CN109136699B - 高导热镁合金、逆变器壳体、逆变器及汽车 - Google Patents

高导热镁合金、逆变器壳体、逆变器及汽车 Download PDF

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Abstract

本发明提供高导热镁合金、逆变器壳体、逆变器及汽车，基于高导热镁合金的总质量，该高导热镁合金包括：2.0‑4.0重量％的Al，0.1‑0.3重量％的Mn，1.0‑2.0重量％的La，2.0～4.0重量％的Ce，0.1～1.0重量％的Nd，0.5～2.0重量％的Zn，0.1～0.5重量％的Ca，小于0.1重量％的Sr，小于0.1重量％的Cu，和余量的镁。该镁合金具有非常高的导热率的同时力学性能理想，可以有效用于对导热性能要求较高、且要求质轻的条件和环境下，如用于制作汽车的逆变器壳体等，大大扩展了镁合金的应用范围。

Description

高导热镁合金、逆变器壳体、逆变器及汽车
技术领域
本发明涉及材料技术领域，具体的，涉及高导热镁合金及其应用，更具体的，涉及高导热镁合金，由上述高导热镁合金形成的逆变器壳体，包括上述逆变器壳体的逆变器和包含上述逆变器的汽车。
背景技术
市场上现有的常规压铸镁合金为AZ91D，其主要成分为：Al：8.5～9.5％，Zn：0.45～0.90％，Mn：0.17～0.4％，Si：≤0.05％，Cu：≤0.025％，Ni：≤0.001％，Fe：≤0.004％，其余为镁。该材料流动成形性能好，成本低廉，力学性能较高，但导热率偏小，仅为<60W/m.K，从而限制了镁合金材料的广泛应用。
因而，目前镁合金的相关研究仍有待改进。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种具有良好的导热性能，或者同时具有理想的力学性能的压铸镁合金。
在本发明的一个方面，本发明提供了一种高导热镁合金。根据本发明的实施例，基于所述高导热镁合金的总质量，所述镁合金包括：2.0-4.0重量％的Al，0.1-0.3重量％的Mn，1.0-2.0重量％的La，2.0～4.0重量％的Ce，0.1～1.0重量％的Nd，0.5～2.0重量％的Zn，0.1～0.5重量％的Ca，小于0.1重量％的Sr，小于0.1重量％的Cu，和余量的镁。发明人发现，含有上述组分的镁合金具有非常高的导热率的同时力学性能理想，可以有效用于对导热性能要求较高、且要求质轻的条件和环境下，如用于制作汽车的逆变器壳体等，大大扩展了镁合金的应用范围。
在本发明的另一方面，本发明提供了一种逆变器壳体。根据本发明的实施例，该逆变器壳体的至少一部分是由前面所述的高导热镁合金形成的。由此，该逆变器壳体具有非常高的导热率，具有非常好的散热性能，使得采用该逆变器壳体的逆变器的安全性、使用寿命明显改善。
在本发明的又一方面，本发明提供了一种逆变器。根据本发明的实施例，该逆变器包括前面所述的逆变器壳体。发明人发现，该逆变器具有良好的散热性能，使用安全性明显提高，使用寿命显著延长。
在本发明的再一方面，本发明提供了一种汽车。根据本发明的实施例，该汽车包括前面所述的逆变器。该汽车具有前面所述的逆变器的所有特征和优点，在此不再一一赘述。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
