专利名称：一种导热镁合金和其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种导热镁合金和其制备方法，属于金属材料领域。
背景技术：
航空航天中的电源、电子器件的散热系统结构材料，既要求优良的导热性能，同时还必须具有密度小、强度高。因此，高强度、高导热镁合金具有重要的应用背景。
纯镁的导热系数为1.55W.(m.K)-1，强度大约为10MPa左右；合金化后，强度大幅度提高，导热系数显著降低。例如根据美国镁及合金手册(ASM Specialty HandbookMagnesium and magnesiumAlloys)，含铝、锌的镁合金AZ81，其抗拉强度为275Mpa、20℃时的导热系数为51.1W.(m.K)-1稀土镁合金WE43，其强度为250Mpa、20℃时的导热系数为51.3W.(m.K)-1；含锌、稀土的镁合金ZE41，其抗拉强度为205Mpa、20℃时的导热系数为123.1W.(m.K)-1；含锌、铜的镁合金ZC63，其抗拉强度为210Mpa、20℃时的导热系数为122W.(m.K)-1；含银、稀土的镁合金QE22，其抗拉强度为260Mpa、20℃时的导热系数为113W.(m.K)-1。
目前已有的镁合金，导热率高的比如ZE41、QE22，其强度都小于265Mpa；而强度较高的比如AZ81、WE43，其导热率都小于55W.(m.K)-1。
发明内容
本发明的目的是提供一种导热率和强度都比较高的镁合金，该镁合金材料在20℃条件下，导热率大于120W.(m.K)-1，抗拉强度大于340Mpa、屈服强度大于310Mpa。可以用作航空航天中的电源、电子器件的散热系统结构材料。
本发明的另一个目的是提供一种导热率和强度都比较高的镁合金的制备方法。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案 一种导热镁合金，该镁合金的成分含量为Zn的含量为2.5～11wt％，Zr的含量为0.15～1.5wt％，Ag的含量为0.1～2.5wt％，Ce的含量为0.3～3.5wt％，Nd的含量为0～1.5wt％，La的含量为0～2.5wt％，Pr的含量为0～0.5wt％，其中，Nd、La、Pr同时都不等于0，或者Nd、La、Pr同时都为0(即同时含Nd、La、Pr中的3种，或者不含Nd、La和Pr 3种)，其余为Mg。
由于，在制备镁合金的过程中，镁合金中的成份Ce是以纯Ce锭或富铈混合稀土锭方式加入的，在所加入的富铈混合稀土中，Ce的含量在40重量％以上，其余是Nd、La和Pr稀土元素。因此，镁合金的成份Ce在以纯富铈混合稀土锭方式加入时，镁合金的成份中含Ce的同时又都含有Nd、La和Pr 3种，即技术方案中的Nd、La、Pr同时都不等于0；镁合金中的成份Ce在以纯Ce锭方式加入时，镁合金的成份中只含Ce，不含有Nd、La和Pr 3种，即技术方案中的Nd、La、Pr同时都为0。
在本发明的导热镁合金中，所述的Zn的含量优选为3.5～6.5wt％。
在本发明的导热镁合金中，所述的Zr的含量优选为0.45～1.0wt％。
在本发明的导热镁合金中，所述的Ag的含量优选为0.5～1.5wt％。
在本发明的导热镁合金中，所述的Ce的含量优选为1.5～3.0wt％。
在本发明的导热镁合金中，所述的Nd、La和Pr的总含量优选为0～3.5wt％。
一种制备本发明的导热镁合金的方法，该方法包括下述步骤 (1)、以纯镁锭、纯Zn锭、Mg-Zr中间合金、纯Ag锭或者Mg-Ag中间合金、以及纯Ce锭或富铈混合稀土锭、或者Ce或富铈混合稀土与镁的中间合金为原料，按上述的镁合金的成分的重量百分比进行备料；其中，富铈混合稀土为Ce的含量在40重量％以上，其余是Nd、La和Pr稀土元素，Nd、La和Pr在富铈混合稀土中的含量不是固定的，不同生产厂家以及同一个生产厂家不同时间生产的富铈混合稀土，其中Nd、La和Pr的含量可能也不相同，但是基本上都在一个范围之内，Nd的含量为10～20wt％，La的含量为20～35wt％，Pr的含量为3～10wt％； (2)、将全部纯镁锭以尽量紧密的方式码放在熔化炉中的熔化坩埚中，在保护气体的保护下完全熔化，将镁熔液温度控制在680～800℃，将熔液表面的浮渣清理干净，向熔化炉通入保护气体； (3)、将预热炉升温到160～580℃，将纯Zn锭、Mg-Zr中间合金、纯