不同的是步骤一所述Mg-La中间合金中La的质量含量为20％。其它与具体实施方式四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式四或五不同的是步骤一所述Mg-Ca中间合金中Ca的质量含量为15％。其它与具体实施方式四或五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是步骤二中在800℃、SF6气体保护下至纯Mg锭、纯Zn锭和Mg-Ca中间合金完全熔化，加入纯Ce。其它与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是步骤三中将熔炼炉内温度调节至800℃，向熔体中通入经800℃预热过的Ar气，同时加入RJ-5溶剂，进行精炼。其它与具体实施方式一至七之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是步骤三中在800℃下静置100min。其它与具体实施方式一至八之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是步骤三中然后降温至700℃，得到待浇铸熔体。其它与具体实施方式一至九之一相同。
采用下述实验验证本发明的效果：
实验一：
导热镁合金的制备方法如下：
一、按照Zn的质量百分含量为3％、Ca的质量百分含量为0.5％、La的质量百分含量为0.5％、Ce的质量百分含量为0.2％和余量为Mg的比例称取纯Mg锭、纯Zn锭、纯Ce、Mg-La中间合金和Mg-Ca中间合金；
二、将纯Mg锭、纯Zn锭和Mg-Ca中间合金放入熔炼炉中，在780℃、SF6气体保护下至纯Mg锭、纯Zn锭和Mg-Ca中间合金完全熔化，加入纯Ce，在780℃、SF6气体保护下至纯Ce完全熔化，然后加入Mg-La中间合金，同时加入RJ-5溶剂，在780℃、SF6气体保护下至Mg-La中间合金完全熔化，得到熔体；
三、将熔炼炉内温度调节至760℃，向熔体中通入经760℃预热过的Ar气，同时加入RJ-5溶剂，进行精炼，精炼5min，得到精炼熔体，然后在0.015MPa的条件下将熔炼炉内的精炼熔体转入静置炉中，在750℃下静置100min，然后降温至700℃，得到待浇铸熔体；
四、以42mm/min的浇铸速度将待浇铸熔体注入铸造机中，采用室温的冷却水，在冷却水压力0.3MPa的条件下冷却成型，得到导热镁合金；
步骤二中RJ-5溶剂的加入量为导热镁合金质量的1％；
步骤三中RJ-5溶剂的加入量为导热镁合金质量的1％。
本实验所得导热镁合金的合金成分为Mg-2.8Zn-0.5Ca-0.4La-0.2Ce，其光学显微组织如图1所示。将所得的导热镁合金经过350℃挤压、在200℃的条件下热处理18小时后，在20℃下，Mg-2.8Zn-0.5Ca-0.4La-0.2Ce合金(本实验所得导热镁合金)的热导率为128W.(m.K)-1，屈服强度为304MPa，抗拉强度为347MPa。
实验二：
导热镁合金的制备方法如下：
一、按照Zn的质量百分含量为5.5％、Ca的质量百分含量为0.5％、La的质量百分含量为0.5％、Ce的质量百分含量为0.5％和余量为Mg的比例称取纯Mg锭、纯Zn锭、纯Ce、Mg-La中间合金和Mg-Ca中间合金；
二、将纯Mg锭、纯Zn锭和Mg-Ca中间合金放入熔炼炉中，在780℃、SF6气体保护下至纯Mg锭、纯Zn锭和Mg-Ca中间合金完全熔化，加入纯Ce，在780℃、SF6气体保护下至纯Ce完全熔化，然后加入Mg-La中间合金，同时加入RJ-5溶剂，在780℃、SF6气体保护下至Mg-La中间合金完全熔化，得到熔体；
三、将熔炼炉内温度调节至760℃，向熔体中通入经760℃预热过的Ar气，同时加入RJ-5溶剂，进行精炼，精炼5min，得到精炼熔体，然后在0.015MPa的条件下将熔炼炉内的精炼熔体转入静置炉中，在750℃下静置100min，然后降温至700℃，得到待浇铸熔体；
