CN103361527B - 镁合金散热器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种镁合金散热器及其制造方法。该镁合金散热器包括多个散热肋片以及中央环柱，其中所述多个散热肋片中的每一个的一端都固定连接在该中央环柱上并且所述多个散热肋片围绕该中央环柱呈轮辐状或螺旋放射状分布，该中央环柱上设有用于将LED部件连接到该镁合金散热器的导热底板。根据本发明的镁合金散热器具有轻量化、散热性好及成本低等优点。

Description

镁合金散热器及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种散热器，尤其涉及一种由镁合金制造的用于LED灯具的散热器及其制造方法。

背景技术

LED灯具与常规灯具相比，具有节能、环保、寿命长、体积小等特点，更能满足对能源及环境的需求，因而LED灯具具备广阔的应用前景。LED灯具虽然节能，但其消耗的电能中只有15%至25%转换成光能，其它均转化为热量耗散。因而散热性能直接影响LED灯具的使用寿命与发光性能，尤其是大功率LED灯具,其发热量更大，对散热技术要求更高。散热问题直接关系到LED灯具的发展前景。

LED灯具的散热器材料目前大多以铝合金或铜合金为主。近年来，对LED灯具的标准越来越明确。对大型LED灯具（如路灯和隧道照明等），考虑到安全问题，CQC3127-2010LED道路隧道照明产品节能认证技术规范对LED灯具的重量也有要求。因而，LED灯具的减重也是需要考虑到问题。一般来说，散热器占路灯灯具重量的70%至80%，因而对LED灯具需要考虑散热器的减重。

金属镁的密度是1.74g/cm³,仅为钢的密度的1/4、铝密度的2/3。镁合金具有散热性好、比强度和比刚度高、阻尼减震好、导热、尺寸稳定和切削加工性能好等优点。这使得镁合金作为散热器材料，具有重量轻、抗震、散热均匀、使用寿命长等特点。

目前的镁合金系列中，散热性能随着合金含量及相组成变化，常用的挤压镁合金为AZ31（其导热系数为96m-K），但其与常用的铝合金散热器6063(导热系数为209W/m-K)相比，导热系数相差一半因此热传导性能下降50%以上。因而需要选用其他镁合金材料，或对散热器结构进行优化调整。

发明内容

本发明是针对现有技术中的上述问题而做出的，提供一种重量减轻、散热性能好且成本没有提高的镁合金散热器及其制造方法。

本发明的第一方面提供一种镁合金材料，该镁合金材料的成分按重量百分比为：Al0.5%-2.5%、Zn0.2%-1.5%、Mn0.05%-0.4%、Cu≤0.010%、Fe≤0.05%、Ni≤0.005%、Si≤0.10%、Ca≤0.040%、其他杂质之和为0.30%以及余量为Mg。

本发明的第二方面提供一种镁合金散热器，该镁合金散热器包括多个散热肋片以及中央环柱，其中所述多个散热肋片中的每一个的一端都固定连接在该中央环柱上并且所述多个散热肋片围绕该中央环柱呈放射状分布，在该中央环柱的端部设有用于将LED部件连接到该镁合金散热器的导热底板。

根据本发明的镁合金散热器，其中，该镁合金散热器由以下镁合金制造，该镁合金的成分按重量百分比为：Al0.5%-2.5%、Zn0.2%-1.5%、Mn0.05%-0.4%、Cu≤0.010%、Fe0.05%、Ni≤0.005%、Si≤0.10%、Ca≤0.040%、其他杂质之和为0.30%以及余量为Mg。

根据本发明的镁合金散热器，其中，该导热底板由圆形板以及从该圆形板中心凸出的轴构成，并且通过将该轴插入到该中央环柱的孔中来将该导热底板固定到该中央环柱上。

根据本发明的镁合金散热器，其中，随着所述中央环柱的外径增加，所述镁合金散热器的长度减小。

根据本发明的镁合金散热器，其中，该中央环柱的内径为40-50mm并且外径为60-70mm,该镁合金散热器的外径为150-170mm,所述散热肋片的厚度为1-8mm,以及该镁合金散热器的长度为240-280mm。

