一种高导热可压铸稀土镁合金及制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种镁合金，具体涉及一种高导热可压铸稀土镁合金及制备方法。
【背景技术】
[0002]航空航天、汽车和3C产品的散热材料不仅追求低密度、高强度，而且要求具有良好的导热性能。虽然镁合金密度低、比强度高，但纯镁室温导热系数为156W/(m*K)，仅为相同条件下纯铝的65.4 % ;目前己有的镁合金，导热率高的除QE22外，一般为Mg-Ca系，比如 ZE41、Mg-Ca-Sn (CN 102251161A)、Mg-Ca-Sn-Ca (CN 102560210A)、Mg-Ca-Si (CN101709418A)等，其20°C室温热导率高达IlOW/(m.K);某些Mg-Ca系镁合金(Mg-Ca-Sn)在25°C条件下，导热率大于126.3W/(m -K)。虽然Ca、Ca元素对纯Mg的室温热导率影响甚微，但以上镁合金均为变形镁合金，制备工艺复杂。
[0003]常用可压铸商用镁合金有Mg-Al系、Mg-RE系。Mg-Al系AZ91、AM60B、AZ80综合性能良好得到广泛运用，但其室温(20°C )热导率小于61W/(m.K) ;Mg-RE系中的WE系具有优良的力学性能，能进行压铸生产，但WE43、WE91、EW75其20°C室温热导率均小于51W/(m.K)。因此，开发一种具备良好导热性能的可压铸镁合金显得尤为重要。
[0004]镁进行合金化后，其强度大幅度提高，导热系数随加入的合金元素不同，其降低程度也略不同，总体呈下降趋势。与Al元素相比，轻RE元素不仅能改善合金的压铸性能，还对纯Mg的室温热导率影响不大；Zr元素由于在纯Mg中固溶度较小，且与纯Mg具有相同的空间结构，不仅能在镁合金熔炼中起到变质剂的作用，还对纯Mg的室温热导率影响甚微。少量的Ca有助于细化晶粒，在不降低热导率的情况下适当提高合金的力学性能。因此，在Mg-RE系中加入适量的Ca/Zr元素，是探索新型压铸高导热镁合金的一个颇值得关注的方向。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种导热性能优秀、能适用于制作电子器件结构件及散热件或变形件基材的综合性能良好的可压铸稀土镁合金。本发明的可压铸稀土耐蚀镁合金压铸铸件在25°C条件下，导热率大于80W/(m.K)，屈服强度为140MPa左右，延伸率为2%左右。为实现上述目的，本发明采取以下技术方案:
[0006]—种高导热可压铸稀土镁合金，成分含量如下:
[0007]Ca 的含量为 0.001 ?1.2wt.% ；
[0008]Sm的含量为2?6wt.% ；
[0009]Zr 的含量为 0.1 ?0.8wt.% ；
[0010]其余为Mg和不可避免的杂质元素。
[0011]优选地，Zr的含量为0.4?0.6wt.%。
[0012]优选地，杂质元素总含量小于0.2wt.%。
[0013]更优选地，杂质元素的成分含量如下:
[0014]Fe 的含量:0 ?0.005wt.% ；
[0015]Ni 的含量:0 ?0.002wt.% ；
[0016]Cu 的含量:0 ?0.03wt.% ο
[0017]本发明的另一个目的是提供一种高导热可压铸的稀土耐蚀镁合金制备方法。具体方案如下:
[0018]一种高导热可压铸稀土镁合金的制备方法，包括如下步骤:
[0019](I)在保护气氛下，纯镁锭完全熔化得到镁熔液，镁熔液的温度控制在680?780°C之间；
[0020](2)镁熔液温度保持在680?750°C以上，将Sm元素的原料加入镁熔液，得到第二合金熔液；
[0021](3)将Ca元素的原料加入第二合金熔液，得到第三合金熔液；
[0022](4)在第三合金熔液中加入Zr元素的原料，待Zr元素的原料完全熔化，将精炼剂加入第三合金熔液，搅拌的同时继续在第三合金熔液的液面撒精炼剂，直至液面出现镜面光泽，得到第四合金熔液；