Ag锭或者Mg-Ag中间合金、以及纯Ce锭或富铈混合稀土锭、或者Ce或富铈混合稀土与镁的中间合金放入加料筐中，加料筐为低碳钢或高铬钢制成，其上密布着大量的小孔，将上述原料连同盛放这些原料的加料筐一起放入预热炉中，预热到100～580℃； (4)、将预热后的纯Zn锭、Mg-Zr中间合金、纯Ag锭或者Mg-Ag中间合金、以及纯Ce锭或富铈混合稀土锭、或者Ce或富铈混合稀土与镁的中间合金连同盛放这些原料的加料筐一起没入镁熔液中，便于纯Zn锭、Mg-Zr中间合金、纯Ag锭或者Mg-Ag中间合金、以及纯Ce锭或富铈混合稀土锭、或者Ce或富铈混合稀土与镁的中间合金的溶解和扩散； (5)、将镁熔液温度控制在720～800℃，待Zn、Mg-Zr中间合金、Ag或者Mg-Ag中间合金、以及Ce或富铈混合稀土、或者Ce或富铈混合稀土与镁的中间合金完全溶解后，取出加料筐，再在730～800℃保温10～60分钟，使所有合金元素均匀分布在镁熔液中；之后，浇注光谱试样，进行炉前分析，根据试样的成分和含量决定是否加料调整，直至镁合金熔液达到本发明的镁合金的成分和含量； (6)、将镁合金熔液浇注到充分预热过的金属型铸造模具或者砂型铸造模具中凝固成铸件；或者将镁合金熔液根据铸件重量分批浇注到挤压铸造机或压铸机中，挤压铸造或压铸成铸件；或者采用低压铸造工艺将镁合金铸造成铸件； (7)、将上述步骤制备的铸件进行固溶处理，其固溶处理过程是将铸件加热到350～500℃、保温3～30小时，淬水； (8)、将固溶处理后的铸件进行时效处理，其时效处理过程是将铸件加热到155～235℃、保温2～46小时。
制备本发明的导热镁合金的方法包括有熔炼过程和后处理过程，其中，后处理过程可分为两种一种是对浇注后的铸件进行后处理、另一种是对浇注后的坯锭进行后处理，因此，因不同的后处理过程，制备本发明的导热镁合金的方法也分为两种，前述的制备本发明的导热镁合金的方法是其中的一种，为第一种本发明的导热镁合金的方法。第二种制备本发明的导热镁合金的方法是 一种制备本发明的导热镁合金的方法，其中，熔炼过程和第一种本发明的导热镁合金的方法的步骤(1)-(5)相同，故省略，其步骤(6)-(8)为 (6)、将镁合金熔液浇注到充分预热过的金属型铸造模具或者砂型铸造模具中凝固成供后续变形加工用的坯锭，或者将镁合金熔液输送到结晶器中，进行连续或半连续铸造，制备成供后续变形加工用的坯锭； (7)、将上述步骤制备的坯锭进行均匀化热处理，其均匀化热处理过程是将坯锭加热到350～500℃、保温3～30小时，然后直接采用轧制、挤压、拉拔或锻造工艺变形加工成板材、管材、型材、棒材、线材或各种锻件，即采用挤压或拉拔工艺将坯锭变形加工成棒材或线材，或用轧制变形将坯锭加工成板材，或采用挤压变形将坯锭加工成管材或型材，或采用锻压机将坯锭锻造成锻件； (8)、将变形加工成的板材、管材、型材、棒材、线材或各种锻件进行时效处理，其时效处理过程是将板材、管材、型材、棒材、线材或各种锻件加热到155～235℃、保温2～36小时。
在制备本发明的导热镁合金的方法中，在所述的步骤(2)中，纯镁锭在保护气体的保护下熔化中，是在坩埚底部和纯镁锭表面均匀撒上硫磺粉，硫磺粉的量以氧化燃烧后能将坩埚中的氧全部转化成二氧化硫为准，用坩埚盖将坩埚密闭，加热升温，使全部纯镁锭在二氧化硫和燃烧后剩余的氮气的保护下完全熔化，再打开坩埚盖。其中硫磺粉的用量可以大致估算如下硫磺的氧化燃烧反应为S+O2＝SO2，S的原子量与O2的分子量都是32，即硫磺粉的用量与坩埚中物料以外空间中的氧含量相等；氧在空气中大约占1/5，而且空气密度大约为1克/升；例如坩埚中物料以外的空间为200升，其中氧气为40升，即40克，因此硫磺粉的用量为40克。另外，少量残留的氧气或者硫磺对镁合金熔炼的影响可以忽略。在实际操作中，根据坩埚的容积和纯镁锭的总体积，计算出坩埚中物料以外的空间，并根据坩埚中物料以外的空间，计算出氧气重量和硫磺粉重量。
在制备本发明的导热镁合金的方法中，在所述的步骤(2)中，向熔化炉通入的保护气体优选为含有0.2～0.5体积％SF6的N2。以下简称为保护气体(0.2～0.5％SF6+N2)。
本发明的优点是本发明的镁合金在20℃条件下，导热率大于120W.(m.K)-1，抗拉强度大于340Mpa、屈服强度大于310Mpa。可以用作航空航天中的电源、电子器件的散热系统结构材料。
