CN107604228B

CN107604228B - 高导热耐腐蚀压铸镁合金及其制备方法

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Publication number: CN107604228B
Application number: CN201710759508.3A
Authority: CN
Inventors: 李德江; 曾小勤; 丁文江
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2017-08-30
Filing date: 2017-08-30
Publication date: 2019-09-27
Anticipated expiration: 2037-08-30
Also published as: CN107604228A

Abstract

本发明提供了一种高导热耐腐蚀压铸镁合金及其制备方法，所述镁合金包括以下质量百分含量的各组分：Ce 3.5～5.0％，Al 2.5～3.5％，Mn 0.5％，Be0.05％，余量为Mg和不可避免杂质。本发明的高导热耐腐蚀镁合金经压铸后，合金的热导率大于100W/(m K)，抗拉强度250–260MPa。导热性能优异，抗腐蚀性好，因此具有很好的综合性能，同时工艺简单，易于成型，适合制作通讯用电子器件的散热系统结构以及各种散热器的备选材料，具有很好的实际应用价值。

Description

高导热耐腐蚀压铸镁合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种高导热耐腐蚀压铸镁合金及其制备方法。

背景技术

部分通讯行业散热部件不仅要求使用材料具有良好的导热性能，而且要求密度低，强度高又兼具一定的抗腐蚀能力，但目前市场上还没有满足要求的此种材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高导热耐腐蚀压铸镁合金及其制备方法，能够得到热导率大，抗拉强度高，抗腐蚀性好的镁合金。

为解决上述问题，本发明提供一种高导热耐腐蚀压铸镁合金，所述镁合金包括以下质量百分含量的各组分：

Ce 3.5～5.0％，Al 2.5～3.5％，Mn 0.5％，Be 0.05％，余量为Mg和不可避免杂质。

进一步的，在上述镁合金中，所述镁合金包括以下质量百分含量的各组分：

Ce 3.5％，Al 2.5～3.0％，Mn 0.5％，Be 0.05％，余量为Mg和不可避免杂质。

Ce 4.5％，Al 2.8％，Mn 0.4％，Be 0.05％，余量为Mg和不可避免杂质。

Ce 3.8％，Al 2.5％，Mn 0.4％，Be 0.05％，余量为Mg和不可避免杂质。

进一步的，在上述镁合金中，所述镁合金中合金元素Al和Ce的原子含量比例接近3.67。

根据本发明的另一面，提供一种高导热耐腐蚀压铸镁合金制备方法，用于制备上述的高导热耐腐蚀压铸镁合金，所述方法包括：

按待制备得到的镁合金压铸件的质量百分含量的各组分比例称取原料，预热原料和坩埚，其中，所述镁合金包括以下质量百分含量的各组分：Ce 3.5～5.0％，Al 2.5～3.5％，Mn 0.5％，Be 0.05％，余量为Mg和不可避免杂质，所述原料包括镁锭、Al锭、Al-Be中间合金、Mg-Ce和Mg-Mn中间合金；

将镁锭放入坩埚中，升温至700℃，待镁锭全部融化后加入Al锭，保温15分钟；

升温至710℃，搅拌后将Al-Be中间合金放入坩埚，保温15分钟；

升温至730℃，搅拌后将Mg-Ce和Mg-Mn中间合金放入坩埚，保温15分钟；

密封坩埚后在750℃保温，待合金元素全部熔化后开炉进行精炼；

精炼完后冷却至730℃保温15分钟，扒渣；

将扒渣后的金属液调至预设温度后浇注到预热好的金属模具中，进行高压压铸，得到镁合金压铸件。

进一步的，在上述方法中，所述精炼时间为10分钟左右，精炼过程中保持均匀搅拌，直至金属液面出现镜面光泽。

进一步的，在上述方法中，将扒渣后的金属液调至预设温度后浇注到预热好的金属模具中，包括：

将扒渣后的金属液调至700℃后浇注到预热好的金属模具中。

进一步的，在上述方法中，所述坩埚为井式电阻坩埚炉。

进一步的，在上述方法中，预热原料和坩埚，包括：

同时预热原材料至230℃和预热井式电阻坩埚炉至400℃。

与现有技术相比，本发明的镁合金包括以下质量百分含量的各组分：Ce 3.5～5.0％，Al 2.5～3.5％，Mn 0.5％，Be 0.05％，余量为Mg和不可避免杂质。本发明的高导热耐腐蚀镁合金经压铸后，合金的热导率大于100W/(m K)，抗拉强度250–260MPa。导热性能优异，抗腐蚀性好，因此具有很好的综合性能，同时工艺简单，易于成型，适合制作通讯用电子器件的散热系统结构以及各种散热器的备选材料，具有很好的实际应用价值。