[0023](5)清除第四合金熔液的液面上的溶剂和浮渣，在液面撒上覆盖剂；静置冷却，待杂质充分上浮或下沉，除去杂质，得到第五合金熔液；
[0024](6)第五合金熔液调至合适温度后浇注到充分预热过的金属型铸造模具中凝固成铸件；或将第五合金熔液浇注到冷式压铸机中进行高压铸造；或进行差压铸造。
[0025]优选地，纯镁锭在井式电阻坩锅炉中完全熔化。
[0026]优选地，保护气体为SF#P N 2。
[0027]优选地，步骤⑵中Sm元素的原料为Mg-Sm中间合金，将Mg-Sm中间合金预热至合适温度后加入镁熔液，保温一段时间直至Mg-Sm中间合金全部熔化。
[0028]优选地，步骤(3)中Ca元素的原料为纯Ca锭，将纯Ca锭预热至合适温度后加入第二合金熔液，保温一段时间直至纯Ca锭全部熔化。
[0029]优选地，步骤⑷中Zr元素的原料为Mg-Zr中间合金，将Mg-Zr中间合金预热至合适温度后加入第三合金熔液，保温一段时间直至Mg-Zr中间合金全部熔化。
[0030]本发明的优点是:本发明的高导热镁合金高压铸件在25°C条件下，导热率大于80ff/(m.K)，屈服强度大于IlOMPa左右，延伸率大于1%。导热性能优异、综合性能良好。
【附图说明】
[0031]图1是本发明的一个较佳实施例的压铸试样金相组织的微观形貌图片。
【具体实施方式】
[0032]以下为发明的【具体实施方式】。实施方式中所做的示例，仅作为范例，本发明所涉及的保护对象，不局限于范例，包含一切按权利要求书中所配置的合金成分及所阐明的加工方法。
[0033]实施案例1:50公斤Mg-6Sm-0.3Zn_0.8Zr (wt.% )及其压铸零件制备方法。
[0034]1、配料:以适当烧损率配料，称取纯Mg锭、Mg-25% Sm、Mg_30% Zr中间合金进行预热。其中纯镁锭为99.94wt.%，中间合金纯度为99.9wt.%，余量为Mg。将以上铸锭进行表面处理，去除表面氧化皮与夹杂。
[0035]2、熔炼前准备:预处理待与熔液接触的各种工具(预热、刷专用涂料)；检查保护气氛气路及气体含量；准备精炼剂、硫磺粉、测温计及模具等。预热原材料与工具。
[0036]3、熔炼:
[0037]I)将全部纯镁锭以尽量紧密的方式放进井式电阻坩祸炉，在坩祸底部和纯镁锭表面均匀撒上硫磺粉。用坩祸盖将坩祸密闭，通入SFjP N2混合气后升温，使全部纯镁锭在二氧化硫和保护气体下完全熔化，控制镁熔液温度在680?780°C ；
[0038]2)添加合金元素Sm、Zr:待镁液温度升至680?750 °C，将预热好的Mg-Sm中间合金加入镁液中保温适当时间，直至Mg-Sm中间合金全部熔化；保持炉温在750°C以上，加入Mg-Zr中间合金直至其恪化；
[0039]3)精炼扒渣:调整镁液温度，加入镁合金专用精炼剂精炼，直至液面出现镜面光泽。精炼完毕后，清除液面溶剂与浮渣，轻撒上一层覆盖剂。调整镁液至合适温度，静止15-20min使夹杂充分上浮或下沉后扒渣；
[0040]4)浇铸铸锭:将压铸机金属模具温度调至180?250°C，设定低速速度为0.2?0.4m/s，高速速度为2?7m/s，铸造压力为90MPa。将镁合金液调整至合适温度浇入压射嘴，进行压射，获得镁合金压铸件。压铸工艺参数据压铸机实际情况在上述压铸工艺参数范围内对压铸工艺参数行进调整，直至获得合格的压铸件。
[0041]5)压铸试样金相组织如图1。依旧有晶粒比较粗大。
[0042]6)压铸试样铸态抗拉强度为179MPa，屈服强度为146.3MPa，延伸率为1.2%。T6处理后屈服强度提高到189MPa，抗拉强度达到220MPa，延伸率降至2.3%。T6处理后抗拉强度与屈服强度均上升。
[0043]7)25°C所测铸态导热系数为86.4W/(m*K)，具有优良的室温热导率。T6处理后热导率为 99ff/ (m.K) ο
[0044]以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
【主权项】