具体实施例方式 实施例11000公斤Mg-2.5Zn-1.5Zr-2.5Ag-3.5Ce导热镁合金(即该镁合金的成分含量为2.5wt％Zn、1.5wt％Zr、2.5wt％Ag、3.5wt％Ce，余量为Mg)及其板材轧制制备方法。
1、纯Zn锭、Mg-30Zr中间合金、纯Ag锭、纯Ce锭预热 采用预热炉将25公斤纯Zn锭、50公斤Mg-30Zr中间合金、25公斤纯Ag锭、35公斤纯Ce锭预热到120～180℃，其中纯Zn锭、Mg-30Zr中间合金(即该中间合金的成分含量为30wt％Zr、余量为Mg)、纯Ag锭、纯Ce锭都盛放在加料筐中，连同加料筐一起放入预热炉中预热。加料筐采用3mm厚的Cr13号钢板加工制成，在钢板上钻出大量的Φ5mm的小孔，使之成筛子状。
2、纯镁锭熔化 将全部865公斤纯镁锭以尽量紧密的方式码放在熔化坩埚中，在坩埚底部和纯镁锭表面均匀撒上一些硫磺粉，硫磺粉的量以氧化燃烧后能将坩埚中的氧全部转化成二氧化硫为准。用坩埚盖将坩埚密闭，加热升温，使全部纯镁锭在二氧化硫和燃烧后剩余的氮气的保护下完全熔化，将镁熔液温度控制在680～800℃，打开坩埚盖，将熔液表面的浮渣清理干净，向熔化炉通入保护气体(0.2～0.5％SF6+N2)； 3、合金化 将预热后的纯Zn锭、Mg-30Zr中间合金、纯Ag锭、纯Ce锭连同盛放它们的加料筐一起没入镁熔液中，将镁熔液温度控制在780～790℃，待Zn、Mg-Zr中间合金、Ag、Ce完全溶解后，取出加料筐，再在750～780℃保温10～60分钟，使所有合金元素均匀分布在镁熔液中；之后，浇注光谱试样，进行炉前分析，如果成分和含量不合格，可加料调整，直至合格； 4、坯锭浇铸 用熔体转移泵将镁合金熔液输送到结晶器中，进行半连续铸造，制备成板材轧制加工用的坯锭。
5、均匀化热处理、板材轧制变形加工和时效处理 将上述步骤制备的坯锭进行均匀化热处理，就是将坯锭加热到450～500℃、保温26～30小时，出炉后直接采用板材轧机将均匀化热处理后的坯锭轧制变形加工成板材，然后将该板材进行时效处理，时效处理就是将该板材加热到215～235℃、保温2～5小时小时。
本发明的Mg-2.5Zn-1.5Zr-2.5Ag-3.5Ce镁合金经过均匀化热处理、板材轧制变形以及时效处理后具有如下性能在20℃条件下，导热率大约为125W.(m.K)-1，抗拉强度为360～370Mpa、屈服强度大于325～335Mpa。
实施例21000公斤Mg-11Zn-0.15Zr-0.1Ag-0.3Ce导热镁合金(即该镁合金的成分含量为11wt％Zn、0.15wt％Zr、0.1wt％Ag、0.3wt％Ce，余量为Mg)及其压铸零件制备方法。
1、纯Zn锭、Mg-30Zr中间合金、Mg-25Ag中间合金、Mg-30Ce中间合金预热 采用预热炉将110公斤纯Zn锭、5公斤Mg-30Zr(即该中间合金的成分含量为30wt％Zr、余量为Mg)中间合金、4公斤Mg-25Ag(即该中间合金的成分含量为25wt％Ag、余量为Mg)中间合金、10公斤Mg-30Ce中间合金(即该中间合金的成分含量为30wt％Ce、余量为Mg)预热到530～570℃，其中纯Zn锭、Mg-30Zr中间合金、Mg-25Ag中间合金、Mg-30Ce中间合金都盛放在加料筐中，连同加料筐一起放入预热炉中预热。加料筐采用3mm厚的20号锅炉钢板加工制成，在钢板上钻出大量的Φ5mm的小孔，使之成筛子状。
2、纯镁锭熔化 将全部871公斤纯镁锭以尽量紧密的方式码放在熔化坩埚中，在坩埚底部和纯镁锭表面均匀撒上一些硫磺粉，硫磺粉的量以氧化燃烧后能将坩埚中的氧全部转化成二氧化硫为准。用坩埚盖将坩埚密闭，加热升温，使全部纯镁锭在二氧化硫和燃烧后剩余的氮气的保护下完全熔化，将镁熔液温度控制在680～800℃，打开坩埚盖，将熔液表面的浮渣清理干净，向熔化炉通入保护气体(0.2～0.5％SF6+N2)； 3、合金化 将预热后的纯Zn锭、Mg-30Zr中间合金、Mg-25Ag中间合金、Mg-30Ce中间合金连同盛放它们的加料筐一起没入镁熔液中，将镁熔液温度控制在780～790℃，待纯Zn锭、Mg-30Zr中间合金、Mg-25Ag中间合金、Mg-30Ce中间合金完全溶解后，取出加料筐，再在750～780℃保温10～60分钟，使所有合金元素均匀分布在镁熔液中；之后，浇注光谱试样，进行炉前分析，如果成分和含量不合格，可加料调整，直至合格； 4、压铸成形 根据铸件重量，用熔体定量转移泵将镁合金熔液分批浇注到冷室压铸机的压室中，压铸成铸件。