在本发明的一个方面，本发明提供了一种高导热镁合金。根据本发明的实施例，基于所述高导热镁合金的总质量，所述镁合金包括：2.0-4.0重量％的Al，0.1-0.3重量％的Mn，1.0-2.0重量％的La，2.0～4.0重量％的Ce，0.1～1.0重量％的Nd，0.5～2.0重量％的Zn，0.1～0.5重量％的Ca，小于0.1重量％的Sr，小于0.1重量％的Cu，和余量的镁。发明人发现，含有上述组分的镁合金具有非常高的导热率的同时力学性能理想，可以有效用于对导热性能要求较高、且要求质轻的条件和环境下，如用于制作汽车的逆变器壳体等，大大扩展了镁合金的应用范围。
根据本发明的实施例，在上述镁合金中，铝可以提高合金的强度和耐腐蚀性能；锰可以提高合金的伸长率和韧性；添加La、Ce、Nd等稀土元素可显著提高镁合金的高温性能，并且在铸造过程中还可以显著细化合金颗粒，而且镁能与上述稀土元素形成固溶体，且富镁区为低熔点简单共晶并在晶界处呈网状分布，抑制微孔的形成，从而提高镁合金铸造性能和导热性能，其中，Nd对镁合金细晶强化影响较大，Ce对显微组织的细化作用有利于提高合金的力学性能和耐腐蚀性能；锌能够发挥固溶强化作用并形成强化相；加入少量Ca、Sr均可以防止合金在熔炼过程中氧化。发明人将上述各组分按照上述比例混合形成镁合金，各组分互相协同作用，得到的镁合金同时具有优异的导热性能和力学性能，可以有效应用于多种领域，特别是对导热性能具有较高要求的情况。
根据本发明的实施例，为了进一步提高镁合金的使用性能，基于所述高导热镁合金的总质量，所述镁合金可以包括：0.15-0.3重量％的Mn，2.5～4.0重量％的Ce。由此，可以在保证镁合金具有理想的导热性能的同时，具有良好的力学性能，以更好的满足不同工作环境和条件的使用要求。
根据本发明的一个具体实施例，基于所述高导热镁合金的总质量，所述镁合金可以包括：3.0重量％的Al，0.25重量％的Mn，1.55重量％的La，3.0重量％的Ce，0.13重量％的Nd，0.6重量％的Zn，0.15重量％的Ca，小于0.1重量％的Sr，小于0.1重量％的Cu，和余量的镁。
根据本发明的另一个具体实施例，基于所述高导热镁合金的总质量，所述镁合金可以包括：2.0重量％的Al，0.15重量％的Mn，2.0重量％的La，2.5重量％的Ce，0.1重量％的Nd，2.0重量％的Zn，0.1重量％的Ca，小于0.1重量％的Sr，小于0.1重量％的Cu，和余量的镁。
根据本发明的另一个具体实施例，基于所述高导热镁合金的总质量，所述镁合金可以包括：4.0重量％的Al，0.1重量％的Mn，1.0重量％的La，2.0重量％的Ce，1.0重量％的Nd，0.5重量％的Zn，0.5重量％的Ca，小于0.1重量％的Sr，小于0.1重量％的Cu，和余量的镁。
根据本发明的另一个具体实施例，基于所述高导热镁合金的总质量，所述镁合金可以包括：2.5重量％的Al，0.3重量％的Mn，1.0重量％的La，4.0重量％的Ce，0.5重量％的Nd，1.5重量％的Zn，0.3重量％的Ca，小于0.1重量％的Sr，小于0.1重量％的Cu，和余量的镁。
发明人发现，具有上述配方的镁合金，在具有优异的导热性能的同时，力学性能理想。
发明人经过大量实验验证发现，根据本发明的实施例的镁合金具有显著优于现有镁合金的导热性能，实验结果表明，具有上述成分和配比的镁合金的导热率可以大于110w/m.k。由此，该镁合金可以有效应用于各种对导热性能具有较好的要求的环境，且镁合金同时具有密度小，比强度高，比弹性模量大，消震性好，耐有机物和碱的腐蚀性能好等优点。
另外，根据本发明实施例的镁合金还可以满足以下条件的至少之一：抗拉强度大于220MPa；屈服强度大于150MPa；延伸率大于4％。由此，该镁合金在在具有良好的导热性能的同时，其力学性能也较佳，能够满足不同领域、不同工作环境和条件的使用要求。
