一种高导电Mg-Zn-Cu镁合金的制备方法

一种高导电mg-zn-cu镁合金的制备方法
技术领域
1.本发明属于有色金属固溶强化加工技术领域，涉及一种高导电mg-zn-cu镁合金的制备方法。


背景技术：

2.铸态下mg-zn镁合金的导电率在19.06-20.34 ms
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之间，并且在高温条件下具有很大的应用潜力，在5g基站以及手机领域的应用上更是起着重要作用。但是随着电子工业的不断发展，将器件温度保持在安全范围内并延长电子产品的使用寿命，以此需要高导电的镁合金来满足严格要求。
3.mg-zn合金的导电率会随着合金元素含量的增加而下降。这种现象主要是由溶解在镁基体中的合金原子引起的。溶质原子的大小与镁原子的大小不同，因此镁合金的晶格发生畸变，最终导致热导率下降。
4.在mg-zn系合金中，固溶过程中的沉淀相是通过 zn 原子的聚集开始形成的，在中间温度（约 100
ꢀº
c）固溶处理时，会有多种不同类型的析出物同时存在，从而导致合金的硬化的同时提升合金的导电性。据报道合金的热处理顺序为:ssss
ꢀ→
pre-β
‘
→
β1‘
（棒状和块状沉淀物
⊥
{0001}mg;mg4zn7）
→
β2‘
（主要是粗大的颗粒||{0001}mg和一些板条状沉淀物
⊥
{0001}mg；mgzn2)
ꢀ→
β平衡相（mgzn 或 mg2zn3）。cu元素的加入可以提高mg-zn 合金的共晶温度，故可在较高的温度进行固溶处理，以便使更多的zn和cu固溶。尽管研究者们对mg-zn-cu系镁合金的研究已经十分深入，但是对于固溶处理后mg-zn-cu系镁合金固溶后导电率与组织演变的关系尚未说明。