5、热处理 热处理包括固溶处理和时效处理；固溶处理就是将上述步骤压铸的铸件加热到350～380℃、保温25～28小时，淬水；然后将固溶处理后的铸件进行时效处理，时效处理就是将铸件加热到155～175℃、保温32～36小时。
本发明的Mg-11Zn-0.15Zr-0.1Ag-0.3Ce镁合金经过压铸成型和热处理后具有如下性能在20℃条件下，导热率大约为120W.(m.K)-1，抗拉强度为340～350Mpa、屈服强度大于320～325Mpa。
实施例31000公斤Mg-3.5Zn-0.45Zr-1.5Ag-3Ce-1.5Nd-2.5La-0.5Pr(即该镁合金的成分含量为3.5wt％Zn、0.45wt％Zr、1.5wt％Ag、3wt％Ce、1.5wt％Nd、2.5wt％La、0.5wt％Pr，余量为Mg)导热镁合金及其棒材、管材、型材或线材挤压制备方法。
1、纯Zn锭、Mg-30Zr中间合金、纯Ag锭、富铈混合稀土锭预热 采用预热炉将35公斤纯Zn锭、15公斤Mg-30Zr中间合金(即该中间合金的成分含量为30wt％Zr、余量为Mg)、15公斤纯Ag锭、75公斤富铈混合稀土锭预热到260～360℃，其中富铈混合稀土中Ce的含量为40wt％、Nd的含量为20wt％、La的含量为33.4wt％、Pr的含量为6.6wt％；纯Ag锭、Mg-Zr中间合金、富铈混合稀土锭都盛放在加料筐中，连同加料筐一起放入预热炉中预热。加料筐采用3mm厚的Cr13号钢板加工制成，在钢板上钻出大量的Φ5mm的小孔，使之成筛子状。
2、纯镁锭熔化 将全部860公斤纯镁锭以尽量紧密的方式码放在熔化坩埚中，在坩埚底部和纯镁锭表面均匀撒上一些硫磺粉，硫磺粉的量以氧化燃烧后能将坩埚中的氧全部转化成二氧化硫为准。用坩埚盖将坩埚密闭，加热升温，使全部纯镁锭在二氧化硫和燃烧后剩余的氮气的保护下完全熔化，将镁熔液温度控制在680～800℃，打开坩埚盖，将熔液表面的浮渣清理干净，向熔化炉通入保护气体； 3、合金化 将预热后的纯Zn锭、Mg-30Zr中间合金、纯Ag锭、富铈混合稀土锭连同盛放它们的加料筐一起没入镁熔液中，将镁熔液温度控制在780～790℃，待纯Zn锭、Mg-30Zr中间合金、纯Ag锭、富铈混合稀土锭完全溶解后，取出加料筐，再在750～780℃保温10～60分钟，使所有合金元素均匀分布在镁熔液中；之后，浇注光谱试样，进行炉前分析，如果成分和含量不合格，可加料调整，直至合格； 4、坯锭浇铸 用熔体转移泵将镁合金熔液浇注到充分预热过的金属型铸造模具中凝固成供后续挤压变形加工用的坯锭。
5、坯锭的均匀化热处理；棒材、管材、型材或线材的挤压变形加工及时效处理 将上述步骤制备的坯锭进行均匀化热处理，就是将坯锭加热到410～430℃、保温10～15小时，出炉后直接采用挤压机将均匀化热处理后的坯锭挤压变形加工成棒材、管材、型材或者线材，然后将该棒材、管材、型材或者线材进行时效处理，时效处理就是将该棒材、管材、型材或者线材加热到180～200℃、保温5～6小时。
本发明的Mg-3.5Zn-0.45Zr-1.5Ag-3Ce-1.5Nd-2.5La-0.5Pr镁合金经过均匀化热处理，棒材、管材、型材或线材挤压变形加工以及时效处理后具有如下性能在20℃条件下，导热率大约为127W.(m.K)-1，抗拉强度为350～355Mpa、屈服强度为320～325Mpa。
实施例41000公斤Mg-4Zn-0.6Zr-1Ag-1.1Ce-0.3Nd-0.5La-0.1Pr(即该镁合金的成分含量为4wt％Zn、0.6wt％Zr、1wt％Ag、1.1wt％Ce、0.3 wt％Nd、0.5wt％La、0.1wt％Pr，余量为Mg)导热镁合金及其零件锻造制备方法。
1、纯Zn锭、Mg-30Zr中间合金、纯Ag锭、富铈混合稀土锭预热 采用预热炉将40公斤纯Zn锭、20公斤Mg-30Zr中间合金(即该中间合金的成分含量为30wt％Zr、余量为Mg)、10公斤纯Ag锭、20公斤富铈混合稀土锭预热到260～360℃，其中富铈混合稀土中Ce的含量为55wt％、Nd的含量为15wt％、La的含量为25wt％、Pr的含量为5wt％；纯Zn锭、Mg-30Zr中间合金、纯Ag锭、富铈混合稀土锭都盛放在加料筐中，连同加料筐-起放入预热炉中预热。加料筐采用3mm厚的Cr13号钢板加工制成，在钢板上钻出大量的Φ5mm的小孔，使之成筛子状。