1.一种高导热可压铸稀土镁合金，其特征在于，所述镁合金的成分含量如下: Ca的含量为0.0Ol?1.2wt.% ； Sm的含量为2?6wt.% ； Zr的含量为0.1?0.8wt.% ； 其余为Mg和不可避免的杂质元素。2.根据权利要求1所述的一种高导热可压铸稀土镁合金，其特征在于，所述Zr的含量为 0.4 ?0.6wt.% ο3.根据权利要求1所述的一种高导热可压铸稀土镁合金，其特征在于，所述杂质元素总含量小于0.2wt.% ο4.根据权利要求3所述的一种高导热可压铸稀土镁合金，其特征在于，所述杂质元素的成分含量如下: Fe 的含量:0 ?0.005wt.% ； Ni 的含量:0 ?0.002wt.% ； Cu 的含量:0 ?0.03wt.%o5.根据权利要求1所述的一种高导热可压铸稀土镁合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤: (1)在保护气氛下，纯镁锭完全熔化得到镁熔液，所述镁熔液的温度控制在680?780°C之间； (2)所述镁熔液温度保持在680?750°C以上，将Sm元素的原料加入所述镁熔液，得到第二合金熔液； (3)将Ca元素的原料加入所述第二合金熔液，得到第三合金熔液； (4)在所述第三合金熔液中加入Zr元素的原料，待所述Zr元素的原料完全熔化，将精炼剂加入所述第三合金熔液，搅拌的同时继续在所述第三合金熔液的液面撒精炼剂，直至液面出现镜面光泽，得到第四合金熔液； (5)清除所述第四合金熔液的液面上的精炼溶剂和浮渣，在液面撒上覆盖剂；静置冷却，待杂质充分上浮或下沉，除去所述杂质，得到第五合金熔液； (6)所述第五合金熔液调至合适温度后浇注到充分预热过的金属型铸造模具中凝固成铸件；或将所述第五合金熔液浇注到冷式压铸机中进行高压铸造；或进行差压铸造。6.根据权利要求5所述的一种高导热可压铸稀土镁合金的制备方法，其特征在于，所述纯镁锭在井式电阻坩锅炉中完全熔化。7.根据权利要求5所述的一种高导热可压铸稀土镁合金的制备方法，其特征在于，所述保护气体为SF#P N 2。8.根据权利要求5所述的一种高导热可压铸稀土镁合金的制备方法，其特征在于，步骤⑵中所述Sm元素的原料为Mg-Sm中间合金，将所述Mg-Sm中间合金预热至合适温度后加入所述镁熔液，保温一段时间直至所述Mg-Sm中间合金全部熔化。9.根据权利要求5所述的一种高导热可压铸稀土镁合金的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述Ca元素的原料为纯Ca锭，将所述纯Ca锭预热至合适温度后加入所述第二合金熔液，保温一段时间直至所述纯Ca锭全部熔化。10.根据权利要求5所述的一种高导热可压铸稀土镁合金的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述Zr元素的原料为Mg-Zr中间合金，将所述Mg-Zr中间合金预热至合适温度后加入所述第三合金熔液，保温一段时间直至所述Mg-Zr中间合金全部熔化。
【专利摘要】一种高导热可压铸稀土镁合金，该镁合金的成分含量如下：Ca的含量为0.001～1.2wt.％，Sm的含量控制在2～6wt.％，Zr的含量为0.1～0.8wt.％；其余为Mg及其它不可避免的杂质元素。以纯镁锭、纯Ca锭、Mg-Sm、Mg-Zr中间合金为原料，将纯镁锭熔化后添加Sm、Ca、Zr进行合金化后压铸，或重力铸造后热处理。本发明所涉及的高导热压铸镁合金高压压铸铸锭在25℃条件下，导热率大于80W/(m·K)，抗拉强度为175～230MPa，延伸率为2％～11％，导热性能优异、综合性能良好、铸锭制作工艺简单，是制作电子器件结构材料散热件以及各种散热片的备选材料。
【IPC分类】C22C23/06
【公开号】CN105088042
【申请号】CN201510537203
【发明人】李德江, 李丽, 曾小勤, 丁文江
【申请人】上海交通大学
【公开日】2015年11月25日
【申请日】2015年8月28日