CN109207824A

CN109207824A - 一种镁合金及其制备方法和手机

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Publication number: CN109207824A
Application number: CN201710514002.6A
Authority: CN
Inventors: 李运春; 曹梦梦; 巩泉雨; 郭强
Original assignee: BYD Co Ltd
Current assignee: BYD Co Ltd
Priority date: 2017-06-29
Filing date: 2017-06-29
Publication date: 2019-01-15

Abstract

本发明公开了一种镁合金及其制备方法和手机。以该镁合金的总重量为基准，该镁合金含有2‑4.5wt%的Al，0.02‑0.5wt%的Zn，2‑3.5wt%的Ce，1‑2wt%的La，0.0002‑0.05wt%的Be，0.1‑0.5wt%的Mn，0‑0.05wt%的Fe，0‑0.01wt%的Cu和89.09‑94.8798wt%的Mg。本发明还公开了制备镁合金的方法，包括将镁合金原料进行熔炼，并将熔炼得到的合金液进行浇铸，冷却后得到镁合金，所述镁合金原料的组成使得得到的镁合金为上述镁合金。本发明还公开了一种手机，该手机包含由本发明的镁合金经成型加工制得的手机中框。本发明制得的镁合金的不仅具有较好力学性能，而且具有良好的导热性能，同时还具有优异的耐腐蚀性能。

Description

一种镁合金及其制备方法和手机

技术领域

本发明涉及材料技术领域，具体涉及一种镁合金及其制备方法和手机。

背景技术

电子产品由于通常需要复杂精密的结构件，因此压铸合金成为常用的结构件（例如，手机中框）。目前常用的压铸镁合金属于AZ91系列合金，该类合金具有良好的铸造性能及机械强度，经时效处理后的材料的强度甚至可以超过ZL104铝合金，因此得到广泛应用。但是，AZ91系列合金的导热系数只有70W/(m•K)，远低于铸造铝合金所具有的100W/(m•K)以上的导热系数。因此，现有低导热系数的镁合金作为电子产品的零部件显然不能满足电子产品对散热的要求。另外，作为电子产品的结构件，还需要镁合金具有较好的耐腐蚀性能，以满足器件加工以及使用要求。

公开号为CN106661682A的发明专利申请公开了一种基于镁的合金，其包含2.6-5.5重量％铝(Al)，2.7-3.5重量％镧(La)，0.1-1.6重量％铯(Ce)，0.14-0.50重量％锰(Mn)，0.0003-0.0020重量％铍(Be)，和任选的最高达0.35重量％锌(Zn)，最高达0.40重量％锡(Sn)，最高达0.20重量％钕(Nd)和最高达0.10重量％镨(Pr)，其余是镁和不可避免的杂质。所述合金虽然特别适用于高压压铸工艺，然而其导热系数却低于100W/(m•K)。

公开号为CN102994840A的发明专利申请公开了一种MgAlZn系耐热镁合金，属于镁合金领域。所述镁合金由Mg、Al、Zn、Mn、稀土及Nb组成，其重量百分组成为Al 1.5％-18％、Zn 0.1％-3.5％、Mn 0.1％-2.2％、稀土0.0002％-8％、Nb 0.0002％-2.2％，其余为Mg。该发明目的在于提高镁合金的耐高温性能。

因此，目前迫切需要一种既具有优良的力学性能，又具有高导热系数，同时具有良好耐腐蚀性和流动性的镁合金，以便满足电子产品发展的需求。

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既具有优良的力学性能，又具有高导热系数，同时具有良好耐腐蚀性和流动性的镁合金。

