CN116043085A - 镁基复合材料及其制备方法和电子设备 - Google Patents

镁基复合材料及其制备方法和电子设备 Download PDF

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Abstract

本申请实施例提供一种镁基复合材料，包括镁合金基体和分布在镁合金基体中的增强体，以镁合金基体100％重量计，所述镁合金基体包括以下重量百分含量的各组分：Zn 4％‑7％，Ca 0.05％‑0.8％，Al 0‑4％，Zr 0‑1％，Ce 0‑0.8％，La 0‑0.8％，Y 0‑0.8％，Nd 0‑0.8％，Si 0‑0.8％，Mn 0‑1.5％，Sr 0‑0.5％，Sn 0‑1％，Sc 0‑0.5％,Gd 0‑0.8％，余量为Mg和不可避免的杂质元素。该镁基复合材料兼具高导热、高强韧和高模量的优异综合性能，且可以实现低成本制备。本申请实施例还提供了该镁基复合材料的制备方法和采用该镁基复合材料的电子设备。

Description

镁基复合材料及其制备方法和电子设备
技术领域
本申请实施例涉及复合材料制备技术领域，特别是涉及一种镁基复合材料及其制备方法和电子设备。
背景技术
镁合金是最轻的金属结构材料，在3C行业、汽车行业应用前景广阔。目前，随着5G通讯技术的发展，对轻量化结构材料提出了更高的结构功能一体化需求，但传统镁合金刚度低(模量仅为43GPa)，强度低(屈服强度普遍低于200MPa)，导热不足(热导率低于70W/mK)，导致其在大屏化、轻薄化、集成化、电池大功率化的新型3C产品上的应用受到限制。
合金化和复合化是提高镁合金综合性能的有效途径，通过在镁合金基体中，添加高模量高导热的增强体，能够产生有益的强化效果，得到具有理想性能的镁基复合材料。但传统的镁基复合材料普遍采用纯Mg、AZ91等传统合金基体，模量与导热、延展性失配，且增强体与制备工艺的配合也普遍无法实现规模应用。因此，急需开发新型的镁基复合材料，能够满足高导热高强韧高模量性能需求，同时具有低成本高质量的制备工艺。
发明内容
鉴于此，本申请实施例提供一种镁基复合材料及其制备方法和电子设备，该镁基复合材料兼具高导热、高强韧和高模量的优异综合性能，且可以实现低成本制备。
具体地，本申请实施例第一方面提供一种镁基复合材料，所述镁基复合材料包括镁合金基体和分布在镁合金基体中的增强体，以镁合金基体100％重量计，所述镁合金基体包括以下重量百分含量的各组分：Zn 4％-7％，Ca 0.05％-0.8％，Al 0-4％，Zr 0-1％，Ce0-0.8％，La 0-0.8％，Y 0-0.8％，Nd 0-0.8％，Si 0-0.8％，Mn 0-1.5％，Sr 0-0.5％，Sn0-1％，Sc 0-0.5％,Gd 0-0.8％，余量为Mg和不可避免的杂质元素。
本申请提供的镁基复合材料，通过采用上述特定的配方，可以使镁基复合材料兼具高导热、高强韧和高模量综合性能，且能够实现低成本制备，工艺实现性高，可以满足终端产品的应用需求，具体可以是用来加工成型终端产品结构件，如中框、后盖等。其中，本申请实施例镁基复合材料以Mg-Zn为主要体系，通过控制适合的Zn含量，能够使Mg-Zn体系具有较宽的半固态工艺窗口区间，保证能够采用加工流程短成本低廉的搅拌铸造工艺制备，且能够保持较佳的导热性能和延伸性能；而适合量Ca的引入，可以提升镁合金基体与外加增强体的界面结合能力，从而提升镁基复合材料的韧性、延展性等力学性能。
本申请实施方式中，所述镁合金基体中，Zn的重量百分含量为4.5％-6％。
本申请实施方式中，所述镁合金基体中，Ca的重量百分含量为0.1％-0.5％。
本申请实施方式中，所述镁合金基体中，Ca的重量百分含量为0.2％-0.4％。
本申请实施方式中，所述镁合金基体中，Al的重量百分含量为0.2％-2％。
本申请实施方式中，所述镁合金基体中，Zr的重量百分含量为0.2％-0.4％。
本申请实施方式中，所述镁合金基体中，Ce的重量百分含量为0.1％-0.4％。
本申请实施方式中，所述镁合金基体中，La的重量百分含量为0.1％-0.4％。
本申请实施方式中，所述镁合金基体中，Y的重量百分含量为0.05％-0.4％。
本申请实施方式中，所述镁合金基体中，Ca、Zr、Ce、La、Y、Nd、Si、Mn、Sr、Sn、Sc、Gd的总重量百分含量小于或等于2％。
本申请实施方式中，所述镁合金基体中，Ca、Zr、Ce、La、Y、Nd、Si、Mn、Sr、Sn、Sc、Gd的总重量百分含量大于或等于0.15％且小于或等于2％。
本申请实施方式中，所述镁合金基体中，不可避免的杂质元素的重量百分含量不超过0.1％。不可避免的杂质含量越少，越有利于获得设计所期望的性能的镁基复合材料。
本申请实施方式中，所述镁基复合材料中，所述增强体的体积百分含量为1％-20％。镁基复合材料中高模量高导热的增强体的加入可以产生有益的强化效果，提升镁基复合材料的性能，将增强体体积占比控制在上述范围可以获得更好的成型加工性能，更好地避免材料裂纹的产生。
本申请实施方式中，所述增强体包括增强颗粒和/或增强纤维。
本申请实施方式中，所述增强颗粒包括SiC、B4C、SiO2、ZrO2、Si3N4、AlN、BN、Al2O3、TiC、TiB2、金刚石、石墨、石墨烯、碳纳米管中的一种或多种；所述增强纤维包括碳纤维。
