一种高导热镁合金及其制备方法技术

本发明专利技术属于金属材料镁合金领域，具体涉及一种Mg‑Zn‑Sn‑Al‑Mn高导热镁合金及其制备方法。该镁合金的成分含量为：Zn为3～6wt.％，Sn为1～4wt.％，Al为0.1～1.0wt.％，Mn为0.1～0.5wt.％，其余为Mg和不可避免的杂质元素，杂质元素含量<0.05wt.％。采用铁坩埚熔炼Mg，当纯镁全部熔化后，再依次加入预热好的纯金属Zn、Sn、Al和Mg‑10wt.％Mn中间合金进行合金化，通过金属模具或半连续铸造结晶器浇铸成铸锭或变形用锭坯。本发明专利技术的高导热镁合金在25℃条件下，铸件和变形产品导热率均在120W·(m·K)

A highly conductive magnesium alloy and its preparation method

The invention belongs to the field of metal magnesium alloy materials, in particular to a Mg Zn Sn Al Mn high thermal conductivity of magnesium alloy and its preparation method. The content of magnesium alloy is: Zn is 3 ~ 6wt.%, Sn is 1 ~ 4wt.%, Al is 0.1 ~ 1.0wt.%, Mn is 0.1 ~ 0.5wt.%, the rest is Mg and unavoidable impurity element, impurity element is <, 0.05wt.%. The iron crucible Mg when pure magnesium melt after adding successively preheated pure metal Zn, Sn, Al and Mg 10wt.%Mn intermediate alloy alloy, through the metal mold or semi continuous casting mould cast into ingot or billet deformation. The thermal conductivity of the high heat conducting magnesium alloy at 25 C is 120W. (M. K) in the casting and the deformed products.