在本发明的一个方面，本发明提供了一种镁合金，以该镁合金的总重量为基准，该镁合金含有以下组分：

Al 2-4.5wt%，

Zn 0.02-0.5wt%，

Ce 2-3.5wt%，

La 1-2wt%，

Be 0.0002-0.05wt%，

Mn 0.1-0.5wt%，

Fe 0-0.05wt%，

Cu 0-0.01wt%，

Mg 89.09-94.8798wt%。

在本发明的另一个方面，本发明提供了一种镁合金，以该镁合金的总重量为基准，该镁合金含有以下组分：

Al 2-4.5wt%，

Zn 0.02-0.5wt%，

Ce 2-3.5wt%，

La 1-2wt%，

Be 0.0002-0.05wt%，

Mn 0.1-0.5wt%，

Fe 0-0.05wt%，

Cu 0-0.01wt%，

余量为Mg和不可避免的杂质。

在本发明的又一个方面，本发明提供了一种制备镁合金的方法，该方法包括将镁合金原料进行熔炼，并将熔炼得到的合金液进行浇铸，冷却后得到镁合金，其中，所述镁合金原料的组成使得得到的镁合金为本发明所述的镁合金。

在本发明的再一个方面，本发明提供了一种手机，该手机包含由本发明的镁合金经成型加工制得的手机中框。

通过上述技术方案，本发明制得的镁合金的不仅具有较好力学性能，而且具有良好的导热性能，同时还具有优异的耐腐蚀性能。该镁合金适于作为对导热性能和耐腐蚀性能要求较高的结构材料，特别是作为手机的中框材料。稀土元素Ce和La的添加，弥补了铝锌元素下降导致的铸造性下降和强度下降，同时提升了导热性能和耐蚀性能。同时，微量Be元素的加入进一步提高了镁合金的力学性能、耐蚀性和导热性能。

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。

本发明提供了一种镁合金，以该镁合金的总重量为基准，该镁合金含有以下组分：

Al 2-4.5wt%，

Zn 0.02-0.5wt%，

Ce 2-3.5wt%，

La 1-2wt%，

Be 0.0002-0.05wt%，

Mn 0.1-0.5wt%，

Fe 0-0.05wt%，

Cu 0-0.01wt%，

Mg 89.09-94.8798wt%。

在本发明还提供一种镁合金，以该镁合金的总重量为基准，该镁合金含有以下组分：

Al 2-4.5wt%，

Zn 0.02-0.5wt%，

Ce 2-3.5wt%，

La 1-2wt%，

Be 0.0002-0.05wt%，

Mn 0.1-0.5wt%，

Fe 0-0.05wt%，

Cu 0-0.01wt%，

余量为Mg和不可避免的杂质。

本发明的镁合金含有Ce和La元素。这两种元素可以增大镁合金中的合金结晶温度的间隔，因此可以显著改善镁合金的铸造性能，同时，这两种元素在镁合金中具有较大的活性，优先在表层形成致密氧化膜，防止熔体继续氧化，有利于耐蚀性的提升；与熔体内部杂质元素反应，从而起到净化熔体，增强导热性能的作用。另一方面，这两种元素可以析出强化相,可以提高镁合金的强度。在本发明中，以镁合金的总重量为基准，Ce元素的含量为2-3.5wt%，优选为2.2-3.2wt%。La元素的含量为1-2wt%，优选为1.2-1.8wt%。

发明人发现，在上述镁合金中，当Ce的含量与La的含量的比值为（1.5-2.5）：1时，镁合金的力学性能、导热性能、耐腐蚀性能和流动性均处在较优的范围内。

本发明的镁合金含有Be元素。微量的Be能在溶体表面形成致密氧化膜，有效阻止镁合金溶体表面的氧化，进而提高镁合金的耐蚀性。由于有效阻止了溶体表面的氧化，所以Be还能溶体的流动性也会相应的提升。在本发明中，以镁合金的总重量为基准，Be元素的含量为0.0002-0.05wt%，优选为0.0002-0.01wt%。当Be控制在该含量范围内时，Be既能起到上述有益效果，而且还能一定程度上提高镁合金的力学性能。但Be的含量也不宜过高，因为当Be含量过高时，Be会粗化晶粒，反而会影响镁合金的力学性能。另外，考虑到Be具有毒性且成本高，所以其用量也不宜过多。

