抗高温蠕变高导热大功率led镁合金散热器及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种LED镁合金散热器，特别是涉及一种抗高温蠕变高导热大功率LED镁合金散热器及其制备方法。
【背景技术】
[0002]LED (Light Emitting D1de)发光二极管作为“第四代光源”在照明领域的应用越来越广泛，但由于电能转换为光能过程中的热能产出集中，若产生的热能不能及时有效地输出，长时间高温工作会造成LED芯片发光效率下降、使用寿命缩短及荧光粉转换光的能力衰退而导致色温漂移等问题。因此LED灯具的散热问题成为LED照明领域关注的焦点，照明灯具的大功率化发展趋势更加剧了以上问题的影响。镁合金作为良好的导热材料，其密度小、比强度高等优点能够满足大功率化LED照明灯具散热器轻质、美观的要求。
[0003]大功率照明灯具工作温度高(大于100°C)，镁合金散热器需要有较强的高温抗蠕变性能。为满足大功率LED散热器的应用需求，导热性能也是制约LED镁合金散热器应用的重要因素。因此，开发兼具良好力学性能和导热性能LED镁合金散热器有重要意义。
【发明内容】
[0004]综上所述，针对以上不足，本发明的目的是提供一种抗高温蠕变高导热大功率LED镁合金散热器及其制备方发法，解决常用镁合金散热器韧性低、加工易开裂、高温抗蠕变性能低的问题，使LED镁合金散热器兼顾力学性能和导热性能的需求。
[0005]为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下:
一种抗高温蠕变高导热大功率LED镁合金散热器，其组分质量百分比为:A12.5-3.5%，Zn0.4-1.3%，Sr0.4-2%, Sn0.2-3%, B0.1-1%, Mn0.1-0.8%，其余为 Mg。
[0006]一种抗高温蠕变高导热大功率LED镁合金散热器及其制备方发法，包括如下步骤:
第一步，炉料准备及炉料和模具预热:
炉料准备:把纯镁锭、纯铝锭、纯锌锭、纯锡锭、Mg-25Sr中间合金、纯B块或A1-3B中间合金、Mg-4Mn 中间合金做为原料，按 A12.5-3.5%，Zn0.4-1.3%，Sr0.4-2%, Sn0.2-3%,B0.1-1%, Mn0.1-0.8%，其余为Mg的元素质量百分比进行配制炉料；
炉料预热和模具预热:先将配好的炉料置于200°C的烘干箱中预热30min~45min ;然后把采用的金属型模具置于电阻炉中，用200°C预热30min~60min。
第二步，熔炼和精炼:
熔炼:先将坩祸置于井式电阻炉中预热至450°C~50(TC，在坩祸底部及内壁撒上一层覆盖剂；
依次加入经过预热的纯镁锭和纯铝锭，并在熔锭表面撒上一层覆盖剂；
然后把电阻炉温度升至740 V ~760°C，待纯镁锭和纯铝锭全部熔化后，充分搅拌30-45分钟，再加入经过预热的纯锌锭，搅拌30~45分钟至完全熔化，并在熔液表面撒上一层覆盖剂，静置10~15分钟；
再把熔液温度升高到770V -7900C，加入经过预热的纯锡锭和纯B块或A1-3B中间合金并搅拌30~45分钟，待其熔化后，静置10~15分钟，然后降温到760V -780 °C，加入经过预热的Mg-25Sr中间合金，充分搅拌30~45分钟后再静置10~15分钟，并在恪液表面撒上一层覆盖剂；
维持温度不变加入经过预热的Mg-4Mn中间合金锭，搅拌30~45分钟待其熔化并在熔液表面撒上一层覆盖剂静置15~20分钟；
精炼:将熔炼好的合金表面浮渣清理，把熔液温度降至720V ~730°C，加入精炼剂进行精炼；精炼剂分3次加入，每次均加入为合金质量的1%，上下搅动精炼15~30分钟直至液面呈光亮镜面为止，每次精炼后静置5~10分钟；将精炼好的合金浇注成棒料，车去棒料外皮，加工成长度为650mm的Φ 200mm或Φ95mm棒还；
第三步，均匀化处理和挤压成型:
将棒坯置于电阻炉中加热到420°C ~450°C，保温8~10h，进行均匀化处理；然后从热处理炉中取出均匀化处理后的棒坯在挤压机上挤压成型，挤压成所需截面形状的散热器型材；挤压过程中挤压筒温度为400°C ~440°C，挤压速度5~15mm/s ；
第四步，挤压后人工时效:
将挤压后的LED散热器型材，锯切成段，每段长l~2m，置于热处理炉内加热到1800C ~240°C，进行6~8h人工时效即为抗高温蠕变高导热大功率LED镁合金散热器。
[0007]进一步，所述的覆盖剂为RJ-2熔剂，熔剂主要成分质量百分比为:MgCl238~46%，KCl32-40%, BaCl25~8%, CaF23~5%。
[0008]进一步，所述的精炼剂为RJ-6熔剂，熔剂主要成分质量百分比为:KC154~56%，BaCl214~16%, CaF2L 5-2.5%，CaCl227~29%。
