CN109778089B - 一种高导热变形镁锡合金的制备方法及产品 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高导热变形镁锡合金的制备方法及产品，属于镁合金技术领域，该方法包括固溶处理、挤压处理、时效处理、预变形处理和退火处理五个工序，该方法主要通过塑性变形与热处理相结合，通过合理设定各工序的工艺条件，从而达到更好地控制镁锡合金中晶粒取向和析出相取向的目的，使最终制备的镁锡合金具有高的热导率。该方法简单易操作，对设备要求不高，成本低，适合工业化生产。
Description
技术领域
本发明属于镁合金技术领域，具体涉及一种高导热变形镁锡合金的制备方法及产品，特别涉及一种通过塑性变形与热处理相结合制备高导热变形镁合金的方法及由该方法制备的产品。
背景技术
镁合金作为目前最轻的金属结构材料得到了极大的关注，这主要是由于镁合金具有低密度、高比强度和比刚度、良好的电磁屏蔽性能和较高的热导率。纯镁室温下的热导率为158W/m·K，仅次于纯铜和纯铝，使其在某些对材料力学性能和热学性能同时要求的特殊领域具有巨大的发展潜力。为提高镁合金的热导率，目前通常采用合金元素调控的方法调控合金的强度和热导率，但是研究结果表明，合金元素的添加尽管可能会提升合金力学性能，但都会不同程度的降低纯镁的热导率，且不同的合金元素对纯镁的热导率的降低程度存在显著差异。尽管有学者研究发现一些合金元素添加到某些镁合金会在一定程度上提升合金的热导率，但是想单纯依靠合金元素的添加调控镁合金的热导率还是非常困难的。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种高导热变形镁锡合金的制备方法；目的之二在于提供一种高导热变形镁锡合金。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
1、一种高导热变形镁锡合金的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)固溶处理：将镁锡合金铸锭以50-100℃/h的速度升温至350-400℃后保温8-12h，然后用0.5-2h升温至440-480℃后保温10-24h，最后在20-70℃下水淬冷却至室温；
(2)挤压处理：将经步骤(1)处理后的镁锡合金铸锭加热至320-400℃进行挤压处理，获得镁锡合金挤压棒材；
(3)时效处理：将步骤(2)中获得的镁锡合金挤压棒材加热至180-240℃后保温120-500h，然后冷却至室温；
(4)预变形处理：将经步骤(3)处理后的镁锡合金挤压棒材沿挤压方向进行6-10％的预压缩变形处理；
(5)退火处理：将经步骤(4)处理后的镁锡合金挤压棒材加热至160-240℃后保温2-10h，然后冷却至室温。
优选的，步骤(1)中，将镁锡合金铸锭以50-80℃/h的速度升温至380-400℃后保温10-12h，然后用0.5-1.5h升温至460-480℃后保温12-16h，最后40-70℃水淬冷却至室温。
优选的，步骤(2)中，将经步骤(1)处理后的镁锡合金铸锭加热至340-380℃进行挤压处理。
优选的，步骤(2)中，所述挤压处理的工艺条件为：挤压比为20-30，挤压速度为10-15mm/s。
优选的，步骤(3)中，将步骤(2)中获得的镁锡合金挤压棒材加热至190-220℃后保温240-500h。
优选的，步骤(4)中，将经步骤(3)处理后的镁锡合金挤压棒材沿挤压方向进行8-10％的预压缩变形处理。
优选的，步骤(5)中，将经步骤(4)处理后的镁锡合金挤压棒材加热至180-200℃后保温2-6h。
2、由所述的方法制备的高导热变形镁锡合金。
优选的，按质量百分比计，所述镁锡合金包括如下组分：Sn 2-5wt％，不可避免杂质≤0.15wt％，余量为Mg。