本发明的镁合金含有Mn元素。适量的Mn元素可以提高镁合金的腐蚀性能，并且Mn元素可以与镁合金中的杂质元素Fe形成高熔点的沉淀而析出，从而净化镁合金的熔体。同时，适量Mn元素的引入还可以改善合金的铸造性能。但是，镁合金中Mn元素含量过高时，镁合金的导热性能下降，对耐腐蚀性能也具有不利影响。在本发明中，以镁合金的总重量为基准，Mn元素的含量为0.1-0.5wt%，优选为0.15-0.4wt%。

本发明的镁合金含有Al元素和Zn元素。Al元素和Zn元素可以改善镁合金的铸造性能和力学性能。在使镁合金具有较高的铸造性能的前提下，从进一步提高镁合金的导热性能和耐腐蚀性能的角度出发，以镁合金的总重量为基准，Al元素的含量为2-4.5wt%，优选为2.5-3.5wt%。Zn元素的含量为0.02-0.5wt%，优选为0.05-0.2wt%。

通过大量的实验，发明人发现在上述镁合金中，Al的含量过多时，镁合金的导热性能会下降，Al的含量过低时，镁合金的流动性会受到很大的影响，进而影响镁合金的成型。为此，本发明通过添加少量的Zn来替代Al，以增加镁合金的流动性，同时降低对导热性能的影响。然而为了过量的Zn也会增加镁合金的热烈性，进而影响镁合金的成型效果。发明人研究发现，当Al的含量与Zn的含量的比值为（10-70）：1时，镁合金既能保证较佳的力学性能，又能保证导热性能、流动性均处在较佳的范围内。优选地，Al的含量与Zn的含量的比值为（20-40）：1。

在本发明的镁合金中，Fe、Cu对镁合金的耐腐蚀性能具有不利影响，这两种元素来源于制备合金时合金原料中的杂质，在含量过高时，还对镁合金的导热性能具有不利影响。根据本发明的镁合金，以镁合金的总重量为基准，所述镁合金中，Fe的含量为不高于0.05wt%，优选地Fe不高于0.02wt%。Cu的含量为不高于0.01wt%。

另外，本发明的镁合金还可以满足以下条件的至少之一：导热系数至少100 w/m.k，屈服强度至少140MPa，延伸率至少4%，腐蚀速率至多0.5 mg/(cm²·d)。由此，该镁合金在具有良好的导热性能的同事，其力学性能也较佳，能满足电子产品对结构件的性能要求。

需要说明的是，所述腐蚀速率的数据由以下方法测得：

将得到的镁合金铸造成100mm×100mm×1.5mm的薄片，将其浸泡到5重量% NaCl水溶液中，浸泡48小时（即，2天），采用失重法计算腐蚀速率，计算方法如下：

V=（m₁-m₂）/(t×s)

其中，m₁为浸泡前镁合金样品的质量，以mg计；

m₂为浸泡后经蒸馏水清洗并在120℃烘干至恒重后的镁合金样品的质量，以mg计；

t为浸泡时间，以天（用字母d表示）计；

s为镁合金样品的表面积，以cm²计；

V为腐蚀速率，以mg/(cm²·d)计。

本发明的镁合金允许存在少量不可避免的杂质，如Y、Sc、La、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Be、Zr、Li、Na、K、Sr、Ba、Ga、In、Ge、Sb、Bi、V、Nb、Cr、Mo、W、Re、Tc、Ru、Pd、Pt、Ag和Au中的一种、两种或三种以上。以镁合金的总重量为基准，上述其它金属元素的总量不高于0.2wt%，优选不高于0.1wt%。

可以采用常规方法来制备所述镁合金。具体地，可以将镁合金原料进行熔炼，并将熔炼得到的合金液进行浇铸，冷却后得到镁合金，其中，所述镁合金原料的组成使得得到的镁合金为本发明提供的镁合金。