【技术实现步骤摘要】
一种高导热镁合金及其制备方法
本专利技术属于金属材料镁合金领域，具体涉及一种Mg-Zn-Sn-Al-Mn高导热镁合金及其制备方法。
技术介绍
大功率LED设备、大型通讯基站及航空航天中电源、电子器件等的散热系统结构材料，既需要有优良的导热性能，还必须有密度小、强度高的特点。因此，选择具有优良的导热性能及机械性能的结构材料，显得极为重要。镁合金作为实际应用中最轻的金属结构材料，具有比强度、比刚度高、导热性能好等特点。常温下，纯镁的热导率为155W·(m·K)-1，但强度低，只有90MPa左右，不能满足力学性能的要求。而通过添加合金元素提高合金强度后，其导热性能又显著下降，目前除部分添加贵重稀土或银的镁合金外，导热率普遍低于100W·(m·K)-1。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高导热镁合金及其制备方法，该合金强度和导热率都比较高，能够满足国防、电子、通讯等领域的需求。本专利技术的技术方案如下：一种高导热镁合金，该镁合金的成分含量为：Zn为3～6wt.％，Sn为1～4wt.％，Al为0.1～1.0wt.％，Mn为0.1～0.5wt.％，其余为Mg和不可避免的杂质元素，杂质元素含量&lt;0.05wt.％。所述的高导热镁合金，该镁合金的铸态性能：屈服强度≥100MPa，抗拉强度≥200MPa，延伸率≥7％。所述的高导热镁合金，该镁合金的变形性能：屈服强度≥150MPa，抗拉强度≥250MPa，延伸率≥10％。所述的高导热镁合金，在25℃条件下，铸件和变形产品导热率均在120W·(m·K)-1以上。所述的高导热镁合金的制备方法，按以下步骤进行：(1)用铁坩埚熔炼Mg，熔炼温度为730±5℃，当纯镁全部熔化后，再依次加入预热好的纯金属Zn、Sn、Al和Mg-10wt.％Mn中间合金进行合金化，纯镁熔化和合金化过程均采用混合CO2和SF6作为保护气体，搅拌扒渣并静置5～20分钟后，将合金熔体温度调到700～720℃，采用金属模具或半连续铸造结晶器浇铸，形成铸锭或变形用锭坯；(2)将铸锭放入熔炼炉或压铸熔炉中730±5℃重熔，完全熔化后，700±5℃保温，进行重力铸造或压铸，制成所需铸件；(3)变形用锭坯采用轧制、挤压或者锻造工艺加工成板材、型材或各种锻件后，均匀化处理工艺：335±1℃保温3～5小时，然后升温至440±1℃保温3～5小时，取出温水淬火。所述的高导热镁合金的制备方法，步骤(3)中，合金变形温度为350～380℃。所述的高导热镁合金的制备方法，Zn纯度99.99wt.％以上，Sn纯度99.99wt.％以上，Al纯度99.95wt.％以上。所述的高导热镁合金的制备方法，按体积百分比计，混合CO2和SF6中，CO2占99％，SF6占1％。所述的高导热镁合金的制备方法，温水淬火的水温为30～60℃。本专利技术的优点及有益效果如下：1、本专利技术高导热镁合金，铸造和变形性能都非常优良，其在25℃条件下，铸件和变形产品导热率均在120W·(m·K)-1以上，且合金铸态力学性能：抗拉强度≥200MPa，屈服强度≥100MPa，断后延伸率≥7％；变形性能：抗拉强度≥250MPa，屈服强度≥150MPa，断后延伸率≥10％。本专利技术提供高导热镁合金可应用于国防、电子、通讯等领域，完全能够满足大功率LED设备、大型通讯基站及航空航天中电源、电子器件等的散热系统结构材料性能要求。2、与现有导热镁合金相比，本专利技术具有成本低、适用范围广，力学性能和导热性能都取得显著进步。附图说明图1为高导热镁合金组织照片。图2为高导热镁合金力学性能曲线；其中，横坐标Elongation代表延伸率(％)，纵坐标Tensilestrength代表抗拉强度(MPa)。Cast-1代表铸态试样1，Cast-2代表铸态试样2，Extrusion-1代表挤压态试样1，Extrusion-2代表挤压态试样2。图3为高导热镁合金热导率曲线；其中，Cast代表铸态，Extrusion代表挤压态。具体实施方式在具体实施过程中，本专利技术高导热镁合金的制备方法步骤如下：1)以纯镁锭、纯锌锭、纯锡锭、纯铝锭和镁锰中间合金为原材料，根据合金设计组分含量进行配料，并放入烘干箱中预热至200℃左右。2)用铁坩埚熔炼Mg，熔炼温度为730℃，当纯镁全部熔化后，再依次加入预热好的纯金属Zn、Sn、Al和Mg-10wt.％Mn中间合金进行合金化，保温15～20min，全部熔化后，扒渣并吹入高纯氩气精炼3～5min，静置5～20min，将合金熔体温度调到700～720℃，采用金属模具或半连续铸造结晶器浇铸成铸锭或变形用锭坯。纯镁熔化和合金化过程中，均采用混合CO2和SF6作为保护气体。3)将铸锭放入熔炼炉或压铸熔炉中730℃重熔，完全熔化后，700℃保温，进行重力铸造或压铸，制成所需铸件；4)采用轧制、挤压或者锻造工艺将变形用锭坯加工成板材、型材或各种锻件，均匀化处理工艺：335±1℃保温4小时，然后升温至440±1℃保温4小时，取出温水淬火。合金变形温度为350～380℃。该镁合金的铸态性能指标为：屈服强度100～150MPa，抗拉强度200～250MPa，延伸率7～20％。该镁合金的变形性能：屈服强度150～200MPa，抗拉强度250～300MPa，延伸率10～20％。在25℃条件下，铸件和变形产品导热率120～150W·(m·K)-1。下面结合具体实施例对本专利技术进行详细描述。实施例1本实施例中，高导热镁合金各组分及其重量百分比为：4.0％Zn、2.5％Sn、1.0％Al、0.5％Mn，其余为Mg和不可避免的杂质元素，杂质元素含量&lt;0.05％。本实施例中，高导热镁合金的制备方法如下：(1)配料：原料采用金属Mg、金属Zn、金属Sn、金属Al和Mg-10wt.％Mn中间合金，合金各组分及其重量百分比为：4.0％Zn、2.5％Sn、1.0％Al、0.5％Mn，其余为Mg；(2)熔炼：采用铁坩埚，在电阻炉中熔炼，控制熔炼温度为730℃，采用CO2和SF6混合作为保护气体(按体积百分比计，99％CO2+1％SF6)，原料在200℃预热，首先加入金属Mg，金属Mg全部熔化后，加入Mg-Mn中间合金，熔炼15分钟，最后加入金属Zn、Sn和Al，熔炼10分钟，得到合金熔体；(3)浇注：将得到的合金熔体吹气(高纯氩)搅拌2～3分钟，扒渣并静置10～15分钟后，温度调到700℃快速平稳浇注，得到铸锭；本实施例制备获得的铸态Mg-4.0Zn-2.5Sn-1.0Al-0.5Mn镁合金屈服强度为120.0MPa，抗拉强度为220.0MPa，延伸率为18％，导热率为122W·(m·K)-1。实施例2本实施例中，高导热镁合金各组分及其重量百分比为：3.5％Zn、2.0％Sn、0.8％Al、0.3％Mn，其余为Mg和不可避免的杂质元素，杂质元素含量&lt;0.05％。本实施例中，高导热镁合金的制备方法如下：(1)配料：原料采用金属Mg、金属Zn、金属Sn、金属Al和Mg-10wt.％Mn中间合金，合金各组分及其重量百分比为：3.5％Zn、2.0％Sn、0.8％Al、0.3％Mn，其余为Mg；(2)熔炼：采用铁坩埚，在电阻炉中熔炼，控制熔炼温度为730℃，采用CO2和S本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高导热镁合金，其特征在于，该镁合金的成分含量为：Zn为3～6wt.％，Sn为1～4wt.％，Al为0.1～1.0wt.％，Mn为0.1～0.5wt.％，其余为Mg和不可避免的杂质元素，杂质元素含量<0.05wt.％。

【技术特征摘要】
1.一种高导热镁合金，其特征在于，该镁合金的成分含量为：Zn为3～6wt.％，Sn为1～4wt.％，Al为0.1～1.0wt.％，Mn为0.1～0.5wt.％，其余为Mg和不可避免的杂质元素，杂质元素含量&lt;0.05wt.％。2.按照权利要求1所述的高导热镁合金，其特征在于，该镁合金的铸态性能：屈服强度≥100MPa，抗拉强度≥200MPa，延伸率≥7％。3.按照权利要求1所述的高导热镁合金，其特征在于，该镁合金的变形性能：屈服强度≥150MPa，抗拉强度≥250MPa，延伸率≥10％。4.按照权利要求1所述的高导热镁合金，其特征在于，在25℃条件下，铸件和变形产品导热率均在120W·(m·K)-1以上。5.一种权利要求1所述的高导热镁合金的制备方法，其特征在于，按以下步骤进行：(1)用铁坩埚熔炼Mg，熔炼温度为730±5℃，当纯镁全部熔化后，再依次加入预热好的纯金属Zn、Sn、Al和Mg-10wt.％Mn中间合金进行合金化，纯镁熔化和合金化过程均采用混合CO2和SF6作为...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗天骄，杨院生，崔杰，王聪，朱绍珍，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁,21