根据本发明的镁合金散热器，其中，该中央环柱的内径为45mm并且外径为60mm,该镁合金散热器的外径为160mm,所述散热肋片的厚度为2.5mm,该镁合金散热器的长度为250mm。

根据本发明的镁合金散热器，其中，所述多个散热肋片的厚度不同。

本发明的第三方面提供一种镁合金散热器的制造方法，该制造方法包括以下步骤：

采用半连续铸造方法对镁合金原料进行铸造以生产镁合金铸造锭；

通过挤压工艺对所述镁合金铸造锭进行挤压以生产镁合金散热器的半成品；以及

对所生产的半成品进行切割以制成所述镁合金散热器的成品。

根据本发明的制造方法，其中，所述镁合金原料的成分按重量百分比为：Al0.5%-2.5%、Zn0.2%-1.5%、Mn0.05%-0.4%、Cu≤0.010%、Fe≤0.05%、Ni≤0.005%、Si≤0.10%、Ca≤0.040%、其他杂质之和为0.30%以及余量为Mg。

根据本发明所述的制造方法，其中，在所述挤压工艺中，挤压筒的温度为360-400℃，所述镁合金铸造锭的挤压温度为340-420℃，所述镁合金铸造锭的挤压速度为4mm/s以上。

本发明的LED灯具用散热器在结构和形状上与现有的铝合金和AZ31镁合金散热器片相比，对主要尺寸进行优化，同时散热器材料选用的是低铝含量、单相固溶体镁合金材料，并且采用快速的挤压条件来生产型材。因此减轻了散热器的重量、提高了散热性能并降低了散热器的制造成本。

附图说明

图1A及图1B是示出根据本发明的镁合金散热器的结构的示意图。

图2是示出根据本发明的镁合金散热器的横截面图。

图3是示出根据本发明的镁合金散热器的制造工艺的流程图。

具体实施方式

现在，参照附图详细说明本发明的示例性实施例。应当指出，除非另外具体说明，在这些实施例中描述的部件、数字表示和数值的相对配置不限制本发明的范围。

图1A和图1B示出了本发明的镁合金散热器的结构。如图1A所示，本发明的镁合金散热器包括多个散热肋片1。每个散热肋片1的一端都固定连接在中央环柱2上，并且多个散热肋片1围绕中央环柱2呈轮辐状分布。另选地，多个散热肋片1也可以围绕中央环柱2呈螺旋放射状分布。

另外，如图1B中所示，该中央环柱2的端部上设有导热底板3，LED部件4固定连接在该导热底板3上，由此LED部件产生的热量通过该导热底板3传送到散热肋片1上。优选地，该导热底板3可以由圆形板以及从该圆形板中心凸出的轴构成。在这种情况下，通过将该导热底板3的轴插入到该中央环柱2中，来将该导热底板3固定在该中央环柱2上。另外，优选地，该导热底板3的轴与中央环柱2的孔过盈配合。此外，本发明中的导热底板的结构不限于此，只要能够安装到散热器上即可。

另外，在本发明中，多个散热肋片1可以具有相同的厚度，也可以具有不同的厚度。如图1所示，按照预定的间隔（例如，每隔预定数量的散热肋片）布置厚度增大的散热肋片。可以在这种厚度更厚的散热肋片上打孔等来安装灯罩，以防止灰尘、水汽等进入到LED灯具中，从而延长了LED灯具的使用寿命。

本发明的散热器的结构及散热性能由以下几个因素决定，即散热器的长度、导热底板的轴的尺寸、散热器的外径（即没有与中央环柱连接的散热肋片的一端到中央环柱中心的距离）、散热肋片的厚度以及散热肋片的数量等。

