CN105463280A - 一种具有高热导率的镁合金及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型镁合金及其制备方法，尤其涉及一种具有高热导率的镁合金及其制备方法。本发明的一种具有高热导率的镁合金，包括以下重量百分比的化学组分：3.0～6.8％的Al；0.3～0.8％的Mn；2.8～4.8％的四元混合稀土，余量为Mg和不可避免的杂质；四元混合稀土含有La、Ce、Pr和Nd四种稀土元素。其有益效果是：本发明提供的一种具有高热导率的镁合金，除了具有传统的高强镁合金的强度之外，其导热率大大提高，可以通过压铸成型加工出尺寸多样的镁合金压铸件；具有良好的热导率，能够满足通讯及军工零部件对热导率的高要求，拓展了镁合金的运用领域。

Description

一种具有高热导率的镁合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种新型镁合金及其制备方法，尤其涉及一种具有高热导率的镁合金及其制备方法。

背景技术

随着人类社会的发展，世界能源危机与环境污染等问题目趋严重，金属材料的消耗与日俱增，地球表壳的资源日趋贫化。合理使用和保护资源，保护环境，实现可持续发展，已经成为社会各界共同关心的问题。作为一种环境友好的轻型材料，镁合金具有高比强度、高比刚度、优良的电磁屏蔽性能、优异的阻尼减震性能以及优异的铸造、切削加工性能和易回收等特点，已经发展成为继钢铁和铝之后的第三类金属结构材料，在汽车工业、航空工业、电子通讯工业以及国防军工等领域中的应用日益广泛。

镁合金是密排六方结构，室温塑性加工能力差，所以目前还只有铸造镁合金得到了大量的应用。目前广泛应用的镁合金牌号有AZ.AM系列压铸镁合金，以及添加碱土元素的耐热镁合金Mg-Al-Ca(AX)系和Mg-Al-Sr(AJ)系。含有稀土元素的镁合金也具有相关研究报道，例如CN200510038359.9公开了一种高强韧性耐热稀土镁合金，其成分的重量百分配比为：2～4％Al，0.8～2.0％Re，0.1～0.4％Mn，0.3～1.5％Sb，0.001～0.003％Be，其余为Mg。CN201110069380.0公开一种低成本、高强度的Mg-Al-Mn-xCe稀土压铸镁合金，包括下列原料：在Mg-Al-Mn合金中添加了占该Mg-Al-Mn-xCe稀土镁合金重量百分比为0.1～1.5％的Ce，所述Mg-Al-Mn合金中Al的重量百分比为6.0％，Mn的重量百分比为0.27％，余量为Mg。专利CN201210294073.7公开一种含稀土耐热镁合金，按质量百分数wt％计算由以下化学成分组成：Al：3.5-4.4，RE：5.5-6.4，Mn：0.17-0.25；其中RE为铈，镧和钕，其重量比例为Ce∶La∶Nd＝(35-40)∶(60-55)∶5。其合金的室温和高温力学性能优于AE44合金，可在180℃/80MPa条件下长期工作，可以用于自动变速箱壳体等对材料高温蠕变性能要求较高的部件。

但是因为镁合金的特性、相比较同类型的铝合金，镁合金存在导热率低的问题，无法满足散热的要求。申请人发现AZ.AM系列压铸镁合金、添加碱土元素的耐热镁合金Mg-Al-Ca(AX)系和Mg-Al-Sr(AJ)系镁合金、已有的含有稀土元素的镁合金同样存在导热率低的问题。低导热率不能铸造尺寸复杂的镁合金件以及不能满足通讯及军工零部件领域的高导热率要求，限制了镁合金的运用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有高热导率兼具高强度的新型镁合金及其制备方法。

本发明提供的一种具有高热导率的镁合金，其技术方案是：

一种具有高热导率的镁合金，包括以下重量百分比的化学组分：3.0～6.8％的Al、0.3～0.8％的Mn、2.8～4.8％的四元混合稀土、余量为Mg和不可避免的杂质；四元混合稀土含有La、Ce、Pr和Nd四种稀土元素。

优选地，包括以下重量百分比的化学组分：3.0～6.8％的Al、0.3～0.5％的Mn、3.0～4.8％的四元混合稀土、余量为Mg和不可避免的杂质；四元混合稀土含有La、Ce、Pr和Nd四种稀土元素。

优选地，包括以下重量百分比的化学组分：3.5～6.2％的Al、0.3～0.45％的Mn、3.0～4.8％的四元混合稀土、余量为Mg和不可避免的杂质；四元混合稀土含有La、Ce、Pr和Nd四种稀土元素。

优选地，包括以下重量百分比的化学组分：4.0～5.5％的Al、0.3～0.45％的Mn、3.5～4.8％的四元混合稀土、余量为Mg和不可避免的杂质；四元混合稀土含有La、Ce、Pr和Nd四种稀土元素。