2、纯镁锭熔化 将全部910公斤纯镁锭以尽量紧密的方式码放在熔化坩埚中，在坩埚底部和纯镁锭表面均匀撒上一些硫磺粉，硫磺粉的量以氧化燃烧后能将坩埚中的氧全部转化成二氧化硫为准。用坩埚盖将坩埚密闭，加热升温，使全部纯镁锭在二氧化硫和燃烧后剩余的氮气的保护下完全熔化，将镁熔液温度控制在680～800℃，打开坩埚盖，将熔液表面的浮渣清理干净，向熔化炉通入保护气体； 3、合金化 将预热后的纯Zn锭、Mg-30Zr中间合金、纯Ag锭、富铈混合稀土锭连同盛放它们的加料筐-起没入镁熔液中，将镁熔液温度控制在780～790℃，待纯Zn锭、Mg-30Zr中间合金、纯Ag锭、富铈混合稀土锭完全溶解后，取出加料筐，再在750～780℃保温10～60分钟，使所有合金元素均匀分布在镁熔液中；之后，浇注光谱试样，进行炉前分析，如果成分和含量不合格，可加料调整，直至合格； 4、坯锭浇铸 用熔体转移泵将镁合金熔液浇注到砂型铸造模具中凝固成供后续锻造变形加工用的坯锭。
5、均匀化热处理、零件锻造变形加工和时效处理 将上述步骤制备的坯锭进行均匀化热处理，就是将坯锭加热到435～460℃、保温15～17小时，出炉后直接采用锻压机将均匀化热处理后的坯锭锻造变形加工成零件，然后将该零件进行时效处理，时效处理就是将该零件加热到190～210℃、保温7～9小时。
本发明的Mg-4Zn-0.6Zr-1Ag-1.1Ce-0.3Nd-0.5La-0.1Pr镁合金经过均匀化热处理、零件锻造变形加工以及时效处理后具有如下性能在20℃条件下，导热率大约为125W.(m.K)-1，抗拉强度为355～365Mpa、屈服强度为325～335Mpa。
实施例51000公斤Mg-4.5Zn-0.9Zr-0.5Ag-0.9Ce-0.3Nd-0.6La-0.2Pr(即该镁合金的成分含量为4.5wt％Zn、0.9wt％Zr、0.5wt％Ag、0.9wt％Ce、0.3wt％Nd、0.6wt％La、0.2wt％Pr，余量为Mg)导热镁合金及其棒材或线材挤压与拉拔制备方法。
1、纯Zn锭、Mg-30Zr中间合金、纯Ag锭、富铈混合稀土锭预热 采用预热炉将45公斤纯Zn锭、30公斤Mg-30Zr中间合金(即该中间合金的成分含量为30wt％Zr、余量为Mg)、5公斤纯Ag锭、20公斤富铈混合稀土锭预热到260～360℃，其中富铈混合稀土中Ce的含量为45wt％、Nd的含量为15wt％、La的含量为30wt％、Pr的含量为10wt％；纯Ag锭、Mg-Zr中间合金、富铈混合稀土锭都盛放在加料筐中，连同加料筐一起放入预热炉中预热。加料筐采用3mm厚的20号锅炉钢板加工制成，在钢板上钻出大量的Φ5mm的小孔，使之成筛子状。
2、纯镁锭熔化 将全部900公斤纯镁锭以尽量紧密的方式码放在熔化坩埚中，在坩埚底部和纯镁锭表面均匀撒上一些硫磺粉，硫磺粉的量以氧化燃烧后能将坩埚中的氧全部转化成二氧化硫为准。用坩埚盖将坩埚密闭，加热升温，使全部纯镁锭在二氧化硫和燃烧后剩余的氮气的保护下完全熔化，将镁熔液温度控制在680～800℃，打开坩埚盖，将熔液表面的浮渣清理干净，向熔化炉通入保护气体； 3、合金化 将预热后的纯Zn锭、Mg-30Zr中间合金、纯Ag锭、富铈混合稀土锭连同盛放它们的加料筐一起没入镁熔液中，将镁熔液温度控制在780～790℃，待纯Zn锭、Mg-30Zr中间合金、纯Ag锭、富铈混合稀土锭完全溶解后，取出加料筐，再在750～780℃保温10～60分钟，使所有合金元素均匀分布在镁熔液中；之后，浇注光谱试样，进行炉前分析，如果成分和含量不合格，可加料调整，直至合格； 4、坯锭浇铸 用熔体转移泵将镁合金熔液浇注到充分预热过的金属型铸造模具中凝固成供后续挤压变形加工用的坯锭。
5、均匀化热处理、棒材或者线材挤压与拉拔变形加工及时效处理 将上述步骤制备的坯锭进行均匀化热处理，就是将坯锭加热到425～450℃、保温10～15小时，出炉后直接采用挤压机将均匀化热处理后的坯锭挤压变形加工成棒材或者线材，然后再采用拉拔机将该棒材或者线材进行拉拔变形加工成直径更小的棒材或者线材，最后将该棒材或者线材进行时效处理，时效处理就是将该棒材或者线材加热到180～200℃、保温5～6小时。
本发明的Mg-4.5Zn-0.9Zr-0.5Ag-0.9Ce-0.3Nd-0.6La-0.2Pr导热镁合金经过均匀化热处理、棒材或线材挤压与拉拔变形加工以及时效处理后具有如下性能在20℃条件下，导热率大约为123W.(m.K)-1，抗拉强度为380～400Mpa、屈服强度为370～390Mpa。