在本发明中通过采用ANSYS热分析软件进行模拟实验，确定在影响散热性能的因素中影响程度从大到小依次为：散热器的导热底板的轴的长度、散热器的中央环柱的厚度、散热器的长度、散热肋片的厚度。此外，在本发明中，根据上述确定的因素的影响程度，调整了散热器的结构，主要尺寸优化为：根据镁合金热物性参数的特点，将中央环柱的外径（散热肋片的根部的直径）增加，同时散热器的使用长度适当减小。

这样，和现有铝合金散热器相比，本发明的镁合金散热器重量下降，散热性能提高，成本相当。

在本发明的镁合金散热器中，中央环柱的内径为40-50mm、中央环柱的外径为60-70mm,散热器的外径为150-170mm,散热肋片的厚度为1-8mm,散热器的长度为240-300mm，导热底板的轴的长度为20-40mm。

图2是示出本发明的镁合金散热器的横截面图。如图2所示，优选地，中央环柱2的内径为45mm、中央环柱2的外径为60mm,该镁合金散热器的外径为160mm,散热肋片1a的厚度为2.5mm,散热肋片1b的厚度比散热肋片1a的厚度大，其最厚部位的厚度例如可为6mm（图中未示出）。该镁合金散热器的长度为260mm（图中未示出）,导热底板的轴的长度为30mm（图中未示出）。

另外，本发明的镁合金散热器在工作状态下是竖直放置的（即图2中的重力方向），这样有利于空气的自然对流，散热器性能更优。

本发明的上述镁合金散热器具有如下几个优点：第一，散热器属于拉伸镁型材，导热系数相对压铸的镁型材要高；第二，散热器在工作时，其散热肋片是竖直方向，有利于空气的自然对流，散热器性能更优；第三，因为散热肋片的竖直方向放置，所以能够阻止由于灰尘在散热器上堆积而造成散热性能的下降，通用性强。

下面，参照图3来描述本发明的镁合金散热器的制造过程。图3是示出根据本发明的镁合金散热器的制造工艺的流程图。

在本发明中，散热器的材料选用的是低铝含量，单相固溶体镁合金材料，其成分按重量百分比为：Al0.5-2.5%、Zn0.2-1.5%、Mn0.05-0.4%、Cu≤0.010%、Fe≤0.05%、Ni≤0.005%、Si≤0.10、Ca≤0.040、其他杂质之和为0.30%,余量为Mg。

经试验检测，本发明的上述镁合金导材料的热系数为110-120W/m-K明显高于AZ31镁合金导热系数，表现出良好的散热性能。

在图3中的步骤S1中，首先采用半连续铸造法对上述镁合金材料进行铸造，以生成镁合金半连续铸造锭。本发明中采用的半连续铸造工艺与其他镁合金的半连续铸造工艺相同，因此省略其描述。

接下来，在步骤S2中，对通过半连续铸造法得到的镁合金半连续铸造锭进行挤压成型，以制造散热器的半成品。

挤压工艺对型材热性能影响很大。在本发明的挤压成型过程中，与常规镁合金型材的挤压不同，选择较高的温度范围及较快的挤压速度。

在上述步骤S2的挤压成型工艺中，挤压筒的温度范围为360-400℃，镁合金铸造锭的挤压温度范围为340-420℃，挤压杆对镁合金铸造锭挤压的速度为大于等于4mm/s。

在本发明的一个实施例的挤压成型工艺中，将在步骤S1中铸造的镁合金半连续铸造锭（坯料）放入到加热炉（例如链条式电阻加热炉）中进行加热，并控制坯料的温度。在坯料的温度达到400℃的时候，将坯料投入到挤压筒进行挤压。另外，该挤压筒需要提前进行预热处理。经过该预热处理的挤压筒的温度控制在420℃，挤压杆对坯料挤压的速度为5mm/s。对挤压好的镁合金散热器的半成品进行自然冷却。

