一种导热抗疲劳的镁合金及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种导热抗疲劳的镁合金及其制备方法，其解决了现有的镁合金导热性能差和强度低的技术问题，其设有由以下重量百分比的成分组成：Zn 2～7％，Sn 0.2～5％，Mn 0.2～1％，其余量为Mg，镁合金的导热率为105～140W.(m.K)

【技术实现步骤摘要】
一种导热抗疲劳的镁合金及其制备方法


[0001]本申请属于工业用镁合金
，更具体地说，是涉及一种导热抗疲劳的镁合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]航空航天中的电源、电子器件的散热系统结构材料、轿车轮毂以及电动车的电池托盘等关键承力结构件用材料，既要求密度小、抗疲劳性能好(即断裂韧性高)，同时还必须具有高导热性能。构件材料热导率越高，将系统自身产生的热量导出能力越强，减小系统温度波动幅度和构件在热载荷作用下的变形，对于提高航天器系统和电动车的电池系统的可靠性、寿命和有效载荷以及降低轮胎爆胎风险具有重要作用。另外，高导热镁合金在笔记本电脑、手机等壳体及其散热器、LED照明散热材料等领域同样具有广泛的应用前景。因此，高强度、高导热镁合金具有重要的应用背景。
[0003]纯镁的导热系数为155W.(m.K)
‑1，断裂韧性大约为5MPa.m
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，抗拉强度大约为10MPa左右；合金化后，断裂韧性、强度大幅度提高，导热系数显著降低。例如根据美国镁及合金手册(ASMSpecialty Handbook：MagneSnum and magneSnum Alloys)，含铝、锌的镁合金AZ81，其抗拉强度为375Mpa、20℃时的导热系数为51W.(m.K)
‑1；稀土镁合金WE43，其抗拉强度可达270Mpa、20℃时的导热系数为51W.(m.K)
‑1；含锌、稀土的镁合金ZE41，其抗拉强度可达265Mpa、20℃时的导热系数为123W.(m.K)
‑1；含锌、铜的镁合金ZC63，其抗拉强度为210Mpa、20℃时的导热系数为122W.(m.K)
‑1；含银、稀土的镁合金QE22，其抗拉强度为260Mpa、20℃时的导热系数为113W.(m.K)
‑1。
[0004]目前已有的镁合金，导热率高的比如ZE41、QE22，其断裂韧性都小于12MPa.m
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、强度都小于275Mpa；而断裂韧性和强度较高的比如AZ81、WE43，其导热率都小于55W.(m.K)
‑1。