本申请实施方式中，所述增强颗粒的尺寸小于或等于50μm；所述增强纤维为短切纤维，短切长度小于或等于2mm。将增强体的尺寸控制在上述适合的范围可以获得更好的成型加工性能，有利于保证镁基复合材料兼顾良好的强化效果和良好的挤压加工性。
本申请实施方式中，所述增强体还包括设置在所述增强颗粒和/或增强纤维表面的附加层，所述附加层包括氧化镁、二氧化硅、二氧化钛、钛及其合金、铜及其合金、锆及其合金、氮化钛、碳化硅中的一种或多种。附加层可以进一步提升增强体与镁合金基体之间的结合力，进而提升镁基复合材料的力学性能。
本申请实施方式中，镁基复合材料的导热系数为90W/mK-130W/mK，屈服强度为≥200Mpa，抗拉强度为≥250MPa，延伸率≥3％，弹性模量为45Gpa-70Gpa。
本申请实施例第二方面提供一种镁基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
通过熔炼获得镁合金基体熔体，将所述镁合金基体熔体的温度调节至半固态温度区间，获得半固态熔体；
对所述半固态熔体进行涡流搅拌，在漩涡中心加入预热的增强体，持续搅拌升温至液相线温度以上后经铸造得到镁基复合材料铸锭；
对所述镁基复合材料铸锭进行热挤压或轧制成型，并经热处理得到镁基复合材料。
本申请实施例第三方面提供一种结构件，所述结构件采用本申请第一方面所述的镁基复合材料制备。
本申请实施例第四方面提供一种壳体，所述壳体采用本申请第一方面所述的镁基复合材料制备。
本申请实施例一种电子设备，所述电子设备包括外壳和位于所述外壳内部的主板，所述外壳的整体或部分为本申请实施例第四方面所述的壳体。
附图说明
图1为本申请实施例提供的壳体的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的电子设备的结构示意图；
图3为本申请实施例提供的手机前盖、中框、后盖的结构示意图；
图4为本申请实施例1的镁基复合材料的扫描电镜(Scanning electronmicroscope,SEM)图；
图5为本申请实施例1的镁基复合材料的XCT(X射线计算机断层成像)成像图；
图6为本申请实施例2的镁基复合材料的扫描电镜图；
图7为本申请实施例3的镁基复合材料的扫描电镜图；
图8为本申请实施例3的镁基复合材料的透射电镜(Transmission ElectronMicroscope,TEM)图；
图9为实施例4制得的镁基复合材料板材的金相组织图；
图10为实施例5制得的镁基复合材料板材的金相组织图；
图11为实施例6制得的镁基复合材料板材的金相组织图；
图12为实施例7制得的镁基复合材料板材的金相组织图；
图13为实施例8制得的镁基复合材料板材的金相组织图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例进行说明。
目前，现有的镁基复合材料难以兼具高导热、高强韧和高模量综合性能，不能实现低成本高质量连续制备，限制了其在电子设备中的广泛应用。为了获得优异综合性能的镁基复合材料，并实现低成本高质量制备，本申请发明人从镁合金基体配方、增强相的配方、制备工艺、界面结合等多个角度进行设计研究，提供了一种镁基复合材料。
本申请实施例提供的镁基复合材料，包括镁合金基体和分布在镁合金基体中的增强体，以镁合金基体100％重量计，镁合金基体包括以下重量百分含量的各组分：Zn 4％-7％，Ca 0.05％-0.8％，Al 0-4％，Zr 0-1％，Ce 0-0.8％，La 0-0.8％，Y 0-0.8％，Nd 0-0.8％，Si 0-0.8％，Mn 0-1.5％，Sr 0-0.5％，Sn 0-1％，Sc 0-0.5％,Gd 0-0.8％，余量为Mg和不可避免的杂质元素。镁合金基体各组分的重量百分含量之和为100％。
本申请提供的镁基复合材料，通过采用上述特定的配方，可以使镁基复合材料兼具高导热、高强韧和高模量综合性能，且能够实现低成本制备，工艺实现性高，可以满足终端产品的应用需求，具体可以是用来加工成型终端产品结构件，如中框、后盖等。其中，本申请实施例镁基复合材料以Mg-Zn为主要体系，通过控制适合的Zn含量，能够使Mg-Zn体系具有较宽的半固态工艺窗口区间，保证能够采用加工流程短成本低廉的搅拌铸造工艺制备，且能够保持较佳的导热性能和延伸性能；而适合量Ca的引入，可以提升镁合金基体与外加增强体的界面结合能力，从而提升镁基复合材料的韧性、延展性等力学性能。
为了获得加工流程短成本低廉的镁基复合材料，本申请选取的制备工艺为搅拌铸造方案。为了取得最佳的加工与分散效果，选取在镁合金基体的半固态状态下进行增强体的添加和搅拌，这就要求镁合金基体具有较宽的半固态工艺温度窗口区间，发明人通过大量实验数据摸索确定Mg-Al、Mg-Zn体系。表1是通过材料热力学软件对Mg-Al、Mg-Zn合金配方从液相凝固至固相的凝固路径进行计算，得出的Mg-xAl、Mg-xZn(x为重量百分含量)配方的镁合金的半固态区间对比。
表1 Mg-xAl、Mg-xZn配方的镁合金的半固态区间
Figure BDA0003327137250000031
Figure BDA0003327137250000041
由表1可知，Al、Zn含量太低(≤3％)时，半固态加工窗口区间太小，不利于搅拌铸造工艺实现，为了较好地实现搅拌铸造工艺，可选择Mg-xAl、Mg-xZn(x≥4％)体系作为备选方案。