技术实现要素：

5.本发明克服了现有技术的不足，提出一种高导电mg-zn-cu镁合金的制备方法。本发明在mg-zn合金中引入了cu元素，cu元素的引入使得α-mg 晶界及枝晶臂之间不规则的块状mgzn 二元相转变为片状，从而提高了合金的导电性。
6.为了达到上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的。
7.一种高导电mg-zn-cu镁合金的制备方法，包括以下步骤：1）按照mg-3zn-2cu合金成分准备纯镁、纯锌和纯铜；2）在熔化的镁锭中依次加入纯锌、纯铜进行精炼并浇注；3）将浇注得到的浇注件进行固溶处理，固溶处理的温度为470℃；固溶处理的时间为60-72h。
8.优选的，固溶处理的时间为72h。
9.优选的，所述的精炼是炉温降至720 ℃时，清理熔液表面上的熔渣，加入精炼剂后搅拌1min，开始进行精炼。最后，均匀撒上覆盖剂后合上炉盖，待炉温回升至750 ℃后保温20 min。
10.优选的，所述的浇注是在750℃下保温20 min后，再将炉温降至740℃，清理溶液表
面，之后将镁合金熔体浇铸到预热好的模具中；待模具温度自然冷却到室温后，将试样从模具中取出得到铸态合金试棒。
11.优选的，镁锭的熔化步骤为：电阻炉温度升到500℃时，将预热至200℃的镁锭加入到坩埚中，并在镁块上撒上干燥后的覆盖剂，开始向箱式电阻炉通入高纯氩气进行气体保护；当电阻炉温度升至720 ℃时，开始恒温下保温20 min。
12.优选的，当镁块完全熔化后，清理溶液表面，然后加入预热好的锌块，撒上干燥后的覆盖剂后合上炉盖升温进行锌块的熔化。
13.更优的，当温度升至750 ℃时，二次开炉用扒渣棒清理溶液表面，加入预热好的纯铜，搅拌后撒上覆盖剂并合上炉盖，保温5 min。
14.本发明相对于现有技术所产生的有益效果为：1、本发明对mg-zn镁合金进行了cu合金化变质处理，在特定条件下，即一定的cu含量、cu添加方式、cu配比和熔炼工艺下，可以促进原始α-mg晶粒的细化和mgzncu共晶相的生成。当添加2wt.%含量的cu时，可以形成细小的等轴晶粒。经固溶处理，颗粒状的mgzn相消失，mgzncu相部分溶解，未溶解的相在固溶处理过程中分解成颗粒。在430 ℃时 cu 在 mg 基体中的溶解度极低（约为0.31
–
0.55 wt%），因此更多的mgzncu相会随着更多的cu添加而沿着晶粒或在晶粒内积累，含cu的体积分数更高，使导电性进一步的提高。
15.2、通过研究cu对mg-zn-cu系镁合金组织与性能的影响，本发明阐明了cu分别对α-mg基体、β
1-mgzn共晶相和β
2-mgzncu的影响。通过固溶处理，探明了基体共晶组织的变化过程，并揭示了导电性与组织变化的关系，从而在固溶处理后制备出高导电的mg-zn-cu系镁合金。
16.3、铸态的mg-3zn合金由α-mg基体和晶界内的mgzn共晶相组成，随着cu的加入（2wt.%含量），α-mg相的晶粒尺寸减小，铸态mg-3zn-2cu合金的抗拉强度，屈服强度和伸长率达到了230mpa，103mpa和29.3%。
17.4、经固溶处理后，颗粒状的mgzn相消失，mgzncu相部分溶解，未溶解的相在固溶处理过程中分解成颗粒。在固溶温度430℃，固溶时间72h的条件下，此时合金中cu元素体积分数最高，mg-3zn-2cu合金的导电率达到了21.03 ms
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。
附图说明
18.图1是实施例1所述铸态合金mg-3zn-xcu(x=1，2，3)的dsc图谱。
19.图2是实施例1所述铸态合金mg-3zn-xcu(x=1，2，3)的xrd图谱。
20.图3是实施例1所述铸态合金mg-3zn-xcu(x=1，2，3)的扫描显微组织照片。
21.图4是实施例1所述mg-3zn-xcu(x=1，2，3) 24h固溶处理合金的扫描显微组织照片。
22.图5是实施例1所述mg-3zn-xcu(x=1，2，3) 48h固溶处理合金的扫描显微组织照片。
23.图6是实施例1所述mg-3zn-xcu(x=1，2，3) 60h固溶处理合金的扫描显微组织照片。
24.图7是实施例1所述mg-3zn-xcu(x=1，2，3) 72h固溶处理合金的扫描显微组织照片。
25.图8是实施例1所述铸态合金mg-3zn-xcu(x=1，2，3)的拉伸性能。
具体实施方式
26.为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，结合实施例和附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。下面结合实施例及附图详细说明本发明的技术方案，但保护范围不被此限制。
27.实施例1步骤1、合金成分的设计：本实施例以镁块，锌块，铜丝为原材料，设计了三组mg-zn-cu系镁合金，具体如下表：步骤2、合金熔炼本实施例使用箱式电阻炉在保护气体（氩气）的条件下制备了合金体系。具体如下表：1）熔化镁锭电阻炉温度升到500℃时，将预热（200
°
c）好的镁块加入到坩埚中，并在镁块上撒上干燥后的覆盖剂，开始向箱式电阻炉通入高纯氩气进行气体保护（镁是非常活泼的金属元素，高温下易与空气中o2、和水蒸气反应，影响合金性能）；当电阻炉温度升至720 ℃时，开始恒温下保温20 min，确保镁块能够完全熔化。
28.2）加锌和铜当镁块完全熔化后，打开炉盖用扒渣棒清理溶液表面，然后加入预热好的锌块，撒上干燥后的覆盖剂后合上炉盖开始升温。当温度升至750 ℃时，二次开炉用扒渣棒清理溶液表面，按照试验需要加入预热好的铜丝，搅拌后撒上覆盖剂并合上炉盖，保温5 min。
29.3）精炼炉温降至720 ℃时，清理熔液表面上的熔渣，加入精炼剂后搅拌1min，开始进行精炼。最后，均匀撒上覆盖剂后合上炉盖，待炉温回升至750 ℃后保温20 min。
30.4）浇注在750 ℃下保温20 min后，再将炉温降至740
°
c，用扒渣棒清理完溶液表面后将镁合金熔体浇铸到预热好的模具(200 ℃)中。待模具温度自然冷却到室温后，将试样从模具中取出就得到了铸态合金试棒。
31.步骤3、固溶处理分别对三组合金mg-3zn-1cu；mg-3zn-2cu；mg-3zn-3cu进行固溶处理。在进行固溶
处理之前，对铸态mg-3zn-1cu；mg-3zn-2cu；mg-3zn-3cu合金（为a组）试样进行了差热分析。该合金的dsc曲线上出现了吸热峰，470
°
c对应的为合金第二相的吸热峰。因此，为了避免合金中第二相过烧，将合金的固溶温度定为430 ℃。随后，利用真空管式热处理炉分别对铸态mg-3zn-1cu；mg-3zn-2cu；mg-3zn-3cu三种合金试棒进行了24、48、60、72个小时的固溶处理（依次为b、c、d、e组），冷却方式为水冷。
32.参照图1-8，当添加2wt.%含量的cu时，可以形成细小的等轴晶粒。经固溶处理，颗粒状的mgzn相消失，mgzncu相部分溶解，未溶解的相在固溶处理过程中分解成颗粒。在430 ℃时 cu 在 mg 基体中的溶解度极低（约为0.31
–
0.55 wt%），因此更多的mgzncu相会随着更多的cu添加而沿着晶粒或在晶粒内积累，含cu的体积分数更高，使导电性进一步的提高。铸态的mg-3zn合金由α-mg基体和晶界内的mgzn共晶相组成，随着cu的加入（2wt.%含量），α-mg相的晶粒尺寸减小，铸态mg-3zn-2cu合金的抗拉强度，屈服强度和伸长率达到了230mpa，103mpa和29.3%。经固溶处理后，颗粒状的mgzn相消失，mgzncu相部分溶解，未溶解的相在固溶处理过程中分解成颗粒。在固溶温度430℃，固溶时间72h的条件下，此时合金中cu元素体积分数最高，mg-3zn-2cu合金的导电率达到了21.03 ms
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。mg-3zn-xcu(x=1, 2, 3)合金的拉伸性能和导电性能的比较参见表1和表2：
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。