另外，在本发明的另一实施例的挤压成型工艺中，挤压筒的温度为360℃，镁合金铸造锭的挤压温度为340℃，挤压杆对镁合金铸造锭挤压的速度为4mm/s。

在本发明的另一实施例中，在挤压成型工艺中，挤压筒的温度为380℃，镁合金铸造锭的挤压温度为360℃，挤压杆对镁合金铸造锭挤压的速度为6mm/s。

另外，在完成步骤S2中的挤压成型工艺之后，在步骤S3中将挤压好的镁合金散热器的半成品进行切割和加工，以制成如图1中所示的镁合金散热器的成品。

另外，还可以根据实际需要对根据本发明制得的镁合金散热器进行退火处理。

根据本发明的上述方法制得的镁合金散热器，其重量是同尺寸的铝合金散热器的重量的2/3，并且经过散热性能测试表明，其散热性能优于该铝合金散热器。

因此根据本发明实现了具有轻量化、散热好且成本低等优点的镁合金散热器。

虽然参照示例性实施例对本发明进行了说明，但是应当理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。应当对所附权利要求的范围给予最宽的解释，以使其涵盖所有变型、等同结构及功能。

Claims (7)

1.一种镁合金散热器，其特征在于，该镁合金散热器由如下的镁合金材料制造，该镁合金材料的成分按重量百分比为：Al0.5％-2.5％、Zn0.2％-1.5％、Mn0.05％-0.4％、Cu≤0.010％、Fe≤0.05％、Ni≤0.005％、Si≤0.10％、Ca≤0.040％、其他杂质之和为0.30％以及余量为Mg，其中所述镁合金材料的导热系数为110-120W/m-K，并且所述镁合金散热器包括多个散热肋片以及中央环柱，其中所述多个散热肋片中的每一个的一端都固定连接在该中央环柱上并且所述多个散热肋片围绕该中央环柱呈轮辐状或螺旋放射状分布，该中央环柱上设有用于将LED部件连接到该镁合金散热器的导热底板。

2.根据权利要求1所述的镁合金散热器，其特征在于，随着所述中央环柱的外径增加，所述镁合金散热器的长度减小。

3.根据权利要求1所述的镁合金散热器，其特征在于，该中央环柱的内径为40-50mm、该中央环柱的外径为60-70mm,该镁合金散热器的外径为150-170mm,所述散热肋片的厚度为1-8mm,该镁合金散热器的长度为240-280mm。

4.根据权利要求3所述的镁合金散热器，其特征在于，该中央环柱的内径为45mm、该中央环柱的外径为60mm,该镁合金散热器的外径为160mm,所述散热肋片的厚度为2.5mm,该镁合金散热器的长度为250mm。

5.根据权利要求1所述的镁合金散热器，其特征在于，所述多个散热肋片的厚度不同。

6.一种根据权利要求1所述的镁合金散热器的制造方法，其特征在于，该制造方法包括以下步骤：

采用半连续铸造方法对镁合金原料进行铸造以生产镁合金铸造锭；

通过挤压成型工艺对所述镁合金铸造锭进行挤压以生产镁合金散热器的半成品；以及

对所生产的半成品进行切割以制成所述镁合金散热器的成品，

其中，该镁合金原料的成分按重量百分比为：Al0.5％-2.5％、Zn0.2％-1.5％、Mn0.05％-0.4％、Cu≤0.010％、Fe≤0.05％、Ni≤0.005％、Si≤0.10％、Ca≤0.040％、其他杂质之和为0.30％以及余量为Mg，并且其中该镁合金原料的导热系数为110-120W/m-K。

7.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于，在所述挤压成型工艺中，挤压筒的温度为360-400℃，所述镁合金铸造锭的挤压温度为340-420℃，所述镁合金铸造锭的挤压速度为4mm/s以上。