在本发明的另一方面，本发明提供了一种逆变器壳体。根据本发明的实施例，该逆变器壳体的至少一部分是由前面所述的高导热镁合金形成的。由此，该逆变器壳体具有非常高的导热率，具有非常好的散热性能，使得采用该逆变器壳体的逆变器的安全性、使用寿命明显改善。
根据本发明的实施例，该逆变器壳体的具体结构等没有特别限制，可以为本领域任何已知的逆变器壳体结构，本领域技术人员可以根据实际需要灵活选择。而且，可以逆变器壳体的一部分，如对导热性能要求较高的部分由本发明的镁合金制备，也可以逆变器壳体全部由本发明的镁合金制备，本领域也可以根据成本、使用要求等灵活选择。
在本发明的又一方面，本发明提供了一种逆变器。根据本发明的实施例，该逆变器包括前面所述的逆变器壳体。发明人发现，该逆变器具有良好的散热性能，使用安全性明显提高，使用寿命显著延长。且本领域技术人员可以理解，该逆变器具有前面所述的逆变器壳体的全部特征和优点，在此不再过多赘述。
根据本发明的实施例，除了前面所述的逆变器壳体，该逆变器还包括常规逆变器具有的必要的结构和部件，例如逆变桥、控制逻辑和滤波电路等，在此不再一一赘述。
在本发明的再一方面，本发明提供了一种汽车。根据本发明的实施例，该汽车包括前面所述的逆变器。由此，该汽车逆变器具有较好的导热性能和力学性能，安全性大大提高，同时由镁合金制备逆变器壳体，有利于汽车轻量化，用户体验更佳。且该汽车具有前面所述的逆变器的所有特征和优点，在此不再一一赘述。
根据本发明的实施例，除了上述逆变器之外，该汽车具有常规汽车所具有的必要的结构和部件，如车身、引擎、车轮、内饰等等，在此不再过多赘述。
实施例1
镁合金配方：3.0重量％的Al，0.25重量％的Mn，1.55重量％的La，3.0重量％的Ce，0.13重量％的Nd，0.6重量％的Zn，0.15重量％的Ca，小于0.1重量％的Sr，小于0.1重量％的Cu，和余量的镁
制备步骤：将纯镁锭与纯铝锭放入熔炼炉中熔炼，熔炼温度700-750℃；向熔炼炉中加入Mg-Ca、Mg-Mn、Mg-Zn中间合金，使其完全熔化，熔炼温度700-750℃；向熔炼炉中加入Mg-La、Mg-Ce、Mg-Nd中间合金，熔炼温度700-750℃，同时加入覆盖剂熔体表面；用RJ-5熔剂对熔体进行15分钟精炼处理，精炼温度730℃-760℃，然后静置80-120分钟，温度650℃-730℃，其中，Sr和Cu可以通过上述原料中的杂质引入，因此不需要单独加入。
实施例2
镁合金配方：2.0重量％的Al，0.15重量％的Mn，2.0重量％的La，2.5重量％的Ce，0.1重量％的Nd，2.0重量％的Zn，0.1重量％的Ca，小于0.1重量％的Sr，小于0.1重量％的Cu，和余量的镁。
制备步骤：同实施例1。
实施例3
镁合金配方：4.0重量％的Al，0.1重量％的Mn，1.0重量％的La，2.0重量％的Ce，1.0重量％的Nd，0.5重量％的Zn，0.5重量％的Ca，小于0.1重量％的Sr，小于0.1重量％的Cu，和余量的镁。
制备步骤：同实施例1。
实施例4
镁合金配方：2.5重量％的Al，0.3重量％的Mn，1.0重量％的La，4.0重量％的Ce，0.5重量％的Nd，1.5重量％的Zn，0.3重量％的Ca，小于0.1重量％的Sr，小于0.1重量％的Cu，和余量的镁。
制备步骤：同实施例1。
对比例1
镁合金配方：6重量％的Al，0.4重量％的Mn，0.48重量％的Zn，1.2重量％的Ca，小于0.1重量％的Sr，小于0.1重量％的Cu，和余量的镁。
制备步骤：同实施例1。
对比例2