实施例61000公斤Mg-5.5Zn-0.9Zr-0.5Ag-0.9Ce-0.3Nd-0.6La-0.2Pr(即该镁合金的成分含量为5.5wt％Zn、0.9wt％Zr、0.5wt％Ag、0.9wt％Ce、0.3wt％Nd、0.6wt％La、0.2wt％Pr，余量为Mg)导热镁合金及其及其挤压铸造零件制备方法。
1、纯Zn锭、Mg-30Zr中间合金、纯Ag锭、富铈混合稀土锭预热 采用预热炉将55公斤纯Zn锭、30公斤Mg-30Zr中间合金(即该中间合金的成分含量为30wt％Zr、余量为Mg)、5公斤纯Ag锭、20公斤富铈混合稀土锭预热到260～360℃，其中富铈混合稀土中Ce的含量为45wt％、Nd的含量为15wt％、La的含量为30wt％、Pr的含量为10wt％；纯Ag锭、Mg-Zr中间合金、富铈混合稀土锭都盛放在加料筐中，连同加料筐一起放入预热炉中预热。加料筐采用3mm厚的Cr13号钢板加工制成，在钢板上钻出大量的Φ5mm的小孔，使之成筛子状。
2、纯镁锭熔化 将全部890公斤纯镁锭以尽量紧密的方式码放在熔化坩埚中，在坩埚底部和纯镁锭表面均匀撒上一些硫磺粉，硫磺粉的量以氧化燃烧后能将坩埚中的氧全部转化成二氧化硫为准。用坩埚盖将坩埚密闭，加热升温，使全部纯镁锭在二氧化硫和燃烧后剩余的氮气的保护下完全熔化，将镁熔液温度控制在680～800℃，打开坩埚盖，将熔液表面的浮渣清理干净，向熔化炉通入保护气体； 3、合金化 将预热后的纯Zn锭、Mg-30Zr中间合金、纯Ag锭、富铈混合稀土锭连同盛放它们的加料筐一起没入镁熔液中，将镁熔液温度控制在780～790℃，待纯Zn锭、Mg-30Zr中间合金、纯Ag锭、富铈混合稀土锭完全溶解后，取出加料筐，再在750～780℃保温10～60分钟，使所有合金元素均匀分布在镁熔液中；之后，浇注光谱试样，进行炉前分析，如果成分和含量不合格，可加料调整，直至合格； 4、挤压铸造成形 根据铸件重量，用熔体定量转移泵将镁合金熔液分批浇注到挤压铸造机的压室中，挤压铸造成铸件。
5、热处理 热处理包括固溶处理和时效处理；固溶处理就是将上述步骤挤压铸造的铸件加热到435～460℃、保温28～30小时，淬水；然后将固溶处理后的铸件进行时效处理，时效处理就是将铸件加热到165～180℃、保温42～46小时。
本发明的Mg-5.5Zn-0.9Zr-0.5Ag-0.9Ce-0.3Nd-0.6La-0.2Pr镁合金经过挤压铸造成型和热处理后具有如下性能在20℃条件下，导热率大约为121W.(m.K)-1，抗拉强度为340～350Mpa、屈服强度为315～325Mpa。
实施例71000公斤Mg-6.5Zn-0.9Zr-0.5Ag-1Ce-0.2Nd-0.6La-0.2Pr(即该镁合金的成分含量为6.5wt％Zn、0.9wt％Zr、0.5wt％Ag、1wt％Ce、0.2wt％Nd、0.6wt％La、0.2wt％Pr，余量为Mg)导热镁合金及其及其低压铸造零件制备方法。
1、纯Zn锭、Mg-30Zr中间合金、纯Ag锭、富铈混合稀土锭预热 采用预热炉将65公斤纯Zn锭、30公斤Mg-30Zr中间合金(即该中间合金的成分含量为30wt％Zr、余量为Mg)、5公斤纯Ag锭、20公斤富铈混合稀土锭预热到260～360℃，其中富铈混合稀土中Ce的含量为50wt％、Nd的含量为10wt％、La的含量为30wt％、Pr的含量为10wt％；纯Ag锭、Mg-Zr中间合金、富铈混合稀土锭都盛放在加料筐中，连同加料筐一起放入预热炉中预热。加料筐采用3mm厚的Cr13号钢板加工制成，在钢板上钻出大量的Φ5mm的小孔，使之成筛子状。
2、纯镁锭熔化 将全部880公斤纯镁锭以尽量紧密的方式码放在熔化坩埚中，在坩埚底部和纯镁锭表面均匀撒上一些硫磺粉，硫磺粉的量以氧化燃烧后能将坩埚中的氧全部转化成二氧化硫为准。用坩埚盖将坩埚密闭，加热升温，使全部纯镁锭在二氧化硫和燃烧后剩余的氮气的保护下完全熔化，将镁熔液温度控制在680～800℃，打开坩埚盖，将熔液表面的浮渣清理干净，向熔化炉通入保护气体； 3、合金化 将预热后的纯Zn锭、Mg-30Zr中间合金、纯Ag锭、富铈混合稀土锭连同盛放它们的加料筐一起没入镁熔液中，将镁熔液温度控制在780～790℃，待纯Zn锭、Mg-30Zr中间合金、纯Ag锭、富铈混合稀土锭完全溶解后，取出加料筐，再在750～780℃保温10～60分钟，使所有合金元素均匀分布在镁熔液中；之后，浇注光谱试样，进行炉前分析，如果成分和含量不合格，可加料调整，直至合格； 4、低压铸造成形 用熔体转移泵将上述步骤熔炼的镁合金熔液转移到低压铸造机保温炉的坩埚中，低压铸造成铸件。