技术实现思路

[0005]本专利技术就是为了解决上述
技术介绍
的不足，提供了一种导热率、抗疲劳性能和强度都比较高的镁合金及其制备方法。
[0006]为此，本专利技术提供了一种导热抗疲劳的镁合金，由以下重量百分比的成分组成：Zn 2～7％，Sn 0.2～5％，Mn 0.2～1％，其余量为Mg，镁合金的导热率为105～140W.(m.K)
‑1，，断裂韧性为12～20MPa.m
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。
[0007]优选的，镁合金有以下重量百分比组成：Zn 3.5～5.5％，Sn 0.5～3％，Mn 0.5～0.8％，其余量为Mg。
[0008]优选的，镁合金含有MgZn相、αMg2Sn相和β
‑
Mn固溶体相。
[0009]锌是一种银灰色的过渡族金属，和基体金属镁一样是密排六方结构，而且锌的原子半径为1.534，镁的原子半径为1.598，在镁合金的所有合金元素中是相差最小，因此锌作为镁合金的合金元素，对于基体金属镁的晶格畸变程度是最小的。世界上锌的全部消费中大约有一半用于镀锌，约10％用于黄铜和青铜，不到10％用于锌基合金，约7.5％用于化学
制品，约13％用于制造干电池，以锌饼、锌板形式出现。锌具有适用的机械性能。锌本身的强度和硬度不高，但加入铝、铜等合金元素后，锌合金的强度和硬度均大为提高，犹其是锌铜钛合金的出现，其综合机械性能已接近或达到铝合金、黄铜、灰铸铁的水平，其抗蠕变性能也大幅度被提高。锌合金已被广泛应用于汽车、机械、建筑、部分电气设备、家用电器、玩具以及小五金生产中，主要为压铸件。许多锌合金的加工性能都比较优良，道次加工率可达60％
‑
80％。中压性能优越，可进行深拉延，并具有自润滑性，延长了模具寿命，可用钎焊或电阻焊或电弧焊进行焊接，表面可进行电镀、涂漆处理，切削加工性能良好。此外，锌具有良好的抗电磁场性能。锌的导电率是标准电工铜的29％，锌板是一种非常有效的屏蔽材料，同时由于锌是非磁性的，适合做仪器仪表零件的材料及仪表壳体及钱币，同时，锌自身及与其他金属碰撞不会发生火花，适合作井下防爆器材。
[0010]图1是Mg
‑
Zn二元相图，通过分析Mg
‑
Zn二元相图发现元素Zn在Mg中的最大固溶度在约340℃时高达6.2wt％，并且随着温度降低显著减小，在室温时约为1.5wt％，脱溶生成的金属间化合物MgZn相具有较好的强化作用。在金属镁中添加2～7wt％Zn是为了保证该镁合金最大限度地保留高的导热率基础上，同时通过铸造成形或变形加工及热处理后具有较高的室温强度，使该合金满足航空航天中的电源、电子器件的散热系统、轿车轮毂以及电动车的电池托盘等关键承力结构件用材料以及在笔记本电脑、手机等壳体及其散热器、LED照明散热材料等领域的应用要求。
[0011]锡是一种有银白色光泽的低熔点金属，不易被空气氧化，元素符号Sn，碳族元素，原子序数50，原子量118.71。金属锡柔软，易弯曲，熔点231.89℃，沸点2260℃。有三种同素异形体，分别为：白锡为四方晶系，晶胞参数a＝0.5832nm、c＝0.3181nm，晶胞中含4个Sn原子，密度7.28克/立方厘米，硬度2，延展性好；灰锡为金刚石形立方晶系，晶胞参数a＝0.6489nm，晶胞中含8个Sn原子，密度5.75克/立方厘米；脆锡为正交晶系，密度6.54克/立方厘米。锡的化学性质很稳定，在常温下不易被氧气氧化，所以它经常保持银闪闪的光泽，在空气中锡的表面生成二氧化锡保护膜而稳定，随着温度升高氧化反应加快。锡很柔软，用小刀能切开它。锡在常温下富有展性，特别是在100℃时，它的展性非常好，可以展成极薄的锡箔。平常，人们便用锡箔包装香烟、糖果，以防受潮。
[0012]图2是Mg
‑
Sn二元相图，通过分析Mg
‑
Sn二元相图发现元素Sn在Mg中的最大固溶度在约561℃时高达14.48wt％，并且随着温度降低迅速减小，在室温时几乎为零，脱溶生成的金属间化合物αMg2Sn相具有很高的高温稳定性。在金属镁中添加0.2
‑
5wt％Sn是为了保证在125℃以上还具有较高的抗蠕变性能，使该合金满足航空航天中的电源、电子器件的散热系统、轿车轮毂以及电动车的电池托盘等关键承力结构件用材料以及在笔记本电脑、手机等壳体及其散热器、LED照明散热材料等领域的应用要求。
[0013]金属锰，元素符号Mn，元素原子量54.94，VIIB族元素。银白色金属，质坚而脆。属于比较活泼的金属，加热时能和氧气化合，易溶于稀酸生成二价锰盐。密度7.44克/立方厘米，熔点1244℃。在固态时有四种同素异形体存在，即α锰(体心立方)、β锰(立方体)、γ锰(面心立方)，δ锰(体心立方)。体积弹性模量120(GPa)，热容26.32J/(mol
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K)。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种导热抗疲劳的镁合金，其特征是，由以下重量百分比的成分组成：Zn 2～7％，Sn 0.2～5％，Mn 0.2～1％，其余量为Mg，所述镁合金的导热率为105～140W.(m.K)
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1，
，断裂韧性为12～20MPa.m
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。2.根据权利要求1所述的导热抗疲劳的镁合金，其特征在于，所述镁合金有以下重量百分比组成：Zn 3.5～5.5％，Sn 0.5～3％，Mn 0.5～0.8％，其余量为Mg。3.根据权利要求1所述的导热抗疲劳的镁合金，其特征在于，所述镁合金含有MgZn相、αMg2Sn相和β
‑
Mn固溶体相。4.一种如权利要求1所述的导热抗疲劳的镁合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)原料准备：以纯镁锭作为镁合金中的镁元素的原料，以纯Zn锭作为镁合金中的锌元素的原料，以纯Sn锭作为镁合金中的锡元素的原料，以Mg
‑
Mn中间合金为镁合金中的锰元素的原料，按照镁合金的成分的重量百分比称取；(2)纯镁锭熔化：将所述步骤(1)中称取的纯镁锭以紧密的方式码放在熔化炉的熔化坩埚中，在保护气体或者2号溶剂或者炼镁覆盖剂的保护下完全熔化，温度控制在680～830℃，将熔液表面的浮渣清理干净，向熔液表面均匀撒上2号熔剂或者炼镁覆盖剂，得到镁熔液；(3)添加合金元素Zn、Sn和Mn：将预热后的纯Zn锭、纯Sn锭和Mg
‑
Mn中间合金锭没入所述步骤(2)中的镁熔液中，加热、保温，浇铸光谱试样，进行炉前分析，加料调整直至镁合金的成分的重量百分比为Zn 2～7％，Sn 0.2～5％，Mn 0.2～1％，其余量为Mg，得到镁合金熔液；(4)浇铸成形：将所述步...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱训明，刘旦，孟祥鋆，徐国松，王建，段军鹏，
申请(专利权)人：威海万丰镁业科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：