优选地，包括以下重量百分比的化学组分：4.0～5.0％的Al、0.35～0.45％的Mn、3.5～4.5％的四元混合稀土、余量为Mg和不可避免的杂质；四元混合稀土含有La、Ce、Pr和Nd四种稀土元素。

本发明还提供了一种具有高热导率的镁合金的制备方法，其技术方案是：

一种具有高热导率的镁合金的制备方法，包括以下步骤：

(1)、原料准备：按重量百分配比计算，将3.0～6.8％的Al、0.3～0.8％的Mn、2.8～4.8％的四元混合稀土、余量为Mg配取合金原料，其中四元混合稀土含有La、Ce、Pr和Nd四种稀土元素；

(2)、合金熔炼：首先利用熔化设备将镁锭熔化，升温到730～760℃后加入AL和Mn，充分合金化后利用氩气进行精炼，捞掉精炼产生的浮渣和底渣，静置40～60分钟；然后用钟罩把四元混合稀土放入到镁液中，等候20～60秒后摇动熔化设备3-5分钟；最后吹氩气使四元混合稀土全部熔化混合形成合金溶液；

(3)、浇注铸锭：对合金溶液取样测试合格后进行铸锭浇注，得到镁合金铸锭。

优选地，熔化设备是坩埚。

优选地，镁锭是镁含量为99.95％的镁锭。

优选地，加入AL、Mn和四元混合稀土之前对AL、Mn和四元混合稀土进行预热，预热温度是200～300℃。

本发明的实施包括以下技术效果：

本发明提供了一种具有高热导率的镁合金，由于添加有特定含量和组分的稀土元素和其它合金元素，其固溶强化作用和细晶强化作用明显，除了具有传统的高强镁合金的强度之外，其导热率大大提高，通过压铸成型可以加工出尺寸多样的镁合金压铸件；具有良好的热导率，能够满足通讯及军工零部件对热导率的要求，改善传热方式，拓展了镁合金的运用领域。

本发明提供的一种具有高热导率的镁合金的制备方法的工艺要求简单，能满足工业化生产要求，能够降低镁合金铸件的缩孔、缩松和偏析等缺陷，非常适于广泛推广。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明加以详细说明，需要指出的是，所描述的实施例仅旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。

为解决现有镁合金热导率低的问题，本发明开发了一种含四元混合稀土的高热导率镁合金，包括以下重量百分比的化学组分：3.0～6.8％的Al(铝)；0.3～0.8％的Mn(锰)；2.8～4.8％的四元混合稀土，余量为Mg(镁)和不可避免的杂质；四元混合稀土含有La(镧)、Ce(铈)、Pr(镨)和Nd(钕)四种稀土元素。含有上述合金组分的镁合金既能达到传统的高强镁合金的强度，还使其导热率和导电率大大提高。通过压铸成型可以加工出尺寸多样的镁合金压铸件，具有良好的热导率和导电率，能够满足通讯及军工零部件对热导率和导电率的要求，改善传热方式，拓展了镁合金的运用领域。下述为具体实施例。

实施例1

本实施提供的一种具有高热导率的镁合金的制备方法，包括以下步骤：

(1)、原料准备：按重量百分配比计算，将3.0％的Al、0.65％的Mn、3.5％的四元混合稀土、余量为Mg配取合金原料，其中四元混合稀土含有La、Ce、Pr和Nd四种稀土元素。

(2)、合金熔炼：首先利用熔化设备(例如坩埚)将镁锭熔化，升温到730℃后加入AL和Mn；充分合金化后利用氩气进行精炼，捞掉精炼产生的浮渣和底渣，静置40分钟；然后用钟罩把四元混合稀土缓慢放入到镁液中，等候30秒，等候过程中只可轻微左右摇动，特别是不要大辐度上下摇动，以免稀土沉入炉底，再往前后左右方向摇动熔化设备3分钟；最后吹氩气使四元混合稀土全部熔化混合形成合金溶液；本实施例中镁锭优选镁含量为99.95％的镁锭，加入的AL和Mn是具有相应比例的AL-Mn合金(即所添加的AL-Mn合金中AL占比82.19％，Mn占比17.81％)，作为进一步优选加入AL、Mn和四元混合稀土之前对AL、Mn和四元混合稀土进行预热，预热温度可以是200℃。

(3)、浇注铸锭：对合金溶液取样测试合格后进行铸锭浇注，得到镁合金铸锭。

实施例2

本实施提供的一种具有高热导率的镁合金的制备方法，包括以下步骤：

(1)、原料准备：按重量百分配比计算，将4.0％的Al、0.35％的Mn、2.8％的四元混合稀土、余量为Mg配取合金原料，其中四元混合稀土是La、Ce、Pr和Nd四种稀土元素。