本发明的有益效果在于：本发明提供了一种高导热变形镁锡合金的制备方法及产品，该方法主要通过塑性变形与热处理相结合，通过合理设定各工序的工艺条件，从而达到更好地控制镁锡合金中晶粒取向和析出相取向的目的，最终制得高导热变形镁锡合金。其中，将镁锡合金铸锭以50-100℃/h的速度升温至350-400℃后保温8-12h，然后用0.5-2h升温至440-480℃后保温10-24h，最后在20-70℃水淬冷却至室温进行双级固溶处理后，可以有效消除铸锭中的偏析，同时使合金中的Sn几乎全部都固溶于镁基体中；然后将固溶处理后的镁锡合金铸锭加热至320-400℃后在挤压比为20-30，挤压速度为10-15mm/s条件下进行挤压处理，从而获得具有挤压丝织构的挤压棒材，并且在限定的温度范围内进行挤压可以得到均匀的完全再结晶组织，该组织的晶粒尺寸约为20-50μm，这为后续预变形处理产生拉伸孪晶做准备，相反，如果不在该温度范围内进行挤压处理，导致晶粒尺寸太小或太大，都将不利于产生拉伸孪晶；接着将挤压棒材加热至180-240℃后保温120-500h，然后冷却至室温进行时效处理，能够使合金发生过时效，Sn元素几乎全部以板条状Mg2Sn相的形式析出，Mg2Sn相为基面析出相，此时其长大方向平行于挤压方向，并且此时，Mg2Sn析出相与镁基体之间的界面为非共格界面，使得析出相对合金热导率的影响程度显著降低；随后再沿挤压方向进行6-10％的预压缩变形处理，此时压应力方向与晶粒的c轴垂直，会产生大量的拉伸孪晶，拉伸孪晶的出现使得合金的晶粒取向发生约90°的偏转，并且由于采用的预变形量6-10％，此时原始晶粒几乎全部被拉伸孪晶所吞并，几乎所有晶粒的c轴都由原来的垂直于挤压方向转变为平行于挤压方向，并且此时基面析出相将由于晶粒取向的转动转变为柱面析出相；最后经预变形处理后的镁锡合金挤压棒材在160-240℃后退火2-10h，可以消除在预压缩变形过程中产生的位错，因为位错的存在会对电子和声子的传导产生散射作用，降低电子和声子的平均自由程，使得合金的热导率降低。通过调节晶粒取向和析出相取向可以有效地降低其对电子和声子的散射，从而可以有效提升合金的导热性能。该方法简单易操作，对设备要求不高，成本低，适合工业化生产。由该方法制备的镁锡合金具有高的热导率。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为实施例1步骤(2)中通过挤压处理得到的镁锡合金挤压棒材的扫描电镜图；
图2为实施例2中制备的高导热变形镁锡合金的透射电镜图；
图3为实施例3中制备的高导热变形镁锡合金的透射电镜图。
具体实施方式
下面将对本发明的优选实施例进行详细的描述。
实施例1
制备高导热变形镁锡合金
(1)固溶处理：将Mg-3Sn合金铸锭以50℃/h的速度升温至350℃后保温12h，然后用0.5h升温至440℃后保温24h，最后在20℃下水淬冷却至室温；
(2)挤压处理：将经步骤(1)处理后的Mg-3Sn合金铸锭加热至320℃按挤压比为30，挤压速度为15mm/s进行挤压处理，获得Mg-3Sn合金挤压棒材；
(3)时效处理：将步骤(2)中获得的Mg-3Sn合金挤压棒材加热至220℃后保温300h，然后冷却至室温；
(4)预变形处理：将经步骤(3)处理后的Mg-3Sn合金挤压棒材沿挤压方向进行8.3％的预压缩变形处理；
(5)退火处理：将经步骤(4)处理后的Mg-3Sn合金挤压棒材加热至185℃后保温6h，然后冷却至室温，制得高导热变形Mg-3Sn合金。
实施例2
制备高导热变形镁锡合金
(1)固溶处理：将Mg-5Sn合金铸锭以100℃/h的速度升温至400℃后保温8h，然后用1.5h升温至480℃后保温10h，最后在70℃下水淬冷却至室温；
(2)挤压处理：将经步骤(1)处理后的Mg-5Sn合金铸锭加热至400℃按挤压比为25，挤压速度为13mm/s进行挤压处理，获得Mg-5Sn合金挤压棒材；
(3)时效处理：将步骤(2)中获得的Mg-5Sn合金挤压棒材加热至240℃后保温120h，然后冷却至室温；
(4)预变形处理：将经步骤(3)处理后的Mg-5Sn合金挤压棒材沿挤压方向进行9.1％的预压缩变形处理；
(5)退火处理：将经步骤(4)处理后的Mg-5Sn合金挤压棒材加热至240℃后保温2h，然后冷却至室温，制得高导热变形Mg-5Sn合金。
实施例3
制备高导热变形镁锡合金
(1)固溶处理：将Mg-2Sn合金铸锭以80℃/h的速度升温至380℃后保温10h，然后用2h升温至460℃后保温16h，最后在40℃下水淬冷却至室温；
(2)挤压处理：将经步骤(1)处理后的Mg-2Sn合金铸锭加热至380℃按挤压比为20，挤压速度为10mm/s进行挤压处理，获得Mg-2Sn合金挤压棒材；
(3)时效处理：将步骤(2)中获得的Mg-2Sn合金挤压棒材加热至180℃后保温500h，然后冷却至室温；
(4)预变形处理：将经步骤(3)处理后的Mg-2Sn合金挤压棒材沿挤压方向进行6.3％的预压缩变形处理；
(5)退火处理：将经步骤(4)处理后的Mg-2Sn合金挤压棒材加热至160℃后保温10h，然后冷却至室温，制得高导热变形Mg-2Sn合金。