5、热处理 热处理包括固溶处理和时效处理；固溶处理就是将上述步骤低压铸造的铸件加热到395～420℃、保温27～29小时，淬水；然后将固溶处理后的铸件进行时效处理，时效处理就是将铸件加热到165～180℃、保温42～46小时。
本发明的Mg-6.5Zn-0.9Zr-0.5Ag-1Ce-0.2Nd-0.6La-0.2Pr镁合金经过低压铸造成型和热处理后具有如下性能在20℃条件下，导热率大约为121W.(m.K)-1，抗拉强度为340～350Mpa、屈服强度为310～315Mpa。
权利要求
1.一种导热镁合金，其特征在于该镁合金的成分含量为Zn的含量为2.5～11wt％，Zr的含量为0.15～1.5wt％，Ag的含量为0.1～2.5wt％，Ce的含量为0.3～3.5wt％，Nd的含量为0～1.5wt％，La的含量为0～2.5wt％，Pr的含量为0～0.5wt％，其中，Nd、La、Pr同时都不等于0，或者Nd、La、Pr同时都为0，其余为Mg。
2.根据权利要求1所述的导热镁合金，其特征在于所述的Zn的含量为3.5～6.5wt％。
3.根据权利要求1或2所述的导热镁合金，其特征在于所述的Zr的含量为0.45～1.0wt％。
4.根据权利要求3所述的导热镁合金，其特征在于所述的Ag的含量为0.5～1.5wt％。
5.根据权利要求4所述的导热镁合金，其特征在于所述的Ce的含量为1.5～3.0wt％。
6.根据权利要求5所述的导热镁合金，其特征在于所述的Nd、La、Pr的总含量为0～3.5wt％。
7.一种制备导热镁合金的方法，该方法包括下述步骤
(1)、以纯镁锭、纯Zn锭、Mg-Zr中间合金、纯Ag锭或者Mg-Ag中间合金、以及纯Ce锭或富铈混合稀土锭、或者Ce或富铈混合稀土与镁的中间合金为原料，按上述的镁合金的成分的重量百分比进行备料，按权利要求1所述的镁合金的成分的重量百分比进行备料；其中，富铈混合稀土为Ce的含量在40重量％以上，其余是Nd、La和Pr稀土元素；
(2)、将纯镁锭码放在熔化炉中的熔化坩埚中，在保护气体的保护下完全熔化，将镁熔液温度控制在680～800℃，将熔液表面的浮渣清理干净，并向熔化炉通入保护气体；
(3)、将预热炉升温到160～580℃，将纯Zn锭、Mg-Zr中间合金、纯Ag锭或者Mg-Ag中间合金、以及纯Ce锭或富铈混合稀土锭、或者Ce或富铈混合稀土与镁的中间合金放入加料筐中，加料筐为低碳钢或高铬钢制成，其上密布着大量的小孔，将上述原料连同盛放这些原料的加料筐一起放入预热炉中，预热到100～580℃；
(4)、将预热后的纯Zn锭、Mg-Zr中间合金、纯Ag锭或者Mg-Ag中间合金、以及纯Ce锭或富铈混合稀土锭、或者Ce或富铈混合稀土与镁的中间合金连同盛放这些原料的加料筐一起没入镁熔液中，便于纯Zn锭、Mg-Zr中间合金、纯Ag锭或者Mg-Ag中间合金、以及纯Ce锭或富铈混合稀土锭、或者Ce或富铈混合稀土与镁的中间合金的溶解和扩散；
(5)、将镁熔液温度控制在720～800℃，待Zn、Mg-Zr中间合金、Ag或者Mg-Ag中间合金、以及Ce或富铈混合稀土、或者Ce或富铈混合稀土与镁的中间合金完全溶解后，取出加料筐，再在730～800℃保温10～60分钟，使所有合金元素均匀分布在镁熔液中；之后，浇注光谱试样，进行炉前分析，根据试样的成分和含量决定是否加料调整，直至镁合金熔液达到本发明的镁合金的成分和含量；
(6)、将镁合金熔液浇注到预热过的金属型铸造模具或者砂型铸造模具中凝固成铸件；或者将镁合金熔液根据铸件重量分批浇注到挤压铸造机或压铸机中，挤压铸造或压铸成铸件；或者采用低压铸造工艺将镁合金铸造成铸件；
(7)、将上述步骤制备的铸件进行固溶处理，其固溶处理过程是将铸件加热到470～540℃、保温3～30小时，淬水；
(8)、将固溶处理后的铸件进行时效处理，其时效处理过程是将铸件加热到170～250℃、保温2～46小时。
8.一种制备导热镁合金的方法，该方法包括下述步骤