(2)、合金熔炼：首先利用熔化设备(例如坩埚)将镁锭熔化，升温到740℃后加入AL和Mn；充分合金化后利用氩气进行精炼，捞掉精炼产生的浮渣和底渣，静置50分钟；然后用钟罩把四元混合稀土缓慢放入到镁液中，等候20秒，等候过程中只可轻微上下左右摇动，特别是不要大辐度上下摇动，以免稀土沉入炉底，再往前后左右方向摇动熔化设备4分钟；最后吹氩气使四元混合稀土全部熔化混合形成合金溶液；本实施例中镁锭优选镁含量为99.95％的镁锭，作为进一步优选加入AL、Mn和四元混合稀土之前对AL、Mn和四元混合稀土进行预热，预热温度可以是250℃。

(3)、浇注铸锭：对合金溶液取样测试合格后进行铸锭浇注，得到镁合金铸锭。

实施例3

本实施提供的一种具有高热导率的镁合金的制备方法，包括以下步骤：

(1)、原料准备：按重量百分配比计算，将5.0％的Al、0.3％的Mn、4.8％的四元混合稀土、余量为Mg配取合金原料，其中四元混合稀土含有La、Ce、Pr和Nd四种稀土元素。

(2)、合金熔炼：首先利用熔化设备(例如坩埚)将镁锭熔化，升温到750℃后加入AL和Mn；充分合金化后利用氩气进行精炼，捞掉精炼产生的浮渣和底渣，静置60分钟；然后用钟罩把四元混合稀土缓慢放入到镁液中，等候60秒，等候过程中只可轻微上下左右摇动，特别是不要大辐度上下摇动，以免稀土沉入炉底，再往前后左右方向摇动熔化设备5分钟；最后吹氩气使四元混合稀土全部熔化混合形成合金溶液；本实施例中镁锭优选镁含量为99.95％的镁锭，作为进一步优选加入AL、Mn和四元混合稀土之前对AL、Mn和四元混合稀土进行预热，预热温度可以是250℃。

(3)、浇注铸锭：对合金溶液取样测试合格后进行铸锭浇注，得到镁合金铸锭。

实施例4

本实施提供的一种具有高热导率的镁合金的制备方法，包括以下步骤：

(1)、原料准备：按重量百分配比计算，将6.2％的Al、0.8％的Mn、3.0％的四元混合稀土、余量为Mg配取合金原料，其中四元混合稀土含有La、Ce、Pr和Nd四种稀土元素。

(2)、合金熔炼：首先利用熔化设备(例如坩埚)将镁锭熔化，升温到760℃后加入AL和Mn；充分合金化后利用氩气进行精炼，捞掉精炼产生的浮渣和底渣，静置40分钟；然后用钟罩把四元混合稀土缓慢放入到镁液中，等候30秒，等候过程中只可轻微上下左右摇动，特别是不要大辐度上下摇动，以免稀土沉入炉底，再往前后左右方向摇动熔化设备3分钟；最后吹氩气使四元混合稀土全部熔化混合形成合金溶液；本实施例中镁锭优选镁含量为99.95％的镁锭，作为进一步优选加入AL、Mn和四元混合稀土之前对AL、Mn和四元混合稀土进行预热，预热温度可以是200℃。

(3)、浇注铸锭：对合金溶液取样测试合格后进行铸锭浇注，得到镁合金铸锭。

实施例5

本实施提供的一种具有高热导率的镁合金的制备方法，包括以下步骤：

(1)、原料准备：按重量百分配比计算，将6.8％的Al、0.5％的Mn、4.5％的四元混合稀土、余量为Mg配取合金原料，其中四元混合稀土是La、Ce、Pr和Nd四种稀土元素。

(2)、合金熔炼：首先利用坩埚将镁锭熔化，升温到735℃后加入AL和Mn；充分合金化后利用氩气进行精炼，捞掉精炼产生的浮渣和底渣，静置45分钟；然后用钟罩把四元混合稀土缓慢放入到镁液中，等候40秒，等候过程中只可轻微上下左右摇动，特别是不要大辐度上下摇动，以免稀土沉入炉底，再往前后左右方向摇动熔化设备3.5分钟；最后吹氩气使四元混合稀土全部熔化混合形成合金溶液；本实施例中镁锭优选镁含量为99.95％的镁锭，作为进一步优选加入AL、Mn和四元混合稀土之前对AL、Mn和四元混合稀土进行预热，预热温度可以是300℃。

