一种高塑性导热变形镁合金及其制备方法与应用

本发明涉及导热镁合金的，尤其涉及一种高塑性导热变形镁合金及其制备方法与应用。

背景技术：

1、镁是迄今为止最轻的金属结构材料之一，其密度仅有1.74g/cm3，仅为铝的2/3、铁的1/4，因此在碳达峰、碳中和的背景下，镁合金的应用有助于轻量化与节能减排，被誉为“21世纪绿色工程材料”。而纯镁的热导率为156w/(m·k)，在常用的金属结构材料中仅次于铜和铝，然而纯镁的力学性能较差，其屈服强度仅有21mpa，难以满足实际应用需求。

2、因此镁在使用时往往是以镁合金的形式出现，对镁进行合金化，能够有效提高力学性能，但却会对导热性能造成负面影响，例如商业镁合金am60b，虽然抗拉强度可达到225mpa，但是热导率却下降至60w/(m·k)，还有商业镁合金az91d抗拉强度高达240mpa以上，但是热导率却下降至53w/(m·k)。这说明，镁合金的导热性能与力学性能往往是相互矛盾的。

3、按照成型工艺进行划分，可以将镁合金区分为铸造镁合金和变形镁合金。铸造镁合金兼顾导热和力学性能的难度较大，例如中国发明专利cn115679172a提供的压铸镁合金mg-0.7si-0.4sn-0.3ca，其室温热导率高达144.5w/(m·k)，抗拉强度仅有107.2mpa、延伸率为9.7％；如中国发明专利cn115874097a提供的压铸镁合金mg-6al-5.5zn-3re-y，其屈服强度达157mpa、抗拉强度达250mpa，然而其热导率仅有90.3w/(m·k)。因此，为了兼顾导热和强度，铸造导热镁合金通常成分设计复杂，例如中国发明专利cn116254446a提供的mg-3.92al-3.11la-1.55sm-0.23y-0.09te，其室温热导率达171w/(m·k)、屈服强度为198mpa、抗拉强度287mpa、延伸率为7.2％。

4、相比于铸造镁合金，变形镁合金通过后续加工，可以有效细化晶粒，调控织构，消除镁合金中的缺陷，显著提升力学性能，同时对导热性能无明显影响，从而获得高强高导热镁合金。例如中国发明专利cn113322404a提供的导热变形镁合金mg-2.8al-5.0la-0.3mn，其室温热导率达119w/(m·k)、抗拉强度为332.2mpa、屈服强度为271.0mpa、延伸率为10.8％，但仍未达到高塑性。

5、通常来讲，延伸率低于15％的镁合金被认为是普通塑性变形镁合金，为获得延伸率高于15％的高塑性变形镁合金，往往需要采用更为复杂的工艺，如中国发明专利cn115233061a提供的高塑性镁合金经过400℃/3h+530℃/6h双级固溶→350℃锻压→350℃挤压成型→300℃预热后250℃多道路次温轧→195℃/5-15h时效后，所制得的mg-2gd-2nd-0.3ce-0.6zr，其抗拉强度高于190mpa、屈服强度高于150mpa、延伸率高于30％，然而热处理工艺繁杂不适用于工业化大规模生产。

6、变形镁合金的塑性高低大大影响了其应用范围，例如商业镁合金zk61m在t6状态下延伸率低于14％，这极大限制了其在航空工业、汽车运输工业、结构材料工业等领域的拓展运用。例如变形镁合金mg-1al-0.4ca-0.5mn-0.2zn，在不同的挤压温度影响下，其延伸率低于13％，导致其仅适用于对塑性要求不高的壳体与盖、计算机部件等。若延伸率大于20％，则变形镁合金的应用范围显著扩大，例如we系合金(mg-y-nd-re)中的we54、we43，延伸率可达20％以上，在我国航空航天、交通、导弹制造领域已经有了非常成熟的应用。

7、综上述，为了改善上述现有技术中提供的导热镁合金中存在的缺陷，本发明提供了一种高塑性高导热的变形镁合金。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种高塑性导热变形镁合金及其制备方法与应用。

2、第一方面，本发明提供的一种高塑性导热变形镁合金，以质量百分比计，包括：1.45-1.55％的zn、0.45-0.55％的mn、0.45-0.55％的re、0.1-0.5％的ca和余量的mg；其中，所述re为la与ce的混合物，且所述la在re中的质量分数为32-34％。

3、本发明提供的高塑性导热变形镁合金，通过添加微量re元素提升镁合金整体的强度和导热性能，同时，通过控制ca元素的含量细化镁合金晶粒，从而改善镁合金的粗大组织，调控第二相的种类、形貌及尺寸，极大地提高了镁合金的塑性，从而得到的镁合金的室温热导率大于或等于126w/(m·k)、抗拉强度大于或等于243mpa、延伸率大于或等于22％。

4、第二方面，本发明提供上述高塑性导热变形镁合金的制备方法，包括以下步骤：

5、以质量比称取纯mg、纯zn、mg-10wt.％mn中间合金、mg-20wt.％ca中间合金和mg-30wt.％re中间合金进行配料；其中，所述mg-30wt.％re中间合金中，re为la与ce的混合物，且所述la在re中的质量分数为32-34％；

6、在保护气氛下，将纯mg加热至熔融后加入纯zn搅拌熔融后，依次加入mg-10wt.％mn中间合金、mg-20wt.％ca中间合金和mg-30wt.％re中间合金进行搅拌熔融，制得合金熔体；

7、在惰性气氛下，向合金熔体内加入精炼剂搅拌5-10min后在表面铺撒覆盖剂，保温后扒渣，在模具中降温冷却后制得合金铸锭，将合金铸锭逐渐升温至410-420℃并保温11-13h后冷却，在355-365℃下挤压成型，制得高塑性导热变形镁合金。

8、可选地，以质量比称取纯mg、纯zn、mg-10wt.％mn中间合金、mg-20wt.％ca中间合金和mg-30wt.％re中间合金进行配料后，将所述纯mg、所述纯zn、所述mg-10wt.％mn中间合金、所述mg-20wt.％ca中间合金和所述mg-30wt.％re中间合金在100-150℃真空环境中干燥预热。

9、可选地，在保护气氛下将纯mg加热至熔融的过程中，所述保护气氛为sf6与co2的混合气体，且所述保护气氛中sf6的体积比为0.9-1.1％。

10、可选地，在保护气氛下将纯mg加热至熔融的过程中，包括：在390-410℃下，在纯mg表面铺撒覆盖剂后均匀升温至纯mg完全熔融。

11、可选地，在保护气氛下将纯mg加热至熔融后加入纯zn搅拌熔融后，依次加入mg-10wt.％mn中间合金、mg-20wt.％ca中间合金和mg-30wt.％re中间合金进行搅拌熔融，制得合金熔体的过程中，包括：

12、将熔融mg升温至715-725℃，加入纯zn搅拌熔融，制得mg-zn混合熔体；

13、将mg-zn混合熔体升温至745-755℃，依次加入mg-10wt.％mn中间合金、mg-20wt.％ca中间合金和mg-30wt.％re中间合金后，搅拌3-5min后在表面铺撒覆盖剂并保温至完全熔融后，制得合金熔体。

14、第三方面，本发明还提供上述任一所述制备方法所制得的高塑性导热变形镁合金的应用。具体的，可以应用于航空航天、交通、导弹制造领域。