抗高溫蠕變高導(dǎo)熱大功率led鎂合金散熱器及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種LED鎂合金散熱器，特別是涉及一種抗高溫蠕變高導(dǎo)熱大功率LED鎂合金散熱器及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]LED (Light Emitting D1de)發(fā)光二極管作為“第四代光源”在照明領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，但由于電能轉(zhuǎn)換為光能過程中的熱能產(chǎn)出集中，若產(chǎn)生的熱能不能及時有效地輸出，長時間高溫工作會造成LED芯片發(fā)光效率下降、使用壽命縮短及熒光粉轉(zhuǎn)換光的能力衰退而導(dǎo)致色溫漂移等問題。因此LED燈具的散熱問題成為LED照明領(lǐng)域關(guān)注的焦點，照明燈具的大功率化發(fā)展趨勢更加劇了以上問題的影響。鎂合金作為良好的導(dǎo)熱材料，其密度小、比強度高等優(yōu)點能夠滿足大功率化LED照明燈具散熱器輕質(zhì)、美觀的要求。
[0003]大功率照明燈具工作溫度高(大于100°C)，鎂合金散熱器需要有較強的高溫抗蠕變性能。為滿足大功率LED散熱器的應(yīng)用需求，導(dǎo)熱性能也是制約LED鎂合金散熱器應(yīng)用的重要因素。因此，開發(fā)兼具良好力學(xué)性能和導(dǎo)熱性能LED鎂合金散熱器有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]綜上所述，針對以上不足，本發(fā)明的目的是提供一種抗高溫蠕變高導(dǎo)熱大功率LED鎂合金散熱器及其制備方發(fā)法，解決常用鎂合金散熱器韌性低、加工易開裂、高溫抗蠕變性能低的問題，使LED鎂合金散熱器兼顧力學(xué)性能和導(dǎo)熱性能的需求。
[0005]為了達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
一種抗高溫蠕變高導(dǎo)熱大功率LED鎂合金散熱器，其組分質(zhì)量百分比為:A12.5-3.5%，Zn0.4-1.3%，Sr0.4-2%, Sn0.2-3%, B0.1-1%, Mn0.1-0.8%，其余為 Mg。
[0006]一種抗高溫蠕變高導(dǎo)熱大功率LED鎂合金散熱器及其制備方發(fā)法，包括如下步驟:
第一步，爐料準備及爐料和模具預(yù)熱:
爐料準備:把純鎂錠、純鋁錠、純鋅錠、純錫錠、Mg-25Sr中間合金、純B塊或A1-3B中間合金、Mg-4Mn 中間合金做為原料，按 A12.5-3.5%，Zn0.4-1.3%，Sr0.4-2%, Sn0.2-3%,B0.1-1%, Mn0.1-0.8%，其余為Mg的元素質(zhì)量百分比進行配制爐料；
爐料預(yù)熱和模具預(yù)熱:先將配好的爐料置于200°C的烘干箱中預(yù)熱30min~45min ;然后把采用的金屬型模具置于電阻爐中，用200°C預(yù)熱30min~60min。
第二步，熔煉和精煉:
熔煉:先將坩禍置于井式電阻爐中預(yù)熱至450°C~50(TC，在坩禍底部及內(nèi)壁撒上一層覆蓋劑；
依次加入經(jīng)過預(yù)熱的純鎂錠和純鋁錠，并在熔錠表面撒上一層覆蓋劑；
然后把電阻爐溫度升至740 V ~760°C，待純鎂錠和純鋁錠全部熔化后，充分攪拌30-45分鐘，再加入經(jīng)過預(yù)熱的純鋅錠，攪拌30~45分鐘至完全熔化，并在熔液表面撒上一層覆蓋劑，靜置10~15分鐘；
再把熔液溫度升高到770V -7900C，加入經(jīng)過預(yù)熱的純錫錠和純B塊或A1-3B中間合金并攪拌30~45分鐘，待其熔化后，靜置10~15分鐘，然后降溫到760V -780 °C，加入經(jīng)過預(yù)熱的Mg-25Sr中間合金，充分攪拌30~45分鐘后再靜置10~15分鐘，并在恪液表面撒上一層覆蓋劑；
維持溫度不變加入經(jīng)過預(yù)熱的Mg-4Mn中間合金錠，攪拌30~45分鐘待其熔化并在熔液表面撒上一層覆蓋劑靜置15~20分鐘；
精煉:將熔煉好的合金表面浮渣清理，把熔液溫度降至720V ~730°C，加入精煉劑進行精煉；精煉劑分3次加入，每次均加入為合金質(zhì)量的1%，上下攪動精煉15~30分鐘直至液面呈光亮鏡面為止，每次精煉后靜置5~10分鐘；將精煉好的合金澆注成棒料，車去棒料外皮，加工成長度為650mm的Φ 200mm或Φ95mm棒還；
第三步，均勻化處理和擠壓成型:
將棒坯置于電阻爐中加熱到420°C ~450°C，保溫8~10h，進行均勻化處理；然后從熱處理爐中取出均勻化處理后的棒坯在擠壓機上擠壓成型，擠壓成所需截面形狀的散熱器型材；擠壓過程中擠壓筒溫度為400°C ~440°C，擠壓速度5~15mm/s ；