选择合金原料的组成从而得到具有预期组成的合金的方法是本领域技术人员所公知的，本文不再详述。

根据本发明，所述熔炼一般可以在700-750℃的温度下进行，熔炼的时间一般可以为20-60分钟。为了避免镁合金熔体在熔炼过程中与空气接触而氧化，在熔炼时，可以采用覆盖剂进行熔体保护，也可以采用氮气加六氟化硫气体保护，还可以进行惰性气体保护。所述覆盖剂可以为镁合金冶炼领域的常规选择，例如可以为MgCl2、KCl、NaCl和CaF2中的一种或两种以上。从进一步提高制备的镁合金的成分均匀性的角度出发，在熔炼过程中，进行吹氩搅拌。所述氩气优选为纯度为99.99%以上的高纯氩气。

在本发明的另一个实施方式中，本发明提供了一种手机，该手机包含由本发明的镁合金经成型加工制得的手机中框。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述。

实施例1-15

按照表1所示的镁合金的化学组成（以镁合金的总重量为基准，余量为Mg）配制合金原料。

制备方法：将配制好的合金原料置于熔炼炉中进行熔炼，熔炼过程中通入99.99%的高纯氩气，在1000~1030K的温度下冶炼10~30min。将得到的熔体静置后注入金属模具中，冷却后得到镁合金铸件。

对比例1

采用与实施例1相同的方法制备镁合金，不同的是，Al的含量为6wt%，Zn的含量为0.95wt%。

对比例2

采用与实施例1相同的方法制备镁合金，不同的是，Fe的含量为0.2wt%，Cu的含量为0.1wt%。

对比例3

采用与实施例1相同的方法制备镁合金，不同的是，Ce的含量为1.5wt%，Cu的含量为0.5wt%。

对比例4

采用与实施例1相同的方法制备镁合金，不同的是，本对比例中不含有Be。

对比例5

采用与实施例1相同的方法制备镁合金，不同的是，Ce的含量为1.5wt%，Cu的含量为3wt%。

对比例6

采用与实施例3相同的方法制备镁合金，不同的是，本对比例中不含有Zn。

表1

以上实施例和对比例中，分别采用以下方法对制备得到的镁合金进行硬度测试试验、导热系数测试试验、拉伸性能测试试验、耐腐蚀性能测试试验和流动性测试试验。

（1）硬度测试试验：采用维式硬度计，将直径为12.7mm且厚度为3mm的镁合金圆片在压入力为3kg，保压时间为15s下，测试3次以上，取得到的数据的平均值为所测的镁合金的硬度，单位为HV。

（2）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。

（3）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。

（4）耐腐蚀性能测试：将得到的镁合金铸造成100mm×100mm×1.5mm的薄片，将其浸泡到5重量% NaCl水溶液中，浸泡48小时（即，2天），采用失重法计算腐蚀速率，计算方法如下：

V=（m₁-m₂）/(t×s)

其中，m₁为浸泡前镁合金样品的质量，以mg计；

t为浸泡时间，以天（用字母d表示）计；

s为镁合金样品的表面积，以cm²计；

V为腐蚀速率，以mg/(cm²·d)计。

（5）流动性测试试验：在常规压铸成型条件下，比较不同材料在螺旋模具中流动长度，单位mm，评价材料流动成型性能。

其中，螺旋模为金属模具，螺旋部分截面为类梯形（上边*下边*厚度分别为5*6*3mm）。

其中，常规压铸成型条件为，氩气或六氟化硫保护，金属液温度700℃，模温250℃，快速压射速度3m/s。

其中，材料不同，模具机台工艺相当，成型后流动长度大的材料流动成型性能好。

各个测试试验结果如表2所示。

表2

由表1和表2可知，本发明实施例提供的镁合金的导热系数均大于100 w/m.k，屈服强度均大于140MPa，延伸率均大于4%，腐蚀速率均大于0.5 mg/(cm²·d)，而且镁合金的流动性也在较优的范围内。对比本发明实施例的镁合金和AZ91D材料可知，本实施例的镁合金在保证较优的力学性能（屈服强度和延伸率）和流动性的同时，还大大提升了导热系数、耐腐蚀性能，使得本发明的镁合金的适用范围更广，尤其适用于制造电子产品的结构件。