附图说明

图1为本发明实施例1压铸合金的金相照片；

图2为本发明实施例1压铸合金的典型拉伸曲线；

图3为本发明实施例2压铸合金的金相照片；

图4为本发明实施例2压铸合金的典型拉伸曲线。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

镁合金具有密度低、比强度、比刚度高，导热性能好，切削加工型优良等一系列优点，是值得研究的潜在材料。

室温下纯镁的热导率是156W/(m K)，合金化后，其强度大幅度提高，而热导率随合金元素含量的增加而减小，另外不同的合金元素对热导率的影响大小也不同。

常用的压铸镁合金，比如AZ91和AM60等具有较好的机械性能，但其常温热导率只有53和60W/(m K)左右。添加Zn元素对镁合金热导率影响较小，因此常见的Mg-Zn系，如ZK60的室温热导率大于100W/(m K)，但Mg-Zn系凝固区间大，压铸过程中易开裂，用于压铸的Mg-Zn合金几乎没有。

与固溶到镁基体中相比，合金元素与镁形成金属间化合物对热导率的影响要小一个数量级。因此，在保证机械性能满足要求的前提下，尽量减小固溶原子含量，增加第二相比例，可以获得热导率较高的镁合金材料。

研究发现，当Mg-Al-Ce合金中Al/Ce原子含量比值接近Al11Ce3化合物中Al/Ce原子含量比值3.67时，Al元素基本都与Ce形成Al11Ce3第二相，而固溶于镁基体中的Al含量很少。同时，Al11Ce3第二相具有针状形貌，能钉扎位错，阻止晶界滑移，因此增强了合金屈服强度。

镁合金一个很大问题是其抗腐蚀性能差。其中杂质元素Ni、Co和Fe等为重要的影响因素。考虑添加适量的Mn和Be元素能增加熔体的纯净度，从而提高Mg-Al-Ce合金的耐腐蚀性。

如图1所示，本发明提供一种高导热耐腐蚀压铸镁合金，所述镁合金包括以下质量百分含量的各组分：Ce 3.5～5.0％，Al 2.5～3.5％，Mn 0.5％，Be 0.05％，余量为Mg和不可避免杂质。

本发明的高导热耐腐蚀镁合金经压铸后，合金的热导率大于100W/(m K)，抗拉强度250–260MPa。导热性能优异，抗腐蚀性好，因此具有很好的综合性能，同时工艺简单，易于成型，适合制作通讯用电子器件的散热系统结构以及各种散热器的备选材料，具有很好的实际应用价值。

本发明的高导热耐腐蚀压铸镁合金一实施例中，所述镁合金包括以下质量百分含量的各组分：

Ce 3.5％，Al 2.5～3.0％，Mn 0.5％，Be 0.05％，余量为Mg和不可避免杂质。若Mn含量过高，会形成Al-Mn相，合金力学性能下降；含量过低会可能导致合金抗腐蚀能力降低。

本发明的高导热耐腐蚀压铸镁合金一实施例中，所述镁合金中合金元素Al和Ce的原子含量比例接近3.67时，能获得综合性能优良的压铸镁合金。若Al元素含量过高，会有多余的Al元素固溶到镁基体中，导致镁合金热导率降低；若Al元素含量过低，多余的Ce元素会与Mg形成板块状Mg12Ce相，对合金的力学性能，尤其是塑形不利。

本发明还提供了一种高导热耐腐蚀压铸镁合金制备方法，包括以下步骤：

升温至710℃，搅拌后将Al-Be中间合金放入坩埚，保温15分钟；

精炼完后冷却至730℃保温15分钟，扒渣；

本发明的高导热耐腐蚀压铸镁合金制备方法一实施例中，所述精炼时间为10分钟左右，精炼过程中保持均匀搅拌，直至金属液面出现镜面光泽。

本发明的高导热耐腐蚀压铸镁合金制备方法一实施例中，将扒渣后的金属液调至预设温度后浇注到预热好的金属模具中，包括：

将扒渣后的金属液调至700℃后浇注到预热好的金属模具中。

本发明的高导热耐腐蚀压铸镁合金制备方法一实施例中，所述坩埚为井式电阻坩埚炉。

本发明的高导热耐腐蚀压铸镁合金制备方法一实施例中，预热原料和坩埚，包括：

同时预热原材料至230℃和预热井式电阻坩埚炉至400℃。

本发明的高导热耐腐蚀压铸镁合金制备方法一实施例中，所述镁合金包括以下质量百分含量的各组分：

本发明的高导热耐腐蚀压铸镁合金制备方法一实施例中，合金元素Al和Ce的原子含量比例接近3.67时，能获得综合性能优良的压铸镁合金。若Al元素含量过高，会有多余的Al元素固溶到镁基体中，导致镁合金热导率降低；若Al元素含量过低，多余的Ce元素会与Mg形成板块状Mg12Ce相，对合金的力学性能，尤其是塑形不利。

实施例1

本实施例提供了一种高导热耐腐蚀压铸镁合金，包括以下重量百分比的各组分：Ce 4.5％，Al 2.8％，Mn 0.4％，Be 0.05％，余量为Mg和不可避免杂质。其制备方法如下：

