一种中高温环境下使用的高热导率镁合金及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于有色金属材料技术领域，尤其涉及一种在中高温环境下使用的高热导 率、低成本的镁合金及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 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。
[0003] 近年来我国电子技术飞速发展，电子产业的高性能、微型化、集成化发展趋势，使 得电子器件的总功率密度和发热量大幅度增加，散热问题越来越突出。尤其是对减重要求 敏感的航空航天器件、便携电器和通讯设备、交通工具等产品的散热系统的复杂结构件，既 要求导热性能、力学性能、生产加工性能优良的轻质材料。在镁合金的实际应用中，特别是 在较高的服役温度下，散热问题成为一项关键的技术难题。例如，随着大功率LED照明产业 的快速发展，芯片所产生的热流密度急剧增加从而导致芯片的温度升高，严重影响了产品 的使用寿命及出光效率。因此，散热问题是大功率LED发展应用的瓶颈之一，为了使芯片的 温度保持在安全范围之内，设计出同时兼具优异的导热性能和较高的力学性能的，适合在 中高温环境下使用的高热导率镁合金，具有非常重要的研究和使用意义。
[0004] 现有的适合在中高温环境下使用的镁合金材料比如WE43、AZ91和AS21，其热导 率分别为：51. 3W/m?K、45.lW/m?K，68W/m?K，都不能满足航空航天中的电器电源、电子器 件、LED照明系统的散热型材(工作温度在90°C左右的中温）以及发动机外壳(工作温度在 250°C左右的较高温度）等散热系统结构材料对镁合金导热性能的要求。
[0005] 现有的研究报道和各国专利中亦未见到适合在中高温环境下使用，室温抗拉 强度大于300MPa，且高温性能良好的高热导率镁合金。例如中国专利CN100575522C和 CN100513606C分别提出了导热镁合金及其制备方法，其化学成分：前者为1. 5~ll%Zn， 0.5~5%Cu，0.15~l%Mn，0.1~2.5%Ag，其余为Mg，后者为 2.5~ll%Zn，0.15~1.5%Zr， 0? 1~2. 5%Ag，0. 3~3. 5%Ce，0~l. 5%Nd，0~2. 5%La，0~0. 5%Pr其余为Mg。两者都含有稀土和贵 金属，成本较高，热导率均大于120W/m?K，在室温下也具有较好的强度，但是目前都没有针 对在中高温环境中的热导率和力学性能的报道。纵观现有镁合金材料，还没有适合在中高 温环境下使用的能同时兼顾导热性能、较高力学性能要求的镁合金。
【发明内容】
[0006] 针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种在中高温环境下兼具 高热导率和良好力学性能的镁合金，解决现有镁合金热导率低，不能在中高温条件下兼顾 导热性能和力学性能的要求的缺陷。
[0007] 本发明的另一个目的是提供中高温环境下使用的高热导率镁合金的制备方法。
[0008] 为实现上述目的，本发明采取以下技术方案： 一种中高温环境下使用的高热导率镁合金，该镁合金的成分含量为：Mn的含量为： 0? 20~1. 20wt. %;Ce的含量为：0? 05~0. 85wt. %;不可避免杂质彡 0? 15wt. %;其余为Mg。
[0009] 进一步，该镁合金的成分含量为：Mn的含量为：0.30~0. 95wt.%;Ce的含量为： 0? 15~0. 75wt. %;不可避免杂质彡0? 15wt. %;其余为Mg。
[0010] 进一步，该镁合金的成分含量为：Mn的含量为：0. 53wt. % ;Ce的含量为： 0. 41wt. %;不可避免杂质彡0. 15%;其余为Mg。
[0011] 一种中高温环境下使用的高热导率镁合金的制备方法，包括以下步骤： (1) 以纯镁锭、镁锰中间合金、镁铈中间合金为原料，按上述的高导耐热镁合金各成分 含量的重量百分比进行计算配料； (2) 将全部纯镁锭放在低碳钢的熔炼坩埚中，在C02+0. 5vol.%SF6混合气体保护下使 其完全熔化，将镁熔体温度升温到690°C~760°C，将熔液表面的浮渣清理干净； (3) 将预热炉升温到300~400°C，将镁锰中间合金和镁铈中间合金放入到预热炉中预热 至IJ300~400。。； (4) 将镁熔体温度升温到800±20°C，将预热到300~400°C的镁锰中间合金缓慢地加入 到镁熔体中，搅拌3~5分钟，然后使熔体降温； (5) 当熔体降温至750±20°C时，将预热到300~400°C的镁铈中间合金缓慢地加入到已 经完全熔化了的熔体中，搅拌3~5分钟； (6) 将熔体的温度控制在750± 10°C，撒入RJ-5号溶剂，充分搅拌2~3分钟，将熔体温 度控制在750± 10°C，静置40~60分钟，完成精炼过程； (7) 将金属型铸造模具加热到300~40(TC，并保温2个小时以上备用； (8) 将镁熔体降温至690~720°C范围，浇注到经过充分预热的金属型铸造模具中凝固成 铸坯； (9) 将铸坯进行均匀化退火处理，随炉升温加热到360~480°C后保温4~24小时，出炉空 冷； (10) 采用挤压、乳制方法，将合金热变形加工成棒材、型材或板材的制品，其中热变形 温度范围为300°C~550°C。
[0012] (11)将得到的制品进行冷变形处理，变形量为5~20%。
[0013] (12)将制品进行低温时效处理，时效温度为100~200°C，时效时间为0. 5~60h。
[0014] 本发明对比现有技术，具有以下显著优点： 1、本发明制备的中高温环境下使用的高热导率镁合金的合金化元素仅有Mn和Ce，含 量较低，因而该镁合金的成本较低，且仍保持较小的密度。
[0015] 2、导热性能优异。本发明制备的镁合金在90°C和250°C工作条件下，该合金的热 导率均大于130W/m*K。该镁合金材料可用于LED散热器、发动机外壳等在较高温度下工作 的材料，LED散热器的工作温度一般为90°C，发动机外壳等更高温度环境可达250°C以上。
[0016] 3、综合性能优异，兼具较高热导率和强度。90°C和250°C下的热导率均大于130W/ m*K，室温条件下抗拉强度大于300MPa，90°C时抗拉强度大于240MPa，250°C时抗拉强度大 于 150MPa。
[0017]4、本发明提供的中高温环境下使用的高热导率镁合金的制备方法，制备工艺简 单、可靠，容易控制，易于推广应用。
[0018]
【附图说明】： 图1为本发明实例1中镁合金材料的铸态金相照片。
[0019] 图2为本发明实例4中镁合金材料的铸态金相照片。
[0020]
【具体实施方式】： 下面结合【具体实施方式】对本发明的技术方案做进一步的详细介绍。
[0021] 一、导热镁合金的成分： 一种中高温环境下使用的高热导率镁合金，该镁合金的成分含量为：Mn的含量为： 0? 20~1. 20wt. % ;Ce的含量为：0? 05~0. 85wt. % ;不可避免杂质彡0? 15wt. % ;其余为Mg。所 述中高温环境是指温度分别为90°C和250°C的环境。
[0022] 根据研究发现，合金的导热性能与该合金中的固溶原子、晶界的体积分数、第二相 的数量和形貌，以及第二相与基体的关系等密切相关。本发明设计新型的导热镁合金，为了 获得较高的热导率，采用多种成分和工艺调整控制措施，使得镁合金基体中的固溶原子数 量控制在一定范围，析出