(3)、浇注铸锭：对合金溶液取样测试合格后进行铸锭浇注，得到镁合金铸锭。

实施例6

本实施提供的一种具有高热导率的镁合金的制备方法，包括以下步骤：

(1)、原料准备：按重量百分配比计算，将5.5％的Al、0.4％的Mn、3.5％的四元混合稀土、余量为Mg配取合金原料，其中四元混合稀土由La、Ce、Pr和Nd四种稀土元素组成。

(2)、合金熔炼：首先利用坩埚将镁锭熔化，升温到760℃后加入AL和Mn；充分合金化后利用氩气进行精炼，捞掉精炼产生的浮渣和底渣，静置50分钟；然后用钟罩把四元混合稀土缓慢放入到镁液中，等候30秒，等候过程中只可轻微上下左右摇动，特别是不要大辐度上下摇动，以免稀土沉入炉底，再往前后左右方向摇动熔化设备4分钟；最后吹氩气使四元混合稀土全部熔化混合形成合金溶液；本实施例中镁锭优选镁含量为99.95％的镁锭，作为进一步优选加入AL、Mn和四元混合稀土之前对AL、Mn和四元混合稀土进行预热，预热温度可以是200℃。

(3)、浇注铸锭：对合金溶液取样测试合格后进行铸锭浇注，得到镁合金铸锭。

为了研究本实施例1～6得到的镁合金铸锭与现有的镁合金AZ91D和AM60的热导率性能，进行热导率测试，其热导率数据如下：

从上表可知本发明提供的新型四元混合稀土镁合金的热导率远远大于现有的常规镁合金，并且完全能够满足高热导率产品的要求，扩展了镁合金的新应用。同时本实施例得到的镁合金的平均电导率为120S/m，也优于现有镁合金的电导率。即本实施例提供的镁合金锭兼具高热导率和高电导率的优点。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (9)

1.一种具有高热导率的镁合金，其特征在于：包括以下重量百分比的化学组分：3.0～6.8％的Al、0.3～0.8％的Mn、2.8～4.8％的四元混合稀土、余量为Mg和不可避免的杂质；所述四元混合稀土含有La、Ce、Pr和Nd四种稀土元素。

2.根据权利要求1所述的一种具有高热导率的镁合金，其特征在于：包括以下重量百分比的化学组分：3.0～6.8％的Al、0.3～0.5％的Mn、3.0～4.8％的四元混合稀土、余量为Mg和不可避免的杂质；所述四元混合稀土含有La、Ce、Pr和Nd四种稀土元素。

3.根据权利要求1所述的一种具有高热导率的镁合金，其特征在于：包括以下重量百分比的化学组分：3.5～6.2％的Al、0.3～0.45％的Mn、3.0～4.8％的四元混合稀土、余量为Mg和不可避免的杂质；所述四元混合稀土含有La、Ce、Pr和Nd四种稀土元素。

4.根据权利要求1所述的一种具有高热导率的镁合金，其特征在于：包括以下重量百分比的化学组分：4.0～5.5％的Al、0.3～0.45％的Mn、3.5～4.8％的四元混合稀土、余量为Mg和不可避免的杂质；所述四元混合稀土含有La、Ce、Pr和Nd四种稀土元素。

5.根据权利要求1所述的一种具有高热导率的镁合金，其特征在于：包括以下重量百分比的化学组分：4.0～5.0％的Al、0.35～0.45％的Mn、3.5～4.5％的四元混合稀土、余量为Mg和不可避免的杂质；所述四元混合稀土含有La、Ce、Pr和Nd四种稀土元素。

6.一种具有高热导率的镁合金的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)、原料准备：按重量百分配比计算，将3.0～6.8％的Al、0.3～0.8％的Mn、2.8～4.8％的四元混合稀土、余量为Mg配取合金原料，其中四元混合稀土含有La、Ce、Pr和Nd四种稀土元素；

(2)、合金熔炼：首先利用熔化设备将镁锭熔化，升温到730～760℃后加入AL和Mn，充分合金化后利用氩气进行精炼，捞掉精炼产生的浮渣和底渣，静置40～60分钟；然后用钟罩把四元混合稀土放入到镁液中，等候20～60秒后摇动熔化设备3-5分钟；最后吹氩气使四元混合稀土全部熔化混合形成合金溶液；

(3)、浇注铸锭：对合金溶液取样测试合格后进行铸锭浇注，得到镁合金铸锭。

7.根据权利要求6所述的一种具有高热导率的镁合金的制备方法，其特征在于：所述熔化设备是坩埚。

8.根据权利要求6所述的一种具有高热导率的镁合金的制备方法，其特征在于：所述镁锭是镁含量为99.95％的镁锭。

9.根据权利要求6所述的一种具有高热导率的镁合金的制备方法，其特征在于：加入AL、Mn和四元混合稀土之前对AL、Mn和四元混合稀土进行预热，预热温度是200～300℃。