Mg‑La‑Zr稀土镁基合金及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种Mg‑La‑Zr稀土镁基合金及其制备方法，合金制备以纯度为99.9wt.％的La块、纯度为99.95wt.％的Zr块、纯度为99.99wt.％的Mg块及纯度为99.9wt.％的微量Hf块为原料。Mg‑La‑Zr合金铸件成分按重量百分比是La含量为1.1～4.22wt.％；Zr含量为0.45～0.50wt.％；Hf含量为0.05～0.1wt.％，余量为Mg和不可避免的杂质。采用具有气氛保护的中频感应熔炼炉熔炼Mg‑La‑Zr合金。本发明专利技术制备的Mg‑La‑Zr合金在25℃下导热系数大于110W/(m·K)，抗拉强度大于180MPa，延伸率可达25％，具有良好的散热性能及力学性能。

【技术实现步骤摘要】
Mg-La-Zr稀土镁基合金及其制备方法
本专利技术涉及一种镁合金材料及其制备方法，特别是涉及一种稀土镁基合金及其制备方法，应用于有色冶金

技术介绍
随着科学技术的飞速发展，金属材料的消耗量与日俱增。镁合金作为新兴的轻金属结构材料，具有比强度和比刚度高、密度低、电磁屏蔽效果佳、尺寸稳定性好、机加工性能优良等优点，日益引起人们的重视和研究。近年来随着镁合金在汽车制造、航空航天、电子通讯、生物医学等领域的应用越来越广泛，对镁合金的性能也提出了越来越高的要求。工程应用中，对材料的导热性能往往有较高的要求，尤其是散热器件对材料要求更高，以提高产品的寿命及工作稳定性。纯镁具有良好的导热性能，其室温热导率为156W/(m·K)，在常见商用金属材料中仅次于铜和铝，但是由于镁的密度是1.78g/cm3，仅为铝的2/3、铁的1/4，使得镁具有可观的比热导率，即单位质量的热导率，其比热导率与铝相当。基于以上优势，开发轻质镁合金作为散热器等对导热、散热性能要求高的材料可以达到减重的效果，具有良好的应用前景。合金化有助于提高镁合金的机械性能和耐蚀性，镁合金中的合金元素主要有以下几类：稀土元素包括La、Sm、Nd、Gd、Ce等；碱土元素包括Sr、Ca、Ba等；及其他合金元素包括Al、Zn、Mn、Si、Ag、Zr等。稀土元素La在镁合金中不仅可以产生析出强化的作用，还可形成金属间化合物产生晶界强化作用，从而能够显著改善镁合金的高温力学性能。目前，对于散热镁合金的研究中，专利号申请号为200710121457.8的中国专利文献公开了一种导热镁合金和其制备方法，该镁合金的成分含量为：Zn的含量为2.5～11wt.％；Zr的含量为0.15～1.5wt.％；Ag的含量为0～2.5wt.％；Ce的含量为0.3～3.5wt.％；Nd的含量为0～1.5wt.％；La的含量为0～2.5wt.％；Pr的含量为0～0.5wt.％；其中Nd、La、Pr同时为零或同时不为零，其余为Mg。上述镁合金在20℃时，其导热率约为125W/(m·K)；抗拉强度约350Mpa。但是，由于贵稀土元素价格高，从而限制了散热镁合金的应用。
技术实现思路
为了解决现有技术问题，本专利技术的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种Mg-La-Zr稀土镁基合金及其制备方法，制备散热镁合金方法工序简单，成本低，本专利技术Mg-La-Zr稀土镁基合金兼具优良散热性能和力学性能，该铸造镁合金材料在25℃下导热系数大于110W/(m·K)，抗拉强度大于180MPa，延伸率可达到25％，能够满足通讯、汽车等部件对散热材料的高要求，拓展镁合金的应用领域。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种Mg-La-Zr稀土镁基合金，其合金成分的质量百分比含量为：La含量为1.1～4.22wt.％；Zr的含量为0.45～0.5wt.％；Hf含量为0.05～0.1wt.％，余量为Mg和不可避免的杂质。本专利技术制备的稀土镁合金兼具优良散热性能和力学性能。作为本专利技术优选的技术方案，La含量为2.00～4.22wt.％；Zr的含量为0.48～0.5wt.％；Hf含量为0.08～0.1wt.％。一种本专利技术Mg-La-Zr稀土镁基合金的制备方法，包括如下步骤：a.原料准备：按目标制备的Mg-La-Zr合金的重量百分配比计算称量各原料，对于目标制备的Mg-La-Zr合金，其中La含量为1.1～4.22wt.％，Zr的含量为0.45～0.5wt.％，Hf含量为0.05～0.1wt.％，余量为Mg和不可避免的杂质；将纯度为99.9wt.％的La块、纯度为99.95wt.％的Zr块、纯度为99.99wt.％的Mg块及纯度为99.9wt.％的微量Hf块作为合金原料，备用；b.