一种低成本高导热超高塑性镁合金及其制备方法技术

技术编号:24343580 阅读:30 留言:0更新日期:2020-06-03 00:21
本发明专利技术公开了一种低成本高导热超高塑性镁合金及其制备方法,属于镁合金材料技术领域。其化学元素组成质量百分含量包括:Zn 3.0~6%、Mn 0.25~0.65%、Ca 0.15~0655%、La 0.05~0.45%,其余为Mg和不可避免杂质,杂质总含量<=0.15%。本发明专利技术的低成本高导热超高塑性镁合金通过合理经济的成分设计,即避免采用较为昂贵的稀土合金元素进行添加,在生产过程中,优化压铸工艺,以提高镁合金的综合力学性能和压铸性能,改善镁合金的导热率。具有较高的抗拉强度、屈强强度、高导性能和高延展性。

A kind of low cost and high heat conduction super high plasticity magnesium alloy and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种低成本高导热超高塑性镁合金及其制备方法
本专利技术涉及镁合金材料
,具体涉及一种低成本高导热超高塑性镁合金及其制备方法。
技术介绍
镁合金具有质量轻、比强度和比刚度高以及良好的铸造性能、电磁屏蔽和减震性能等特点,成为当今工业产品应用中增长速率最快的金属材料。在航空航天、汽车、电子产品、国防军事等领域具有重要应用价值和广阔应用前景。随着我国电子技术飞速发展,电子产业的高性能、微型化、集成化发展趋势,使得电子器件的总功率密度和发热量大幅地增加,散热问题越来越突出,尤其是对减重要求敏感的航空航天器件、便携电器和通讯设备、交通工具等产品散热系统的复杂结构件,既要求优良的导热性能,同时还必须具有轻量化、高强度、便宜生产的特点,因此兼顾导热性、力学性能和生产加工性能的轻质导热镁合金材料有着不可替代的作用和重要的应用背景。纯镁室温下的热导率较高,约为157W/m*K,但强度太低,铸态下的拉伸屈服强度约为21MPa。纯镁经过合金化后,其强度显著提高,但导热系数通常明显降低,如现有的商业合金Mg-3Al-1Zn(AZ31)合金的导热系数为78W/m*K、Mg-9Al-1Zn(AZ91)合金的导热系数为55W/m*K、Mg-6Al-0.5Mn(AM60)合金的导热系数为61W/m*K,它们的导热系数都远低于纯镁的导热系数。目前镁合金散热器基本都是采用上述热导率较低的商业镁合金,镁合金的散热效果还远没有充分发挥出来。与铸造镁合金相比,经过挤压、锻造、轧制等塑性成形方法加工的变形镁合金具有更高的强度、更好的延展性,可以满足更多样化结构件的需求。然而,由于镁合金具有密排六方结构,挤压或轧制过程中很容易形成强基面织构,导致镁合金成形性和塑性差,并表现出力学性能各向异性和拉压屈服不对称性,这已成为阻碍变形镁合金大规模应用的瓶颈问题。目前应用最多的商用变形镁合金系主要有AZ、AM、ZK系。AZ和AM系合金,价格便宜,但绝对强度和屈强比均较低,应用受到限制;ZK系合金如ZK60,挤压后屈服强度介于240~250MPa,抗拉强度达到325~340MPa,延伸率介于10~12%,但一般具有较强的变形织构,合金拉压对称性较低。有研究表明,稀土元素的添加,可激发非基面滑移,从而达到弱化变形织构并提高合金性能的目的,然而,仅仅通过添加稀土元素来弱化织构时,如要得到显著效果,所需的稀土含量往往比较高,因而大大增加了合金的成本。鉴于此,亟待开发一种价格低廉、强度高,拉压不对称性低,并具有高的延伸率、优异的挤压变形性能的综合力学性能优良的变形镁合金。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种低成本高导热超高塑性镁合金及其制备方法,制备价格低廉、强度高,拉压不对称性低,并具有高的延伸率、优异的挤压变形性能的综合力学性能优良的变形镁合金。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下:一种低成本高导热超高塑性镁合金,其化学元素组成质量百分含量包括:Zn3.0~6.0%、Mn0.25~0.65%、Ca0.15~0.65%、La0.05~0.45%,其余为Mg和不可避免杂质,杂质总含量小于等于0.15%。进一步地,在本专利技术较佳的实施例中,上述低成本高导热超高塑性镁合金,其化学元素组成质量百分含量包括:Zn3.7~4.2%、Mn0.4~0.5%、Ca0.2~0.4%、La0.15~0.25%,其余为Mg和不可避免杂质,杂质总含量小于等于0.15%。进一步地,在本专利技术较佳的实施例中,上述的低成本高导热超高塑性镁合金,由以下原料制成:Mg-Mn中间合金、Mg-Ca中间合金、Mg-La中间合金、纯Mg和纯Zn。上述的低成本高导热超高塑性镁合金的制备方法,包括以下步骤:将上述原料经预热、熔炼、浇铸、均匀化处理、预塑性变形和挤压成型后制得低成本高导热超高塑性镁合金低成本高导热超高塑性镁合金。进一步地,在本专利技术较佳的实施例中,上述的低成本高导热超高塑性镁合金的制备方法,包括以下步骤:(1)预热:将上述原料:Mg-Mn中间合金、Mg-Ca中间合金、Mg-La中间合金、纯Mg和纯Zn在140~160℃下预热30~60min;(2)熔炼和浇铸:在混合气体保护或溶剂保护下,先将预热后的纯Mg在680~730℃保温全部融化后,再加入预热后的Mg-Mn中间合金、Mg-Ca中间合金、Mg-La中间合金和纯Zn,升温至700~780℃后保温20~40min,待原料完全熔解后,搅拌均匀,并去掉表面浮渣,静置保温20~45min后降温到680~720℃倒入到钢模中浇铸成铸锭;(3)均匀化处理:在混合气体保护下,将浇铸成型的铸锭在320~450℃并保温4~10h后,随炉冷至200℃以下,并去除其表面氧化或污染层;(4)预塑性变形:将经均匀化处理后的铸锭加热后,给予铸锭压缩塑性变形量进行预塑性变形;(5)挤压成型:将经预塑性变形处理后的铸锭去除外层被污染或氧化表皮后,在280~350℃下预热2-4h后,经挤压成型后,空冷至室温,制得低成本高导热超高塑性镁合金。进一步地,在本专利技术较佳的实施例中,按体积百分比计,上述步骤(2)和步骤(3)中混合气体包括CO299~99.5%和SF60.5~1.0%。进一步地,在本专利技术较佳的实施例中,上述步骤(4)预塑性变形步骤包括:将经均匀化处理后的铸锭加热到320~450℃,沿X/Y/Z三个方向分别给予15%-30%的压缩塑性变形。进一步地,在本专利技术较佳的实施例中,上述步骤(4)的预塑性变形还可以为热挤压,其挤压比不小于4。进一步地,在本专利技术较佳的实施例中,上述步骤(5)挤压成型的条件为:挤压速度为0.1~5m/min;挤压比为10:1~90:1。进一步地,在本专利技术较佳的实施例中,上述步骤(5)制得的低成本高导热超高塑性镁合金在半连续铸造和热挤压态的热导率为130~140W/(m·K);在半连续铸造状态,其室温条件下的屈服强度:100~160MPa、抗拉强度:160~250MPa、延伸率:10~16%;在热挤压状态,其室温条件下的屈服强度:180~250MPa、抗拉强度:250~320MPa、延伸率:30~36%。本专利技术具有以下有益效果:本专利技术的低成本高导热超高塑性镁合金通过合理经济的成分设计,即避免采用较为昂贵的稀土合金元素进行添加,在生产过程中,优化压铸工艺,以提高镁合金的综合力学性能和压铸性能,改善镁合金的导热率。具有较高的抗拉强度、屈强强度、高导性能和高延展性。在本专利技术的低成本高导热超高塑性镁合金的制备方法中在挤压成型前进行预塑性变形处理中,加热保温后,合金材料中形成的晶粒由于其足够细小可能出现超塑性,这时通过沿X/Y/Z三个方向分别给予15%-30%的预塑变形量,对其进行挤压变形,其晶界扩散控制的位错蠕变伴随晶界滑移,表现出高塑性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例,因此不应被看作是本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种低成本高导热超高塑性镁合金,其特征在于,其化学元素组成质量百分含量包括:Zn 3.0~6.0%、Mn 0.25~0.65%、Ca 0.15~0.65%、La 0.05~0.45%,其余为Mg和不可避免杂质,杂质总含量小于等于0.15%。/n