由于外加增强体是硬质脆性相，为了保证镁合金基体和外加增强体复合后的高延展性和高导热效果，对镁合金配方中的合金元素进行一系列力学性能与导热性能的综合评估，表2为Mg-xAl、Mg-xZn配方的镁合金的力学性能和导热性能结果。
表2 Mg-xAl、Mg-xZn配方的镁合金的力学性能和导热性能结果
合金主元素配方 导热系数W/(m·K) 屈服强度MPa 延伸率％
Mg-4％Al 68 124 14.3
Mg-5％Al 60 141 12
Mg-4％Zn 121 135 16.2
Mg-6％Zn 113 150 15
Mg-7％Zn 110 156 13.6
Mg-8％Zn 102 160 9.5
由表2可知，选取Mg-xZn(4％≤x≤7％)作为镁合金基体主成分元素，能够保证在获得较宽半固态工艺窗口的同时，获得优异的导热效果和力学性能。
由于镁合金基体和外加增强体的相界面结合也会影响最终镁基复合材料的性能，为了促进界面结合，本申请实施例的镁基复合材料中引入Ca元素，利用第一性原理通过软件模拟对Ca元素与外加增强体的黏着功进行计算，得出Ca元素的黏着功为0.7461J·m-2，相对于Mg元素与外加增强体的界面黏着功0.2216J·m-2，以及Zn元素与外加增强体的界面黏着功0.2490J·m-2，Ca元素的引入能较大程度提升复合界面的结合，从而有利于提升复合材料的力学性能。此外，Ca与Zn元素易于共同偏聚在镁合金晶界处，这种共偏距导致了较弱的挤压织构，在变形过程中，能够促进晶界塑性变形，使合金具有很好的变形能力，从而保证了复合材料的强韧性。
本申请实施方式中，镁合金基体中，Zn的重量百分含量具体可以是但不限于是4％、4.2％、4.5％、4.8％、5％、5.2％、5.5％、5.8％、6％、6.2％、6.5％、6.8％、7％。一些实施例中，Zn的重量百分含量可以是4.5％-6％。
本申请实施方式中，镁合金基体中，Ca的重量百分含量具体可以是但不限于是0.05％、0.1％、0.15％、0.2％、0.25％、0.3％、0.35％、0.4％、0.45％、0.5％、0.55％、0.6％、0.65％、0.7％、0.75％、0.8％。一些实施例中，Ca的重量百分含量可以是0.1％-0.5％。另一些实施例中，Ca的重量百分含量可以是0.2％-0.4％。
本申请实施方式中，镁合金基体中，Al、Zr、Ce、La、Y、Nd、Si、Mn、Sr、Sn、Sc、Gd的重量百分含量都可以为0。本申请一些实施方式中，镁合金基体包括Zn 4％-7％，Ca0.05％-0.8％，余量为Mg和不可避免的杂质元素；即该实施方式中，Mg、Zn、Ca和不可避免的杂质元素的总重量百分含量为100％。
本申请一些实施方式中，为了进一步增强镁基复合材料的综合性能，可以是进一步增加少量的Al、Zr、Ce、La、Y、Nd、Si、Mn、Sr、Sn、Sc、Gd等元素，这些元素可以起到细化晶粒、除氧除杂的作用，提升熔体质量，提升镁合金基体相与增强相的界面结合，提升材料的力学性能。例如，通过模拟计算得到Al元素与外加增强体的界面黏着功0.2537J·m-2、Mn元素与外加增强体的界面黏着功0.6953J·m-2、La元素与外加增强体的界面黏着功0.8031J·m-2、Ce元素与外加增强体的界面黏着功1.5108J·m-2。另外，Zr元素和Sr元素具有高效细化镁合金晶粒的效果，Zr元素可以在镁合金中形成Mg3Zr相，产生异质形核从而起到细化晶粒的作用；而Sr元素富集于凝固生长前沿，抑制晶粒的长大，从而也可以为镁合金提供很好的晶粒细化作用。Sn与Si元素可在镁中形成Mg2Sn和Mg2Si的第二相，对镁合金基体起到强化效果。Y、Nd、Sc、Gd等稀土元素在镁合金中具有较大的固溶度，有良好的微合金化固溶强化效果。以上元素的微量复合添加，可以更好地保证镁合金基体的高强度高韧性。
本申请一些实施方式中，镁合金基体中，Al的重量百分含量具体可以是但不限于是0.1％、0.2％、0.5％、1.0％、1.5％、2.0％、2.5％、3.0％、3.5％、4.0％。一些实施例中，Al的重量百分含量可以是Al的重量百分含量可以是0.2％-2％。
本申请一些实施方式中，镁合金基体中，Zr的重量百分含量具体可以是但不限于是0.05％、0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1.0％。一些实施例中，Ca的重量百分含量可以是0.2％-0.4％。
本申请一些实施方式中，镁合金基体中，Ce的重量百分含量具体可以是但不限于是0.05％、0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％。一些实施例中，Ce的重量百分含量可以是0.1％-0.4％。
本申请一些实施方式中，镁合金基体中，La的重量百分含量具体可以是但不限于是0.05％、0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％。一些实施例中，La的重量百分含量可以是0.1％-0.4％。
本申请一些实施方式中，镁合金基体中，Y的重量百分含量具体可以是但不限于是0.05％、0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％。一些实施例中，Y的重量百分含量可以是0.05％-0.4％。