合金熔炼工艺：将在所述步骤a中称量的Mg块放入中频感应熔炼炉的坩埚内，升温到至少350℃时，开启SF6和N2的混合气体保护气，再升温到不高于650℃后，加入在所述步骤a中称量的La块、Zr块和Hf块，将各原料熔化后得到合金熔体，对合金熔体搅拌均匀，使所有合金元素均匀分布在合金熔液中；进行合金熔炼时，采用SF6气体作为保护气；c.合金的凝固：将在所述步骤b中制备的合金熔液浇铸到模具中，得到合金铸件。本专利技术与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：1.本专利技术合金的制备方法成本低，工序简单稳定能够降低镁合金铸件的缩孔和偏析；2.本专利技术方法制备了一种具优异的散热性能和良好力学性能的稀土镁合金，由于添加有特定组分的稀土元素和其他合金元素，其细晶强化作用明显，不仅散热性能强于传统镁合金，而且机械力学强度也得到提高，适合广泛推广应用；3.本专利技术制备的Mg-La-Zr合金在25℃下导热系数大于110W/(m·K)，抗拉强度大于180MPa，延伸率可达到25％，具有良好的散热性能及力学性能。附图说明图1为本专利技术实施例一Mg-1.1La-0.45Zr合金显微组织SEM照片。图2为本专利技术实施例二Mg-4.22La-0.5Zr合金显微组织SEM照片。具体实施方式以下结合具体的实施例子对上述方案做进一步说明，本专利技术的优选实施例详述如下：实施例一：在本实施例中，一种Mg-La-Zr稀土镁基合金，其合金成分的质量百分比含量为：La含量为1.1wt.％；Zr的含量为0.45wt.％；Hf含量为0.05wt.％，余量为Mg和不可避免的杂质。本实施例Mg-1.1La-0.45Zr稀土镁合金兼具优良散热性能和力学性能。一种本专利技术Mg-La-Zr稀土镁基合金的制备方法，包括如下步骤：a.原料准备：按目标制备的Mg-La-Zr合金的重量百分配比计算称量各原料，对于目标制备的Mg-La-Zr合金，其中La含量为1.1wt.％，Zr的含量为0.45wt.％，Hf含量为0.05wt.％，余量为Mg和不可避免的杂质；将纯度为99.9wt.％的La块、纯度为99.95wt.％的Zr块、纯度为99.99wt.％的Mg块及纯度为99.9wt.％的微量Hf块作为合金原料，备用；b.合金熔炼工艺：将在所述步骤a中称量的Mg块放入中频感应熔炼炉的坩埚内，升温到350℃时，开启SF6和N2的混合气体保护气，采用SF6气体作为保护气，再升温到650℃后，加入在所述步骤a中称量的La块、Zr块和Hf块，将各原料熔化后得到合金熔体，对合金熔体搅拌均匀，使所有合金元素均匀分布在合金熔液中；c.合金的凝固：将在所述步骤b中制备的合金熔液浇铸到模具中，得到Mg-1.1La-0.45Zr合金铸件。对本实施例制备的Mg-1.1La-0.45Zr合金铸件进行力学性能和热物理学性能试验测试分析，获得的性能参数如下表1所示：表1.实施例一制备镁合金性能与纯镁性能对比由表1中所示，对比实施例一制备的Mg-1.1La-0.45Zr合金和纯镁的物理性能参数可知，实施例一制备的Mg-1.1La-0.45Zr合金的强度和塑性均优于纯镁合金，导热系数也接近纯镁，具有优良散热性能和力学性能，综合物理性能优异，制备成本较低。图1是实施例一Mg-1.1La-0.45Zr合金显微组织SEM照片，Mg-1.1La-0.45Zr合金初生相为Mg，形成LaMg12和Mg的共晶组织。稀土元素La在镁合金中不仅可以产生析出强化的作用，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Mg‑La‑Zr稀土镁基合金，其特征在于，其合金成分的质量百分比含量为：La含量为1.1～4.22wt.％；Zr的含量为0.45～0.5wt.％；Hf含量为0.05～0.1wt.％，余量为Mg和不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种Mg-La-Zr稀土镁基合金，其特征在于，其合金成分的质量百分比含量为：La含量为1.1～4.22wt.％；Zr的含量为0.45～0.5wt.％；Hf含量为0.05～0.1wt.％，余量为Mg和不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述Mg-La-Zr稀土镁基合金，其特征在于：La含量为2.00～4.22wt.％；Zr的含量为0.48～0.5wt.％；Hf含量为0.08～0.1wt.％。3.一种权利要求1所述Mg-La-Zr稀土镁基合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：a.原料准备：按目标制备的Mg-La-Zr合金的重量百分配比计算称量各原料，对于目标制备的Mg-La-Zr合金，其中La含量为1.1～4.2...

【专利技术属性】
技术研发人员：李谦，朱文妃，罗群，张捷宇，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海,31