[0009]本发明的有益效果:
1、本发明采用的Sr元素和B元素加入Mg-Al系列合金中，能分别与Al发生反应生成Al4Sr相、AlB2相及MgAlSr三元相等高熔点相，一方面高熔点相作为异质形核核心使晶粒细化，且使其中的Mg17Al12低熔点相数量减少，并由连续或半连续网状分布转变为颗粒状分布，提高合金的力学性能；另一方面高熔点相的存在使合金具有足够的高温抗蠕变性能和抗疲劳性能，满足高温服役的要求。Sr元素和B元素同时添加能够发挥复合细化的效果，且Sr和B均与Al反应生成第二相析出，降低了基体中的含铝量进而提高合金的热传导性能。
[0010]2、本发明采用的Sn元素和Sr元素在镁基体中的溶解度很低，Sn在200°C时在镁中的溶解度为0.45%，而Sr室温下在镁基体中的溶解度为0.11%，因此基体中固溶元素对热传导性能的影响很小。Sn元素加入后与Mg生产的Mg2Sn同样是高熔点化合物，能够在凝固过程中使晶粒细化且在高温下稳定；另外Mg2Sn弥散分布时对α -Mg基体起强化作用，有效抑制MgZn离异共晶体的形成。Mn元素容易与杂质元素结合从而净化熔液提高合金力学、耐腐蚀性能。
[0011]3、本发明的制备方采用的均匀化退火工艺能够改善合金凝固过程中的成分不均匀性，降低合金的变形抗力，有利于变形加工的进行。镁合金热挤压成型后，由于快速冷却和进行大的变形，型材中尚存在较大的热应力和形变应力，使得后期加工和安装过程中易出现开裂现象。进行人工时效处理后，形变应力和热应力得到释放，第二相析出，使合金的塑性和韧性得到提高，且合金中的第二相析出，降低固溶元素对合金的导热性能的影响，使合金的导热系数得到提高。
[0012]【具体实施方式】:
下面结合具体实施例进一步阐述本发明:
实施例1:
抗高温蠕变高导热大功率LED镁合金散热器，其制备方法如下:
以Mg-2.5A1-0.4Zn-0.4Sr_0.2Sn_0.1B合金，加工横截面较小的散热器为例:
第一步，炉料准备及炉料和模具预热
炉料准备:以纯镁锭、纯铝锭、纯锌锭、纯锡锭、Mg-25Sr中间合金、A1-3B中间合金、Mg-4Mn 中间合金为原料，按质量百分比 2.5%A1、0.4%Zn、0.4%Sr、0.2%Sn、0.1%B、0.l%Mn，其余为Mg。进行配制炉料；
炉料和模具预热:将配好的炉料置于200°C的烘干箱中烘干30min ;采用金属型模具，并将模具置于电阻炉中200°C预热30min。
[0013]第二步，熔炼和精炼:
熔炼:将坩祸置于井式电阻炉中预热至450°C，在坩祸底部及内壁撒上一层覆盖剂，然后依次加入经过预热的纯镁锭和纯铝锭，并在熔锭表面撒上一层覆盖剂；
将电阻炉温度升至740 °C，待纯镁锭和纯铝锭全部熔化，充分搅拌30分钟，然后加入经过预热的纯锌锭，加入后搅拌30分钟至完全熔化，并在熔液表面撒上一层覆盖剂，静置15分钟；
再将熔液温度升高到770°C，加入经过预热的纯锡锭和A1-3B中间合金并搅拌45分钟，待其熔化后，静置15分钟，然后降温到760V，加入经过预热的Mg-25Sr中间合金，充分搅拌30分钟后再静置15分钟，并在熔液表面撒上一层覆盖剂；
维持温度不变加入经过预热的Mg-4Mn中间合金锭，搅拌30分钟待其熔化并在熔液表面撒上一层覆盖剂静置15分钟；
精炼:将熔炼好的合金表面浮渣清理，把熔液温度降至730°C，加入精炼剂进行精炼，精炼剂分3次加入，每次均加入合金质量的1%，上下搅动精炼15分钟直至液面呈光亮镜面为止；每次精炼后静置5分钟；将精炼好的合金浇注成棒料；将制得的棒料车去外皮，加工成长度为650mm的Φ95ι?πι棒还。
[0014]第三步，均匀化处理和挤压成型
将棒坯置于电阻炉中加热到440°C，保温8h，进行均匀化处理；然后从热处理炉中取出均匀化处理后的棒坯在挤压机上挤压成型，挤压成所需截面形状的散热器型材。从热处理炉中取出加热后的棒坯要及时进行挤压，以免棒材温度下降过多影响挤压。挤压过程中挤压筒温度为400 °C，挤压速度13mm/s。
[0015]第四步，人工时效处理
将挤压后的LED散热器型材，锯切成段，每段长l~2m，置于热处理炉内加热到220°C，进行6h人工时效即为抗高温蠕变高导热大功率LED镁合金散热器。
[0016]经测试，所得的镁合金散热器的导热系数为135W/mK，硬度为49.3Hv，在120°C温度下10h产生1%变形量的蠕变强度为75MPa。
[0017]实施例2: 抗高温蠕变高导热大功率LED镁合金散热器，其制备方法如下:
以Mg-3Al-lZn-lSr-2Sn-0.5B合金，加工横截面较大的散热器为例:
第一步，炉料准备及炉料和模具预热:
炉料准备:以纯镁锭、纯铝锭、纯锌锭、纯锡锭、Mg-25Sr中间合金、纯B