本申请一些实施方式中，镁合金基体中，Nd的重量百分含量具体可以是0.2％-0.4％。本申请一些实施方式中，镁合金基体中，Si的重量百分含量具体可以是0.2％-0.4％。本申请一些实施方式中，镁合金基体中，Mn的重量百分含量具体可以是0.2％-1.0％。本申请一些实施方式中，镁合金基体中，Sr的重量百分含量具体可以是0.1％-0.3％。本申请一些实施方式中，镁合金基体中，Sn的重量百分含量具体可以是0.2％-0.5％。本申请一些实施方式中，镁合金基体中，Sc的重量百分含量具体可以是0.1％-0.3％。本申请一些实施方式中，镁合金基体中，Gd的重量百分含量具体可以是0.2％-0.4％。
本申请实施方式中，镁合金基体中，Ca、Zr、Ce、La、Y、Nd、Si、Mn、Sr、Sn、Sc、Gd的总重量百分含量可以是小于或等于2％。本申请一些实施方式中，所述Ca、Zr、Ce、La、Y、Nd、Si、Mn、Sr、Sn、Sc、Gd的总重量百分含量可以是大于或等于0.15％且小于或等于2％。其中，将上述元素的总含量控制在≥0.15％能够更好地保证基体合金的合金化程度，提升合金的基本强度，以及与外加增强相的界面结合效果。将上述元素的总含量控制在≤2％，可以更好地避免镁基复合材料的强度与导热效果的失配，同时避免合金配方不必要的成本增加。
本申请实施方式中，为了保证镁基复合材料的性能，镁合金基体中，不可避免的杂质元素的重量百分含量可以是控制在不超过0.1％。一些实施例中，不可避免的杂质元素的重量百分含量可以是控制在不超过0.05％。不可避免的杂质含量越少，越有利于获得设计所期望的性能的镁基复合材料。
本申请实施方式中，镁基复合材料中高模量高导热的增强体的加入可以产生有益的强化效果，提升镁基复合材料的性能。本申请实施方式中，镁基复合材料中，增强体的体积百分含量可以是1％-20％。具体地，增强体的体积百分含量可以是但不限于是1％、3％、5％、7％、8％、10％、12％、13％、15％、18％、20％。增强体的加入量控制在上述范围，可以更好地发挥增强相的高模量传递效果，提升镁基复合材料的最终弹性模量；同时由于增强体本身的脆性，可能导致镁基复合材料延伸率的大幅下降，从而引发相应结构件壳体在加工中的裂纹等不良，或者整机使用过程中的脆性断裂失效，将增强体的体积百分含量控制在≤20％，有利于镁基复合材料获得更高的延伸率。
本申请实施方式中，增强体可以是包括增强颗粒和/或增强纤维。增强颗粒包括SiC、B4C、SiO2、ZrO2、Si3N4、AlN、BN、Al2O3、TiC、TiB2、金刚石、石墨、石墨烯、碳纳米管中的一种或多种。增强纤维可以是包括碳纤维。本申请一些实施例中，增强体可以是只包括增强颗粒；一些实施例中，增强体可以是只包括增强纤维；一些实施例中，增强体也可以是同时包括增强颗粒和增强纤维。其中，增强颗粒的具体形状不限，可以是粉末状、球状、类球状、管状、片状、不规则形状等。本申请实施方式中，增强颗粒的尺寸可以是小于或等于50μm。一些实施方式中，增强颗粒的尺寸可以是1μm-30μm。具体地，一些实施例中，增强颗粒的尺寸例如可以是1μm、5μm、10μm、15μm、20μm、25μm、30μm、35μm、40μm、50μm。本申请实施方式中，增强纤维为短切纤维，短切长度小于或等于2mm。具体地，一些实施例中，短切纤维的长度例如可以是0.5mm、1mm、1.5mm、2mm。
在镁基复合材料制备过程中，增强体的存在一般会使摩擦力增加，从而加剧合金流动的不均匀性，易导致材料周期性裂纹。为了获得更好的成型加工性能，本申请实施例将增强体的尺寸大小控制在增强颗粒尺寸小于或等于50μm，增强纤维长度小于或等于2mm，以及将体积含量控制在不超过20％，这样有利于保证镁基复合材料兼顾良好的强化效果和良好的挤压加工性。
为了更好地提升增强体与镁合金基体之间的结合力，进而提升镁基复合材料的力学性能，本申请一些实施方式中，增强体还可以包括设置在增强颗粒和/或增强纤维表面的附加层，附加层可以是包括氧化镁、二氧化硅、二氧化钛、钛及其合金、铜及其合金、锆及其合金、氮化钛、碳化硅中的一种或多种。附加层可以是通过涂覆制备，也可以是通过镀制，即附加层可以是上述材料形成的涂层或镀层。
本申请实施方式中，镁基复合材料的导热系数为90W/mK-130W/mK，屈服强度为≥200Mpa，抗拉强度为≥250MPa，延伸率≥3％，弹性模量为45Gpa-70Gpa。一些实施例中，镁基复合材料的导热系数具体例如可以是90W/mK、95W/mK、100W/mK、105W/mK、110W/mK、115W/mK、120W/mK、125W/mK、130W/mK等。一些实施例中，镁基复合材料的屈服强度具体例如可以是200Mpa，210Mpa，220Mpa，230Mpa，250Mpa，280Mpa，300Mpa等。一些实施例中，镁基复合材料的屈服强度≥220Mpa。一些实施例中，镁基复合材料的抗拉强度具体例如可以是250Mpa，260Mpa，270Mpa，280Mpa，290Mpa，300Mpa，310Mpa等。一些实施例中，镁基复合材料的延伸率具体例如可以是3％、4％、4.5％、5％、6％。一些实施例中，镁基复合材料的延伸率为3％-6％。一些实施例中，镁基复合材料的弹性模量具体例如可以是45Gpa、48Gpa、50Gpa、52Gpa、55Gpa、58Gpa、60Gpa、65Gpa、66Gpa、68Gpa、70Gpa。本申请实施方式中，镁基复合材料的密度为1.8g/cm3-2.0g/cm3。本申请实施例提供的镁基复合材料具有优异的综合性能，该镁基复合材料制成的板材可作为终端壳体原材料，通过CNC(Computerized Nμmerical Control，计算机数控)加工成指定结构尺寸的中框或者后盖(例如手机中框、笔记本电脑的ACD壳、平板电脑的中框或后盖、手表表壳等)，对比当前采用的铝合金或者一般镁合金、镁铝合金方案，采用本申请实施例的镁基复合材料制备的终端壳体具有更高的结构刚度，还可以起到减重效果。