比较对比例1和实施例1可知，当控制Al和Zn的含量在本发明所限定的范围内时，获得的镁合金的导热性能更优。比较实施例2和实施例4-7可知，当控制Al和Zn的含量比值在本发明所限定的优选范围内时，镁合金的各项性能均处在较优的范围内，即镁合金的综合性能较好。

比较对比例3、5和实施例1可知，当控制Ce和La的含量在本发明所限定的范围内时，镁合金的各项性能均处在较优的范围内，即镁合金的综合性能较好。比较实施例1和实施例8-11可知，当控制Ce和La的含量比值在本发明所限定的优选范围内时，镁合金的各项性能均处在较优的范围内，即镁合金的综合性能较好。

比较对比例2和实施例1可知，当Fe和Cu的含量高于本发明所限定的范围时，获得的镁合金的耐腐蚀性能会大大的降低。

比较对比例4和实施例1可知，当缺少Be元素时，获得的镁合金的腐蚀速率为0.6mg/(cm²·d)，大于0.5 mg/(cm²·d)，即镁合金的耐腐蚀性能较差，而且镁合金的力学性能有所下降，流动性下降明显。

比较对比例6和实施例3可知，当缺少Zn元素时，获得的镁合金的导热系数仅有79W/(m•K)，导热性能较差。

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

1.一种镁合金，其特征在于，以该镁合金的总重量为基准，该镁合金含有以下组分：

Al 2-4.5wt%，

Zn 0.02-0.5wt%，

Ce 2-3.5wt%，

La 1-2wt%，

Be 0.0002-0.05wt%，

Mn 0.1-0.5wt%，

Fe 0-0.05wt%，

Cu 0-0.01wt%，

Mg 89.09-94.8798wt%。

2.一种镁合金，其特征在于，以该镁合金的总重量为基准，该镁合金含有以下组分：

Al 2-4.5wt%，

Zn 0.02-0.5wt%，

Ce 2-3.5wt%，

La 1-2wt%，

Be 0.0002-0.05wt%，

Mn 0.1-0.5wt%，

Fe 0-0.05wt%，

Cu 0-0.01wt%，

余量为Mg和不可避免的杂质。

3.如权利要求1或2所述的镁合金，其特征在于，以该镁合金的总重量为基准，所述镁合金中Ce的含量为2.2-3.2wt%，La的含量为1.2-1.8wt%。

4.如权利要求1或2所述的镁合金，其特征在于，所述镁合金中Ce的含量与La的含量的比值为（1.5-2.5）：1。

5.如权利要求1或2所述的镁合金，其特征在于，以该镁合金的总重量为基准，所述镁合金中Mn的含量为0.15-0.4wt%，Be的含量为0.0002-0.01wt%。

6.如权利要求1或2所述的镁合金，其特征在于，以该镁合金的总重量为基准，所述镁合金中Al的含量为2.5-3.5wt%，Zn的含量为0.05-0.2wt%。

7.如权利要求1或2所述的镁合金，其特征在于，所述镁合金中Al的含量与Zn的含量的比值为（10-70）：1，优选地，Al的含量与Zn的含量的比值为（20-40）：1。

8.如权利要求1-7中任意一项所述的的镁合金，其特征在于，满足以下条件的至少之一：

导热系数至少100 w/m.k；

屈服强度至少140MPa；

延伸率至少4%；

腐蚀速率至多0.5 mg/(cm²·d)。

9.一种制备镁合金的方法，其特征在于，该方法包括将镁合金原料进行熔炼，并将熔炼得到的合金液进行浇铸，冷却后得到镁合金，其中，所述镁合金原料的组成使得得到的镁合金为权利要求1-8中任意一项所述的镁合金。

10.一种手机，该手机包含由权利要求1-8中任意一项所述的镁合金经成型加工制得的手机中框。