对比实施例1
(1)固溶处理：将Mg-3Sn合金铸锭在520℃固溶处理22h后取出水冷；
(2)时效处理：将经步骤(1)处理后的Mg-3Sn合金铸锭加热至250℃后保温150h，然后冷却至室温，即可。
对比实施例2
(1)固溶处理：将Mg-5Sn合金铸锭在460℃下固溶处理28h，取出后水冷；
(2)时效处理：将经步骤(1)处理后的Mg-5Sn合金铸锭加热至240℃后保温120h，然后冷却至室温，即可。
对比实施例3
(1)热轧处理：将Mg-2Sn合金铸锭在400℃下固溶处理30h，然后在380℃下挤压成3mm厚的板材，挤压速度为20mm/s，接着在室温下沿着样品的挤压方向对试样进行12％的冷轧处理，每道次轧制的变形量都控制在5％以内；
(2)时效处理：将经步骤(1)处理后的Mg-2Sn合金铸锭加热至160℃后保温60h，然后冷却至室温，即可。
图1为实施例1步骤(2)中通过挤压处理得到的镁锡合金挤压棒材的扫描电镜图，由图1可知，经过固溶处理和挤压处理后得到的镁锡合金挤压棒材的组织为均匀的完全再结晶组织，合金的晶粒尺寸约为30μm，该晶粒尺寸有利于后续预变形引入孪晶，并且合金中没有第二相颗粒，使得溶质原子全部以柱面沉淀相的形式析出。
图2为实施例2中制备的高导热变形镁锡合金的透射电镜图，由图2可知，电子的入射方向为[10-10]方向，经过时效处理和预变形处理后，合金中的Mg2Sn相转变为柱面析出相。
图3为实施例3中制备的高导热变形镁锡合金的透射电镜图，由图3可知，电子的入射方向为[0001]方向，经过时效处理和预变形处理后，合金中的Mg2Sn相转变为柱面析出相。
将实施例1至实施例3所制备的高导热变形镁锡合金及对比实施例1至对比实施例3制备的镁锡合金分别加工成直径为12.7mm、厚度为3mm的圆盘状试样，采用NetzschLFA457对其热导率进行测试，测试结果如表1所示。
表1
| 实施例1 | 对比实施例1 | 实施例2 | 对比实施例2 | 实施例3 | 对比实施例3 | |
| 热导率W/(m.K) | 137 | 125 | 131 | 122 | 142 | 124.3 |
由表1可知，相比以现有方法制备获得的镁锡合金，以本发明中方法制备获得的镁锡合金具有更高的导热率。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
Claims (6)
1.一种高导热变形镁锡合金的制备方法，其特征在于，按质量百分比计，所述镁锡合金包括如下组分：Sn 2-5wt%，不可避免杂质≤0.15wt%，余量为Mg；所述方法由如下步骤组成：
（1）固溶处理：将镁锡合金铸锭以50-80℃/h的速度升温至380-400℃后保温10-12h，然后用0.5-1.5h升温至460-480℃后保温12-16h，最后40-70℃水淬冷却至室温；
（2）挤压处理：将经步骤（1）处理后的镁锡合金铸锭加热至320-400℃进行挤压处理，获得镁锡合金挤压棒材；
（3）时效处理：将步骤（2）中获得的镁锡合金挤压棒材加热至180-240℃后保温120-500h，然后冷却至室温；
（4）预变形处理：将经步骤（3）处理后的镁锡合金挤压棒材沿挤压方向进行6-10%的预压缩变形处理；
（5）退火处理：将经步骤（4）处理后的镁锡合金挤压棒材加热至180-200℃后保温2-6h，然后冷却至室温。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（2）中，将经步骤（1）处理后的镁锡合金铸锭加热至340-380℃进行挤压处理。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤（2）中，所述挤压处理的工艺条件为：挤压比为20-30，挤压速度为10-15mm/s。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（3）中，将步骤（2）中获得的镁锡合金挤压棒材加热至190-220℃后保温240-500h。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（4）中，将经步骤（3）处理后的镁锡合金挤压棒材沿挤压方向进行8-10%的预压缩变形处理。
6.由权利要求1-5任一项所述的方法制备的高导热变形镁锡合金。
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