一种超高导热压铸镁合金及其制备方法技术

本发明专利技术属于有色金属领域，具体涉及一种超高导热压铸镁合金及其制备方法。其成分为：Si：0.5～4wt.％，Sn：0.3～3wt.％，Ca：0.2～1wt.％，杂质总含量小于0.15wt.％，余量为Mg。包括的步骤为：(1)合金熔炼：对原料在真空干燥箱加热至110℃下预热；通入SF6和CO2混合气体。按成分配比合金加入坩埚，获得合金熔体；在730℃静置保温30min。(2)精炼除杂：升温至740℃，使用RJ

【技术实现步骤摘要】
一种超高导热压铸镁合金及其制备方法


[0001]本专利技术属于有色金属领域，具体涉及一种超高导热压铸镁合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着航空航天、武器装备、汽车、电子通讯等领域的发展，高集成、轻量化的需求不断提升，对构件散热提出更高要求，迫切需要开发轻量化、高热导率(κ)的材料。目前散热构件主要是铝(～237W/(m
·
K))、铜(～401W/(m
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K))及合金。镁导热系数(～156W/(m
·
K))导热系数稍低，但比强高，是最佳的轻量化材料。被认为是铝构件的热门替代材料，特别是在轻量化程度高需求度的电子通讯领域[镁及其合金导热研究进展.金属学报，2022，58(04)：400
‑
411]。常用镁合金的导热系数与铝合金比还有明显差距，因此，导热系数＞125W/(m
·
K)的高强高导热镁合金材料开发是未来导热镁合金发展的主流方向[我国先进镁合金材料产业2035发展战略研究.中国工程科学，2020，22(05)：76
‑
83]。目前散热材料及其构件已达到千亿市场规模，预计到2025年同类散热件镁替代率超过10％，其市场潜力巨大(《2022
‑
2028全球与中国高导热镁合金市场现状及未来发展趋势》，恒州博智)。
[0003]商业导热镁合金多为变形镁合金[GB/T 38714
‑‑
2020高导热镁合金型材]。如：Mg
‑
Zn系列中Mg<br/>‑
2Zn
‑
Zr(热导率为132.1W/(m
·
K)、抗拉强度达279MP)需经过643K/12h固溶
→
673K轧制
→
673K/1h退火
→
693K/4h+448K/24h时效，其时效和变形处理工艺较为繁琐。再如：Mg
‑
Mn系列中Mg
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0.5Mn
‑
0.3Ce，制备工艺：T4(693K/12h)+挤压(673K)，其室温热导率达126.9W/(m
·
K)、抗拉强度达320.9MPa。导热变形镁合金市场多集中于对导热和强度均具有较高要求的5G基站、车用构件[2022年镁合金行业市场规模及发展前景趋势分析，中研普华]。商用铸造镁合金导热系数低，如Mg
‑
A1系列合金导热性能仅为80W/(m
·
K)，Mg
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RE系列导热系数～50W/(m
·
K)，无法直接用于散热构件。通过添加多种合金元素，Mg
‑
A1合金可达到110W/(mK)、抗拉强度大于220MPa，如Mg
‑
3A1
‑
3Ce
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0.25Mn
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1.55La
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0.6Zn
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0.15Ca压铸试样[一种汽车逆变器壳体用高导热压铸镁合金，CN109136699B]；其合金成分过于复杂，制备难度大。Mg
‑
RE系列通过添加合金元素可提升至～100W/(m
·
K)，Mg
‑
4Sm
‑
(0.5～2.64)
‑
Al[一种含有高固溶度稀土元素的高导热镁合金及其制备方法CN114351022A]，导热为80～135W/(m
·
K)，未见力学性能指标。现有文献报道Mg
‑
4Sm
‑
Al
‑
0.3Mn铸态合金抗拉强度仅为105MPa，可见Mg
‑
4Sm
‑
A1体系强度损失较大，且成本较高[铸态和挤压态Mg
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4Sm
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Al
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0.3Mn
‑
xZn合金微观组织和力学性能研究.材料导报，2019，33(08)：1354
‑
1360]。近期文献报道Mg
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2Sn
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2.3La铸造镁合金，其导热系数达到149W/(m
·
K)，但未见力学性能指标[Microstructure evolution and improvement of thermal conductivity in Mg
‑
2Sn alloy induced by La addition.Journal of Materials Research and Technology，2022，17：1380
‑
1389]，现有文献报道Mg
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2.3Sn
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2La铸态合金抗拉强度仅为134MPa，可见Mg
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Sn
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La体系同样强度损失较大[铸态Mg
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xSn
‑
2La合金的组织与性能[J].特种铸造及有色合金，2009，29(03)：266
‑
269+194
‑
195]。

技术实现思路

[0004]本专利技术提出超高导热铸态镁合金，其成分为Mg
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Si
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Sn
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Ca四元合金，其导热系数130～145W/(m
·
K)，抗拉强度＞110MPa。可应用手机散热件、汽车电池散热模组、汽车仪表支架等非承重性散热构件。
[0005]其成分为：Si：0.5～4wt.％，Sn：0.3～3wt.％，Ca：0.2～1wt.％，总杂质含量之和小于0.15wt.％，余量为Mg。
[0006]进一步地，为减少Si形成粗大的Mg2Si相，控制Si与Ca原子比在2.8～4之间，促进Si以细小的CaMgSi相析出。
[0007]进一步地，本专利技术超高导热压铸镁合金，所述Si的含量优选为0.8～2.5wt.％，Sn的含量优选为0.5～1.5wt.％。
[0008]其压铸镁过程为以下步骤：
[0009](1)合金熔炼：对原料在真空干燥箱加热至110℃下预热；加热坩埚至400℃，通入SF6和CO2混合气体，SF6体积比为0.3～0.6％，余量为CO2气体。撒一层助熔剂以防止局部过烧，将纯镁(≥99.5％)放入坩埚均匀加热至660℃以上充分熔化；继续升温至750℃，按成分配比加入纯Sn(≥99.9％)、纯Si(≥99.9％)、Mg
‑
10Ca中间合金加入坩埚，获得合金熔体；在730℃静置保温30min。
[0010](2)精炼除杂：升温至740℃，使用RJ
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5号精炼剂，并通入氩气精炼，保持熔体氢含量达到0.1mL/100g以下，机械搅拌5min后进行扒渣，得合金熔体。
[0011](3)压铸：将合金熔体转移至压铸件熔炉，在670～69本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超高导热压铸镁合金，其特征在于，其成分为：Si：0.5～4wt.％，Sn：0.3～3wt.％，Ca：0.2～1wt.％，总杂质量小于0.15wt.％，余量为Mg。2.根据权利要求1所述的一种超高导热压铸镁合金，其特征在于，所述Si与Ca原子比控制在2.8～4之间。3.根据权利要求1所述的一种超高导热压铸镁合金，其特征在于，所述Si的含量为0.8～2.5wt.％，Sn的含量为0.5～1.5wt.％。4.一种超高导热压铸镁合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)合金熔炼：对原料在真空干燥箱加热至110℃下预热；加热坩埚至400℃，通入SF6和CO2混合气体，SF6体积比为0.3～0.6％，余量为CO2气体；撒一层助熔剂以防止局部过烧，将纯镁放入坩埚均匀加热至660℃以上充分熔化；继续升温至7...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘勇，张永，罗岚，习方旭，王佳威，
申请(专利权)人：南昌大学，
类型：发明
国别省市：