四、以43mm/min的浇铸速度将待浇铸熔体注入铸造机中，采用室温的冷却水，在冷却水压力0.3MPa的条件下冷却成型，得到导热镁合金；
步骤二中RJ-5溶剂的加入量为导热镁合金质量的1％；
步骤三中RJ-5溶剂的加入量为导热镁合金质量的1％。
本实验所得导热镁合金的合金成分为Mg-5.3Zn-0.4Ca-0.6La-0.5Ce，其光学显微组织如图2所示。将所得的导热镁合金经过350℃挤压、在200℃的条件下热处理18小时后，在20℃下，Mg-5.3Zn-0.4Ca-0.6La-0.5Ce(本实验所得导热镁合金)的热导率为125W.(m.K)-1，屈服强度为311MPa，抗拉强度为354MPa。

Claims (10)

1.导热镁合金，其特征在于所述导热镁合金按质量百分含量由1％～7％的Zn、0.1％～3％的Ca、0.1％～3％的La、0.1％～3％的Ce和余量的Mg组成。
2.根据权利要求1所述导热镁合金，其特征在于所述导热镁合金按质量百分含量由2％～6％的Zn、1％～2.5％的Ca、1％～2.5％的La、1％～2.5％的Ce和余量的Mg组成。
3.根据权利要求1所述导热镁合金，其特征在于所述导热镁合金按质量百分含量由5％的Zn、1.5％的Ca、1.5％的La、1.5％的Ce和余量的Mg组成。
4.权利要求1所述导热镁合金的制备方法，其特征在于导热镁合金的制备方法如下：
一、按照Zn的质量百分含量为1％～7％、Ca的质量百分含量为0.1％～3％、La的质量百分含量为0.1％～3％、Ce的质量百分含量为0.1％～3％和余量为Mg的比例称取纯Mg锭、纯Zn锭、纯Ce、Mg-La中间合金和Mg-Ca中间合金；
二、将纯Mg锭、纯Zn锭和Mg-Ca中间合金放入熔炼炉中，在720℃～830℃、SF6气体保护下至纯Mg锭、纯Zn锭和Mg-Ca中间合金完全熔化，加入纯Ce，在750℃～830℃、SF6气体保护下至纯Ce完全熔化，然后加入Mg-La中间合金，同时加入RJ-5溶剂，在750℃～830℃、SF6气体保护下至Mg-La中间合金完全熔化，得到熔体；
三、将熔炼炉内温度调节至720℃～810℃，向熔体中通入经720℃～810℃预热过的Ar气，同时加入RJ-5溶剂，进行精炼，精炼5min～15min，得到精炼熔体，然后在0.01MPa～0.02MPa的条件下将熔炼炉内的精炼熔体转入静置炉中，在750℃～820℃下静置80min～120min，然后降温至680℃～725℃，得到待浇铸熔体；
四、以25mm/min～50mm/min的浇铸速度将待浇铸熔体注入铸造机中，采用室温的冷却水，在冷却水压力0.015MPa～0.4MPa的条件下冷却成型，得到导热镁合金；
步骤二中RJ-5溶剂的加入量为导热镁合金质量的1％～2％；
步骤三中RJ-5溶剂的加入量为导热镁合金质量的1％～2％。
5.根据权利要求4所述导热镁合金的制备方法，其特征在于步骤一所述Mg-La中间合金中La的质量含量为20％。
6.根据权利要求4所述导热镁合金的制备方法，其特征在于步骤一所述Mg-Ca中间合金中Ca的质量含量为15％。
7.根据权利要求4、5或6所述导热镁合金的制备方法，其特征在于步骤二中在800℃、SF6气体保护下至纯Mg锭、纯Zn锭和Mg-Ca中间合金完全熔化，加入纯Ce。
8.根据权利要求4、5或6所述导热镁合金的制备方法，其特征在于步骤三中将熔炼炉内温度调节至800℃，向熔体中通入经800℃预热过的Ar气，同时加入RJ-5溶剂，进行精炼。
9.根据权利要求4、5或6所述导热镁合金的制备方法，其特征在于步骤三中在800℃下静置100min。
10.根据权利要求4、5或6所述导热镁合金的制备方法，其特征在于步骤三中然后降温至700℃，得到待浇铸熔体。
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