本申请实施例还提供一种镁基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤S101、通过熔炼获得镁合金基体熔体，将镁合金基体熔体的温度调节至半固态温度区间，获得半固态熔体；
具体可以是按照镁合金基体的设计配比准备原料并熔炼得到镁合金基体熔体，在740℃以上进行液态搅拌促进熔化充分；充分熔化后再降温至半固态温度区间，并恒温稳定一段时间，得到半固态熔体。本申请实施例设计镁合金基体配方具有较宽的半固态温度区间，有利于后续增强体通过搅拌实现均匀分散。
步骤S102、对半固态熔体进行涡流搅拌，在漩涡中心加入预热的增强体，持续搅拌升温至液相线温度以上后经铸造得到镁基复合材料铸锭；
本申请实施例通过采用搅拌铸造，可以实现少流程低成本的制备，其中铸造可以是重力铸造，也可以是半连续铸造。本申请选择半固态温度区间进行增强体分散，能够实现增强体在镁合金基体中的较好分散。本申请通过在漩涡中心加入预热的增强体可以实现增强体在半固态熔体中的高度均匀分散，有利于提高镁基复合材料的性能。涡流搅拌的速度可以是300-800r/min。一些实施例中，涡流搅拌的速度具体可以是300r/min、500r/min、600r/min、800r/min。预热的温度可以是400℃-600℃。
步骤S103、对镁基复合材料铸锭进行热挤压或轧制成型，并经热处理得到镁基复合材料。本申请实施例中，热挤压工艺温度可以是300℃-350℃，在该温度范围进行热挤压能够使材料获得较好的挤压加工性。一些实施例中，热挤压工艺温度可以是300℃、320℃、350℃。热挤压或轧制变形的过程中，可以进一步强化增强体分散。其中热处理可以是欠时效热处理或峰时效热处理。热处理的温度可以是150℃-300℃，时间可以是4-12小时。具体地，热处理温度例如可以是150℃、160℃、175℃、180℃、200℃、220℃、250℃、280℃、300℃等，热处理时间可以是4小时、6小时、8小时、10小时、12小时等。本申请的复合材料采用适当的热处理，能够在界面位错处促进弥散第二相析出，充分发挥时效析出相和外加增强体的共同强化作用，从而保证了复合材料更好地兼顾高强度和高韧性。
本申请实施例的镁基复合材料的制备方法，通过采用半固态搅拌铸造与热挤压或轧制工艺配合，加工性好，可实现增强体的良好分散效果，最终可实现镁基复合材料低成本连续制备。
本申请实施例还提供一种结构件，该结构件采用本申请上述的镁基复合材料制备。该结构件可以是各种具有高导热高强韧高模量要求的结构件，例如可以是电子设备壳体等。
参见图1，本申请实施例提供一种壳体100，壳体100采用本申请上述的镁基复合材料制备，即壳体100为镁基复合材料壳体。该壳体100可以是电子设备壳体。
参见图2，本申请实施例提供一种电子设备200，电子设备200包括外壳21和位于外壳21内部的主板和电池等部件(图中未示出)，外壳21的整体或部分为本申请实施例上述的壳体100，即外壳21的整体或部分采用本申请实施例上述的镁基复合材料制备。电子设备200可以包括手机、平板电脑、笔记本电脑、可穿戴设备、便携机、超级移动个人计算机(ΜMPC)、手持计算机、对讲机、上网本、POS机、个人数字助理(PDA)、行车记录仪、虚拟现实设备、无线U盘、蓝牙音响/耳机、或车载前装等具有边框或壳体的移动终端或固定终端。
以电子设备200是手机为例，图3为本申请实施例手机前盖、中框、后盖的结构示意图。如图3所示，手机外壳21具体可以包括组装在手机前侧(即显示屏一侧)的前盖211，也可以包括组装在后侧的后盖213，在一些实施方式中，外壳21还可以是包括位于前盖211和后盖213之间的中框212，中框212用于承载主板、电池等部件。本发明实施方式中，前盖211、后盖213和/或中框212整体为本申请实施例提供的镁基复合材料壳体，或者前盖211、后盖213和/或中框212的一部分为本申请实施例提供的镁基复合材料壳体，例如后盖213的一部分或者前盖211、中框212的一部分为本申请实施例提供的镁基复合材料壳体。本申请一些实施方式中，后盖213与中框212可以是一体结构；本申请另一些实施方式中，后盖213与中框212也可以是分体结构。其中，手机还包括显示屏。在全面屏的手机中，外壳21一般不包括前盖，中框位于显示屏和后盖之间。或者，某些全面屏的手机，外壳21可能不包括暴露在外部的中框。
采用本申请实施例的镁基复合材料用于制备电子设备壳体，可以提升电子设备的导热性能、抗冲击、抗跌落性能，同时还有较好的减重收益，可以多方面提升产品竞争力，提升用户体验。
本申请中，“-”表示范围，包括两个端点值，例如“Zn 4％-7％”包括4％和7％两个端点值，以及两个端点值之间的任意数值；又例如“Al 0-4％”包括0和4％两个端点值，以及两个端点值之间的任意数值。
下面分多个实施例对本申请实施例进行进一步的说明。
实施例1