镁合金配方：6.0重量％的Al，0.25重量％的Mn，1.55重量％的La，3.0重量％的Ce，0.013重量％的Nd，0.6重量％的Zn，0.15重量％的Ca，小于0.1重量％的Sr，小于0.1重量％的Cu，和余量的镁。
制备步骤：同实施例1。
实施例5
将实施例1-4和对比例1-2中制备获得的镁合金进行力学性能和导热系数测试，其中：
(1)导热系数测试试验：根据ASTM E 1461-07的测试方法，采用激光闪射法对直径为12.7mm且厚度为3mm的镁合金圆片进行导热系数的测试。
(2)拉伸性能测试试验：根据ISO 6892-1的测试方法，将冶炼完的镁合金熔体采用压力铸造设备注入到模具腔体中，得到壁厚为3mm的拉伸铸件，采用万能力学试验机进行拉伸测试，得到屈服强度和延伸率，其中，屈服强度为产生0.2％残余变形的屈服极限，延伸率为断裂延伸率。
实施例1-4和对比例1-2的实验结果见表1。
表1
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 对比例1 对比例2
抗拉强度/MPa 223 222 224 223 190 230
屈服强度/MPa 155 153 154 152 140 160
延伸率/％ 5 5 5 5 3 4
导热系数/W/(m·K) 114 112 110 113 70 75
由表1的数据可知，相对于对比例1-2，本发明实施例1-4获得的镁合金的力学性能基本一致，但导热系数明显提升，说明本发明的镁合金在保证满足要求的力学性能的前提下，具有优异的导热性能。
将实施例1中制备获得的镁合金和AZ91D镁合金进行力学性能测试和材料成型流性检测，其中，力学性能测试标准为ISO 6892-1，测得材料成型流性的样品采用蚊香模、大气压铸成型，模温200℃，压铸温度700℃，压射速度3圈，二速起点位置为140mm，记录压射蚊香模长度，用以类比材料流动性。结果分别见表2和表3。
表2
Figure BDA0001323016240000061
表3
Figure BDA0001323016240000062
由表2和表3的数据可知，相比AZ91D镁合金，本发明的高导热镁合金具有非常高的导热率和散热能力，兼具较高的抗拉强度、屈服强度和伸长率，同时具有非常好的成形性和回收能力。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (6)

1.一种高导热镁合金，其特征在于，基于所述高导热镁合金的总质量，所述镁合金包括下列之一：
2.0重量％的Al，0.15重量％的Mn，2.0重量％的La，2.5重量％的Ce，0.1重量％的Nd，2.0重量％的Zn，0.1重量％的Ca，小于0.1重量％的Sr，小于0.1重量％的Cu，和余量的镁；
2.5重量％的Al，0.3重量％的Mn，1.0重量％的La，4.0重量％的Ce，0.5重量％的Nd，1.5重量％的Zn，0.3重量％的Ca，小于0.1重量％的Sr，小于0.1重量％的Cu，和余量的镁。
2.根据权利要求1所述的高导热镁合金，其特征在于，导热率大于110w/m.k。
3.根据权利要求2所述的高导热镁合金，其特征在于，满足以下条件的至少之一：
抗拉强度大于220MPa；
屈服强度大于150MPa；
延伸率大于4％。
4.一种逆变器壳体，其特征在于，所述逆变器壳体的至少一部分是由权利要求1-3中任一项所述的高导热镁合金形成的。
5.一种逆变器，其特征在于，包括权利要求4所述的逆变器壳体。
6.一种汽车，其特征在于，包括权利要求5所述的逆变器。
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