同时预热原材料(230℃)与井式电阻坩埚炉(400℃)，然后将所述原材料放入所述井式电阻坩埚炉中融化；

升温至700℃，待镁锭全部融化后加入Al锭，保温15分钟；

升温至710℃，搅拌后将Al-Be中间合金放入坩埚，保温15分钟；

升温至730℃，搅拌后将事先预热好的Mg-Ce和Mg-Mn中间合金放入坩埚，保温15分钟；

密封坩埚后在750℃保温，待合金元素全部熔化后开炉进行精炼10分钟左右，过程中应保持均匀搅拌且金属液面不动防止氧化，搅拌均匀后断电待金属冷却至730℃。保温15分钟，扒渣；

调整浇注温度到700℃，将金属液浇铸至事先预热的金属模具中，开始压铸过程，表1是压铸参数表。

表1压铸参数表

本实施例制备的镁合金的金相照片如图1所示，拉伸曲线如图2所示，热性质如表3所示。从图中可看出，晶粒为等轴枝晶，尺寸细小均匀，小于20μm。

表3

本实施例制备的镁合金屈服强度为150MPa，热导率108.4W/(m·K)，在标准盐雾试验下的腐蚀速率≤0.15g/cm3，具有较好的综合性能，可作为通讯用电子器件的散热系统结构以及各种散热器的备选材料。

实施例2

本实施例提供了一种高导热耐腐蚀压铸镁合金，包括以下重量百分比的各组分：Ce 3.8％，Al 2.5％，Mn 0.4％，Be 0.05％，余量为Mg和不可避免杂质。其制备方法如下：

升温至700℃，待镁锭全部融化后加入Al锭，保温15分钟；

升温至710℃，搅拌后将Al-Be中间合金放入坩埚，保温15分钟；

密封坩埚后在750℃保温，待合金元素全部熔化后开炉进行精炼10分钟左右，过程中应保持均匀搅拌且金属液面不动防止氧化，搅拌均匀后断电待金属冷却至730℃；

保温15分钟，扒渣；

调整浇注温度到700℃，将金属液浇铸至事先预热的金属模具中，开始压铸过程，表2是压铸参数表。

表2压铸参数表

本实施例制备的镁合金的金相照片如图3所示，拉伸曲线如图4所示，热性质如表4所示。从图中可看出，晶粒为等轴枝晶，尺寸细小均匀，小于20μm。

本实施例制备的镁合金屈服强度为155MPa，热导率112.7W/(m·K)，在标准盐雾试验下的腐蚀速率≤0.15g/cm3，具有良好的综合性能，可作为通讯用电子器件的散热系统结构以及各种散热器的备选材料。

表4

综上所述，本发明的镁合金包括以下质量百分含量的各组分：Ce 3.5～5.0％，Al2.5～3.5％，Mn 0.5％，Be 0.05％，余量为Mg和不可避免杂质。本发明的高导热耐腐蚀镁合金经压铸后，合金的热导率大于100W/(m K)，抗拉强度250–260MPa。导热性能优异，抗腐蚀性好，因此具有很好的综合性能，同时工艺简单，易于成型，适合制作通讯用电子器件的散热系统结构以及各种散热器的备选材料，具有很好的实际应用价值。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims

1.一种高导热耐腐蚀压铸镁合金，其特征在于，所述镁合金包括以下质量百分含量的各组分：

Ce 3.5～5.0%，Al 2.5～3.5%，Mn 0.5%，Be 0.05%，余量为Mg 和不可避免杂质；所述镁合金中合金元素Al 和Ce 的原子含量比例为3.67。

2.一种高导热耐腐蚀压铸镁合金制备方法，其特征在于，用于制备如权利要求1所述的高导热耐腐蚀压铸镁合金，所述方法包括：按待制备得到的镁合金压铸件的质量百分含量的各组分比例称取原料，预热原料和坩埚，

其中，所述原料包括镁锭、Al 锭、Al-Be 中间合金、Mg-Ce 和Mg-Mn 中间合金；

将镁锭放入坩埚中，升温至700℃ ，待镁锭全部融化后加入Al 锭，保温15分钟；

升温至710℃ ，搅拌后将Al-Be 中间合金放入坩埚，保温15 分钟；

升温至730℃ ，搅拌后将Mg-Ce和Mg-Mn 中间合金放入坩埚，保温15 分钟；

密封坩埚后在750℃ 保温，待合金元素全部熔化后开炉进行精炼；

精炼完后冷却至730℃ 保温15 分钟，扒渣；

3.如权利要求2 所述的高导热耐腐蚀压铸镁合金制备方法，其特征在于，所述精炼时间为10 分钟左右，精炼过程中保持均匀搅拌，直至金属液面出现镜面光泽。

4.如权利要求2 所述的高导热耐腐蚀压铸镁合金制备方法，其特征在于，将扒渣后的金属液调至预设温度后浇注到预热好的金属模具中，包括：将扒渣后的金属液调至700℃后浇注到预热好的金属模具中。

5.如权利要求2 所述的高导热耐腐蚀压铸镁合金制备方法，其特征在于，所述坩埚为井式电阻坩埚炉。

6.如权利要求2 所述的高导热耐腐蚀压铸镁合金制备方法，其特征在于，预热原料和坩埚，包括：同时预热原材料至230℃ 和预热井式电阻坩埚炉至400℃ 。