(1)、以纯镁锭、纯Zn锭、Mg-Zr中间合金、纯Ag锭或者Mg-Ag中间合金、以及纯Ce锭或富铈混合稀土锭、或者Ce或富铈混合稀土与镁的中间合金为原料，按上述的镁合金的成分的重量百分比进行备料，按权利要求1所述的镁合金的成分的重量百分比进行备料；其中，富铈混合稀土为Ce的含量在40重量％以上，其余是Nd、La和Pr稀土元素；
(2)、将纯镁锭码放在熔化炉中的熔化坩埚中，在保护气体的保护下完全熔化，将镁熔液温度控制在680～800℃，将熔液表面的浮渣清理干净，并向熔化炉通入保护气体；
(3)、将预热炉升温到160～580℃，将纯Zn锭、Mg-Zr中间合金、纯Ag锭或者Mg-Ag中间合金、以及纯Ce锭或富铈混合稀土锭、或者Ce或富铈混合稀土与镁的中间合金放入加料筐中，加料筐为低碳钢或高铬钢制成，其上密布着大量的小孔，将上述原料连同盛放这些原料的加料筐一起放入预热炉中，预热到100～580℃；
(4)、将预热后的纯Zn锭、Mg-Zr中间合金、纯Ag锭或者Mg-Ag中间合金、以及纯Ce锭或富铈混合稀土锭、或者Ce或富铈混合稀土与镁的中间合金连同盛放这些原料的加料筐一起没入镁熔液中，便于纯Zn锭、Mg-Zr中间合金、纯Ag锭或者Mg-Ag中间合金、以及纯Ce锭或富铈混合稀土锭、或者Ce或富铈混合稀土与镁的中间合金的溶解和扩散；
(5)、将镁熔液温度控制在720～800℃，待Zn、Mg-Zr中间合金、Ag或者Mg-Ag中间合金、以及Ce或富铈混合稀土、或者Ce或富铈混合稀土与镁的中间合金完全溶解后，取出加料筐，再在730～800℃保温10～60分钟，使所有合金元素均匀分布在镁熔液中；之后，浇注光谱试样，进行炉前分析，根据试样的成分和含量决定是否加料调整，直至镁合金熔液达到本发明的镁合金的成分和含量；
(6)、将镁合金熔液浇注到预热过的金属型铸造模具或者砂型铸造模具中凝固成供后续变形加工用的坯锭，或者将镁合金熔液输送到结晶器中，进行连续或半连续铸造，制备成供后续变形加工用的坯锭；
(7)、将上述步骤制备的坯锭进行均匀化热处理，其均匀化热处理过程是将坯锭加热到350～500℃、保温3～30小时，然后直接采用轧制、挤压、拉拔或锻造工艺变形加工成板材、管材、型材、棒材、线材或各种锻件，即采用挤压或拉拔工艺将坯锭变形加工成棒材或线材，或用轧制变形将坯锭加工成板材，或采用挤压变形将坯锭加工成管材或型材，或采用锻压机将坯锭锻造成锻件；
(8)、将变形加工成的板材、管材、型材、棒材、线材或各种锻件进行时效处理，其时效处理过程是将板材、管材、型材、棒材、线材或各种锻件加热到155～235℃、保温2～36小时。
9.根据权利要求7或8所述的制备导热镁合金的方法，其特征在于在所述的步骤(2)中，纯镁锭在保护气体的保护下熔化中，是在坩埚底部和纯镁锭表面均匀撒上硫磺粉，硫磺粉的量以氧化燃烧后能将坩埚中的氧全部转化成二氧化硫为准，用坩埚盖将坩埚密闭，加热升温，使全部纯镁锭在二氧化硫和燃烧后剩余的氮气的保护下完全熔化，再打开坩埚盖。
10.根据权利要求9所述的制备导热镁合金的方法，其特征在于在所述的步骤(2)中，向熔化炉通入的保护气体为含有0.2～0.5体积％SF6的N2。
全文摘要
一种导热镁合金及其制备方法，该镁合金的成分含量为Zn的含量为2.5～11wt％，Zr的含量为0.15～1.5wt％，Ag的含量为0.1～2.5wt％，Ce的含量为0.3～3.5wt％，Nd的含量为0～1.5wt％，La的含量为0～2.5wt％，Pr的含量为0～0.5wt％，其中，Nd、La、Pr同时都不等于0，或者Nd、La、Pr同时都为0，其余为Mg。以纯Mg锭、纯Zn锭、Mg-Zr中间合金、纯Ag锭或者Mg-Ag中间合金、以及纯Ce锭或富铈混合稀土锭、或者Ce或富铈混合稀土与镁的中间合金为原料，纯镁锭熔化、合金化；制成铸件，进行固溶处理、时效处理；或制成坯锭，进行均匀化热处理，采用轧制、挤压、拉拔或锻造工艺变形加工成板材、管材、型材、棒材、线材或各种锻件时效处理。本发明的镁合金在20℃条件下，导热率大于120W.(m.K)-1，抗拉强度大于340Mpa、屈服强度大于310Mpa。可以用作航空航天中的电源、电子器件的散热系统结构材料。
文档编号C22C1/03GK101113502SQ20071012145
公开日2008年1月30日 申请日期2007年9月6日 优先权日2007年9月6日
发明者奎 张, 李兴刚, 刘显东, 米绪军, 熊柏青, 左宏卿, 李永军, 萍 罗, 郝永辉 申请人:北京有色金属研究总院