本实施例提供一种镁基复合材料，包括镁合金基体和增强体，镁合金基体的成分包括按重量百分含量计的如下元素：Zn 6wt％，Al 0.5wt％，Ca 0.2wt％，Zr 0.2wt％，Ce0.1wt％，La 0.1wt％，Y 0.05wt％，Nd 0.05wt％，Si 0.05wt％，Mn 0.05wt％，Sr0.05wt％，Sn 0.05wt％，余量为Mg和不可避免的杂质元素，其中杂质元素的重量百分含量不超过0.1％。增强体为SiC颗粒，SiC颗粒的粒径为10μm，体积分数为7％。
按照上述配方熔炼镁合金基体，在740℃以上进行充分液态搅拌，之后降温至50％液相率的半固态温度，对半固态熔体进行转速在500r/min的高速涡流搅拌，同时加入增强体颗粒，之后升温至680℃，进行半连续铸造得到镁基复合材料铸锭；随后经过300℃下热挤压与175℃下的12h的热处理，获得截面尺寸为90mm×6mm的镁基复合材料板材。
将本实施例制得的镁基复合材料板材采用扫描电镜(SEM)对其微观组织形貌和成分分布情况进行标定，结果如图4所示，由图4可知，镁基复合材料中，增强体颗粒12均匀分布在镁合金基体11中，无团聚。
将本实施例制得的镁基复合材料板材加工成1mm×2mm×3mm尺寸的样品，采用XCT(X射线计算机断层成像)技术对其内部增强体的分布情况进行测定，结果如图5所示，由图5可知，增强体(图5中亮白部分)在三维方向上分布均匀、无团聚。
实施例2
本实施例提供一种镁基复合材料，包括镁合金基体和增强体，镁合金基体的成分包括按重量百分含量计的如下元素：Zn 6wt％，Al 0.5wt％，Ca 0.2wt％，Zr 0.2wt％，Ce0.1wt％，La 0.1wt％，Y 0.05wt％，Nd 0.05wt％，Si 0.05wt％，Mn 0.05wt％，Sr0.05wt％，Sn 0.05wt％，余量为Mg和不可避免的杂质元素，其中杂质元素的重量百分含量不超过0.1％。增强体为SiC颗粒，SiC颗粒的粒径为5μm，体积分数为13％。
按照上述配方熔炼镁合金基体，在740℃以上进行充分液态搅拌，之后降温至50％液相率的半固态温度，对半固态熔体进行转速在500r/min的高速涡流搅拌，同时加入增强体颗粒，之后升温至680℃，进行半连续铸造得到镁基复合材料铸锭；随后经过350℃下热挤压与175℃下的12h的热处理，获得截面尺寸为90mm×6mm的镁基复合材料板材。
将本实施例制得的镁基复合材料板材采用扫描电镜对其微观组织形貌和成分分布情况进行标定，结果如图6所示，由图6可知，镁基复合材料中，增强体颗粒12均匀分布在镁合金基体11中，无团聚，界面结合好。
相比实施例1，实施例2采用更加细小粒径的增强体，可实现更好的强化效果。
实施例3
本实施例提供一种镁基复合材料，包括镁合金基体和增强体，镁合金基体的成分包括按重量百分含量计的如下元素：Zn 6wt％，Al 0.5wt％，Ca 0.2wt％，Zr 0.2wt％，Ce0.1wt％，La0.1wt％，Y 0.05wt％，Nd 0.05wt％，Si 0.05wt％，Mn 0.05wt％，Sr 0.05wt％，Sn 0.05wt％，余量为Mg和不可避免的杂质元素，其中杂质元素的重量百分含量不超过0.1％。增强体为短切碳纤维，短切碳纤维的长度为2mm，体积分数为20％。
按照上述配方熔炼镁合金基体，在740℃以上进行充分液态搅拌，之后降温至50％液相率的半固态温度，对半固态熔体进行转速在500r/min的高速涡流搅拌，同时加入增强体纤维，之后升温至680℃，进行半连续铸造得到镁基复合材料铸锭；随后经过350℃下热挤压与175℃下的12h的热处理，获得截面尺寸为90mm×6mm的镁基复合材料板材。
将本实施例制得的镁基复合材料板材采用扫描电镜和透射电镜对其微观组织形貌和成分分布情况进行标定，扫描电镜结果如图7所示，由图7可知，镁基复合材料中，增强体纤维12均匀分布在镁合金基体11中，无团聚，界面完整；透射电镜结果如图8所示，由图8可知，镁基复合材料中，增强体碳纤维表面的附加层(TiO2)与镁合金基体之间的界面完整清晰，附加层与镁合金基体之间保持了良好的界面结合。
实施例4
本实施例提供一种镁基复合材料，包括镁合金基体和增强体，镁合金基体的成分包括按重量百分含量计的如下元素：Zn 6wt％，Ca 0.2wt％，余量为Mg和不可避免的杂质元素，其中杂质元素的重量百分含量不超过0.1％。增强体为SiC颗粒，SiC颗粒的粒径为10μm，体积分数为7％。
按照上述配方熔炼镁合金基体，在740℃以上进行充分液态搅拌，之后降温至50％液相率的半固态温度，对半固态熔体进行转速在500r/min的高速涡流搅拌，同时加入增强体颗粒，之后升温至680℃，进行半连续铸造得到镁基复合材料铸锭；随后经过300℃下热挤压与175℃下的12h的热处理，获得截面尺寸为90mm×6mm的镁基复合材料板材。
图9为实施例4制得的镁基复合材料板材的金相组织图。金相组织图中，灰白的部分是镁合金基体，黑色的部分是增强体。由图9可以看出镁基复合材料中，增强体均匀分布在镁合金基体中，无团聚，界面清晰完整。
实施例5
本实施例提供一种镁基复合材料，包括镁合金基体和增强体，镁合金基体的成分包括按重量百分含量计的如下元素：Zn 4.5wt％，Al 0.5wt％，Ca 0.2wt％，Zr 0.2wt％，Ce0.1wt％，La 0.1wt％，Y 0.05wt％，Nd 0.05wt％，Si 0.05wt％，Mn 0.05wt％，Sr0.05wt％，Sn 0.05wt％，余量为Mg和不可避免的杂质元素，其中杂质元素的重量百分含量不超过0.1％。增强体为SiC颗粒，SiC颗粒的粒径为10μm，体积分数为5％。