【技术特征摘要】
1.一种低成本高导热超高塑性镁合金,其特征在于,其化学元素组成质量百分含量包括:Zn3.0~6.0%、Mn0.25~0.65%、Ca0.15~0.65%、La0.05~0.45%,其余为Mg和不可避免杂质,杂质总含量小于等于0.15%。


2.根据权利要求1所述的低成本高导热超高塑性镁合金,其特征在于,其化学元素组成质量百分含量包括:Zn3.7~4.2%、Mn0.4~0.5%、Ca0.2~0.4%、La0.15~0.25%,其余为Mg和不可避免杂质,杂质总含量小于等于0.15%。


3.根据权利要求1或2所述的低成本高导热超高塑性镁合金,其特征在于,由以下原料制成:Mg-Mn中间合金、Mg-Ca中间合金、Mg-La中间合金、纯Mg和纯Zn。


4.权利要求1-3任一项所述的低成本高导热超高塑性镁合金的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:将上述原料经预热、熔炼、浇铸、均匀化处理、预塑性变形和挤压成型后制得低成本高导热超高塑性镁合金。


5.根据权利要求4所述的低成本高导热超高塑性镁合金的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)预热:将上述原料:Mg-Mn中间合金、Mg-Ca中间合金、Mg-La中间合金、纯Mg和纯Zn在140~160℃下预热30~60min;
(2)熔炼和浇铸:在混合气体保护或溶剂保护下,先将预热后的纯Mg在680~730℃保温全部融化后,再加入预热后的Mg-Mn中间合金、Mg-Ca中间合金、Mg-La中间合金和纯Zn,升温至700~780℃后保温20~40min,待原料完全熔解后,搅拌均匀,并去掉表面浮渣,静置保温20~45min后降温到680~720℃倒入到钢模中浇铸成铸锭;
(3)均匀化处理:在混合气体保护下,将浇铸成型的铸锭在320~...

【专利技术属性】
技术研发人员:郭阳阳任凌宝范玲玲张钰雯茜鲁天惠权高峰
申请(专利权)人:成都天智轻量化科技有限公司
类型:发明
国别省市:四川;51

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