按照上述配方熔炼镁合金基体，在740℃以上进行充分液态搅拌，之后降温至50％液相率的半固态温度，对半固态熔体进行转速在500r/min的高速涡流搅拌，同时加入增强体颗粒，之后升温至680℃，进行半连续铸造得到镁基复合材料铸锭；随后经过300℃下热挤压与175℃下的12h的热处理，获得截面尺寸为90mm×6mm的镁基复合材料板材。
图10为实施例5制得的镁基复合材料板材的金相组织图。金相组织图中，灰白的部分是镁合金基体，黑色的部分是增强体。由图10可以看出镁基复合材料中，增强体均匀分布在镁合金基体中，无团聚，界面清晰完整。
实施例6
本实施例提供一种镁基复合材料，包括镁合金基体和增强体，镁合金基体的成分包括按重量百分含量计的如下元素：Zn 6wt％，Ca 0.8wt％，余量为Mg和不可避免的杂质元素，其中杂质元素的重量百分含量不超过0.1％。增强体为SiC颗粒，SiC颗粒的粒径为10μm，体积分数为7％。
按照上述配方熔炼镁合金基体，在740℃以上进行充分液态搅拌，之后降温至50％液相率的半固态温度，对半固态熔体进行转速在500r/min的高速涡流搅拌，同时加入增强体颗粒，之后升温至680℃，进行半连续铸造得到镁基复合材料铸锭；随后经过300℃下热挤压与175℃下的12h的热处理，获得截面尺寸为90mm×6mm的镁基复合材料板材。
图11为实施例6制得的镁基复合材料板材的金相组织图。金相组织图中，灰白的部分是镁合金基体，黑色的部分是增强体。由图11可以看出镁基复合材料中，增强体均匀分布在镁合金基体中，无团聚，界面清晰完整。
实施例7
本实施例提供一种镁基复合材料，包括镁合金基体和增强体，镁合金基体的成分包括按重量百分含量计的如下元素：Zn 6wt％，Ca 0.05wt％，Ce 0.15wt％，La 0.15wt％，Y0.1wt％，Nd 0.1wt％，余量为Mg和不可避免的杂质元素，其中杂质元素的重量百分含量不超过0.1％。增强体为SiC颗粒，SiC颗粒的粒径为5μm，体积分数为8％。
按照上述配方熔炼镁合金基体，在740℃以上进行充分液态搅拌，之后降温至50％液相率的半固态温度，对半固态熔体进行转速在500r/min的高速涡流搅拌，同时加入增强体颗粒，之后升温至680℃，进行半连续铸造得到镁基复合材料铸锭；随后经过300℃下热挤压与175℃下的12h的热处理，获得截面尺寸为90mm×6mm的镁基复合材料板材。
图12为实施例7制得的镁基复合材料板材的金相组织图。金相组织图中，灰白的部分是镁合金基体，黑色的部分是增强体。由图12可以看出镁基复合材料中，增强体均匀分布在镁合金基体中，无团聚，界面清晰完整。
实施例8
本实施例提供一种镁基复合材料，包括镁合金基体和增强体，镁合金基体的成分包括按重量百分含量计的如下元素：Zn 6wt％，Ca 0.05wt％，Zr 0.5wt％，Si 0.1wt％，Mn0.1wt％，Sr 0.05wt％，Sn 0.1wt％，余量为Mg和不可避免的杂质元素，其中杂质元素的重量百分含量不超过0.1％。增强体为SiC颗粒，SiC颗粒的粒径为5μm，体积分数为15％。
按照上述配方熔炼镁合金基体，在740℃以上进行充分液态搅拌，之后降温至50％液相率的半固态温度，对半固态熔体进行转速在500r/min的高速涡流搅拌，同时加入增强体颗粒，之后升温至680℃，进行半连续铸造得到镁基复合材料铸锭；随后经过300℃下热挤压与175℃下的12h的热处理，获得截面尺寸为90mm×6mm的镁基复合材料板材。
图13为实施例8制得的镁基复合材料板材的金相组织图。金相组织图中，灰白的部分是镁合金基体，黑色的部分是增强体。由图13可以看出镁基复合材料中，增强体均匀分布在镁合金基体中，无团聚，界面清晰完整。
为证明本申请实施例方案的有益效果，将实施例1-8的镁基复合材料进行如下性能测试，测试结果如表3所示：
(1)将镁基复合材料板材加工成国标(GB/T 228.1-2010)尺寸的狗骨头试片，对其力学性能进行测试；
(2)将镁基复合材料板材加工成ASTM标准(ASTM E1461)尺寸的热扩散系数测试圆片，对其导热系数进行测试；
(3)将镁基复合材料板材加工成60mm×10mm×1.5mm尺寸的样品，采用动态共振方法(ASTM E1876)对其弹性模量进行测试。
另外，将实施例1-8的镁基复合材料板材通过CNC工艺加工成同一尺寸型号的手机中框，并关注其比刚度，其中比刚度是指材料的弹性模量与其密度的比值，也称“比模数”或“比弹性模量”，比刚度较高说明相同刚度下材料重量更轻，或相同质量下刚度更大。
表3镁基复合材料性能测试结果
Figure BDA0003327137250000111
Figure BDA0003327137250000121
由表3可知，本申请实施例的镁基复合材料兼具高导热性、高强韧性能和高模量，采用本申请实施例的镁基复合材料加工而成的手机中框，相比目前常规的手机中框成型材料(压铸铝ADC12、压铸镁AZ9D、铝合金6013、镁合金AZ31B)，拥有更高的比刚度。

Claims (22)

1.一种镁基复合材料，其特征在于，所述镁基复合材料包括镁合金基体和分布在镁合金基体中的增强体，以镁合金基体100％重量计，所述镁合金基体包括以下重量百分含量的各组分：Zn 4％-7％，Ca 0.05％-0.8％，Al 0-4％，Zr 0-1％，Ce 0-0.8％，La 0-0.8％，Y0-0.8％，Nd0-0.8％，Si 0-0.8％，Mn 0-1.5％，Sr 0-0.5％，Sn 0-1％，Sc 0-0.5％,Gd 0-0.8％，余量为Mg和不可避免的杂质元素。
2.根据权利要求1所述的镁基复合材料，其特征在于，所述镁合金基体中，Zn的重量百分含量为4.5％-6％。
3.根据权利要求1或2所述的镁基复合材料，其特征在于，所述镁合金基体中，Ca的重量百分含量为0.1％-0.5％。
4.根据权利要求3所述的镁基复合材料，其特征在于，所述镁合金基体中，Ca的重量百分含量为0.2％-0.4％。
5.根据权利要求1-4任一项所述的镁基复合材料，其特征在于，所述镁合金基体中，Al的重量百分含量为0.2％-2％。
6.根据权利要求1-5任一项所述的镁基复合材料，其特征在于，所述镁合金基体中，Zr的重量百分含量为0.2％-0.4％。
7.根据权利要求1-6任一项所述的镁基复合材料，其特征在于，所述镁合金基体中，Ce的重量百分含量为0.1％-0.4％。
8.根据权利要求1-7任一项所述的镁基复合材料，其特征在于，所述镁合金基体中，La的重量百分含量为0.1％-0.4％。
9.根据权利要求1-8任一项所述的镁基复合材料，其特征在于，所述镁合金基体中，Y的重量百分含量为0.05％-0.4％。
10.根据权利要求1-9任一项所述的镁基复合材料，其特征在于，所述镁合金基体中，Ca、Zr、Ce、La、Y、Nd、Si、Mn、Sr、Sn、Sc、Gd的总重量百分含量小于或等于2％。
11.根据权利要求10所述的镁基复合材料，其特征在于，所述镁合金基体中，Ca、Zr、Ce、La、Y、Nd、Si、Mn、Sr、Sn、Sc、Gd的总重量百分含量大于或等于0.15％且小于或等于2％。
12.根据权利要求1-11任一项所述的镁基复合材料，其特征在于，所述镁合金基体中，不可避免的杂质元素的重量百分含量不超过0.1％。
13.根据权利要求1-12任一项所述的镁基复合材料，其特征在于，所述镁基复合材料中，所述增强体的体积百分含量为1％-20％。
14.根据权利要求1-13任一项所述的镁基复合材料，其特征在于，所述增强体包括增强颗粒和/或增强纤维。
15.根据权利要求14所述的镁基复合材料，其特征在于，所述增强颗粒包括SiC、B4C、SiO2、ZrO2、Si3N4、AlN、BN、Al2O3、TiC、TiB2、金刚石、石墨、石墨烯、碳纳米管中的一种或多种；所述增强纤维包括碳纤维。
16.根据权利要求14或15所述的镁基复合材料，其特征在于，所述增强颗粒的尺寸小于或等于50μm；所述增强纤维为短切纤维，短切长度小于或等于2mm。
17.根据权利要求14-16任一项所述的镁基复合材料，其特征在于，所述增强体还包括设置在所述增强颗粒和/或增强纤维表面的附加层，所述附加层包括氧化镁、二氧化硅、二氧化钛、钛及其合金、铜及其合金、锆及其合金、氮化钛、碳化硅中的一种或多种。
18.根据权利要求1-17任一项所述的镁基复合材料，其特征在于，所述镁基复合材料的导热系数为90W/mK-130W/mK，屈服强度为≥200Mpa，抗拉强度为≥250MPa，延伸率≥3％，弹性模量为45GPa-70GPa。
19.一种镁基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
通过熔炼获得镁合金基体熔体，将所述镁合金基体熔体的温度调节至半固态温度区间，获得半固态熔体；
对所述半固态熔体进行涡流搅拌，在漩涡中心加入预热的增强体，持续搅拌升温至液相线温度以上后经铸造得到镁基复合材料铸锭；
对所述镁基复合材料铸锭进行热挤压或轧制成型，并经热处理得到镁基复合材料。
20.一种结构件，其特征在于，所述结构件采用权利要求1-18任一项所述的镁基复合材料制备。
21.一种壳体，其特征在于，所述壳体采用权利要求1-18任一项所述的镁基复合材料制备。
22.一种电子设备，其特征在于，包括外壳和位于所述外壳内部的主板，所述外壳的整体或部分为权利要求21所述的壳体。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2008106337A (ja) * 2006-10-27 2008-05-08 Shingijutsu Kenkyusho:Kk マグネシウム合金の圧延材およびその製造方法
WO2017205281A1 (en) * 2016-05-23 2017-11-30 Terves Inc. High conductivity magnesium alloy

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008106337A (ja) * 2006-10-27 2008-05-08 Shingijutsu Kenkyusho:Kk マグネシウム合金の圧延材およびその製造方法
WO2017205281A1 (en) * 2016-05-23 2017-11-30 Terves Inc. High conductivity magnesium alloy

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