第四步，擠壓后人工時效:
將擠壓后的LED散熱器型材，鋸切成段，每段長l~2m，置于熱處理爐內(nèi)加熱到1800C ~240°C，進行6~8h人工時效即為抗高溫蠕變高導(dǎo)熱大功率LED鎂合金散熱器。
[0007]進一步，所述的覆蓋劑為RJ-2熔劑，熔劑主要成分質(zhì)量百分比為:MgCl238~46%，KCl32-40%, BaCl25~8%, CaF23~5%。
[0008]進一步，所述的精煉劑為RJ-6熔劑，熔劑主要成分質(zhì)量百分比為:KC154~56%，BaCl214~16%, CaF2L 5-2.5%，CaCl227~29%。
[0009]本發(fā)明的有益效果:
1、本發(fā)明采用的Sr元素和B元素加入Mg-Al系列合金中，能分別與Al發(fā)生反應(yīng)生成Al4Sr相、AlB2相及MgAlSr三元相等高熔點相，一方面高熔點相作為異質(zhì)形核核心使晶粒細化，且使其中的Mg17Al12低熔點相數(shù)量減少，并由連續(xù)或半連續(xù)網(wǎng)狀分布轉(zhuǎn)變?yōu)轭w粒狀分布，提高合金的力學(xué)性能；另一方面高熔點相的存在使合金具有足夠的高溫抗蠕變性能和抗疲勞性能，滿足高溫服役的要求。Sr元素和B元素同時添加能夠發(fā)揮復(fù)合細化的效果，且Sr和B均與Al反應(yīng)生成第二相析出，降低了基體中的含鋁量進而提高合金的熱傳導(dǎo)性能。
[0010]2、本發(fā)明采用的Sn元素和Sr元素在鎂基體中的溶解度很低，Sn在200°C時在鎂中的溶解度為0.45%，而Sr室溫下在鎂基體中的溶解度為0.11%，因此基體中固溶元素對熱傳導(dǎo)性能的影響很小。Sn元素加入后與Mg生產(chǎn)的Mg2Sn同樣是高熔點化合物，能夠在凝固過程中使晶粒細化且在高溫下穩(wěn)定；另外Mg2Sn彌散分布時對α -Mg基體起強化作用，有效抑制MgZn離異共晶體的形成。Mn元素容易與雜質(zhì)元素結(jié)合從而凈化熔液提高合金力學(xué)、耐腐蝕性能。
[0011]3、本發(fā)明的制備方采用的均勻化退火工藝能夠改善合金凝固過程中的成分不均勻性，降低合金的變形抗力，有利于變形加工的進行。鎂合金熱擠壓成型后，由于快速冷卻和進行大的變形，型材中尚存在較大的熱應(yīng)力和形變應(yīng)力，使得后期加工和安裝過程中易出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。進行人工時效處理后，形變應(yīng)力和熱應(yīng)力得到釋放，第二相析出，使合金的塑性和韌性得到提高，且合金中的第二相析出，降低固溶元素對合金的導(dǎo)熱性能的影響，使合金的導(dǎo)熱系數(shù)得到提高。
[0012]【具體實施方式】:
下面結(jié)合具體實施例進一步闡述本發(fā)明:
實施例1:
抗高溫蠕變高導(dǎo)熱大功率LED鎂合金散熱器，其制備方法如下:
以Mg-2.5A1-0.4Zn-0.4Sr_0.2Sn_0.1B合金，加工橫截面較小的散熱器為例:
第一步，爐料準備及爐料和模具預(yù)熱
爐料準備:以純鎂錠、純鋁錠、純鋅錠、純錫錠、Mg-25Sr中間合金、A1-3B中間合金、Mg-4Mn 中間合金為原料，按質(zhì)量百分比 2.5%A1、0.4%Zn、0.4%Sr、0.2%Sn、0.1%B、0.l%Mn，其余為Mg。進行配制爐料；
爐料和模具預(yù)熱:將配好的爐料置于200°C的烘干箱中烘干30min ;采用金屬型模具，并將模具置于電阻爐中200°C預(yù)熱30min。
[0013]第二步，熔煉和精煉:
熔煉:將坩禍置于井式電阻爐中預(yù)熱至450°C，在坩禍底部及內(nèi)壁撒上一層覆蓋劑，然后依次加入經(jīng)過預(yù)熱的純鎂錠和純鋁錠，并在熔錠表面撒上一層覆蓋劑；
將電阻爐溫度升至740 °C，待純鎂錠和純鋁錠全部熔化，充分攪拌30分鐘，然后加入經(jīng)過預(yù)熱的純鋅錠，加入后攪拌30分鐘至完全熔化，并在熔液表面撒上一層覆蓋劑，靜置15分鐘；
再將熔液溫度升高到770°C，加入經(jīng)過預(yù)熱的純錫錠和A1-3B中間合金并攪拌45分鐘，待其熔化后，靜置15分鐘，然后降溫到760V，加入經(jīng)過預(yù)熱的Mg-25Sr中間合金，充分攪拌30分鐘后再靜置15分鐘，并在熔液表面撒上一層覆蓋劑；
維持溫度不變加入經(jīng)過預(yù)熱的Mg-4Mn中間合金錠，攪拌30分鐘待其熔化并在熔液表面撒上一層覆蓋劑靜置15分鐘；
精煉:將熔煉好的合金表面浮渣清理，把熔液溫度降至730°C，加入精煉劑進行精煉，精煉劑分3次加入，每次均加入合金質(zhì)量的1%，上下攪動精煉15分鐘直至液面呈光亮鏡面為止；每次精煉后靜置5分鐘；將精煉好的合金澆注成棒料；將制得的棒料車去外皮，加工成長度為650mm的Φ95ι?πι棒還。
[0014]第三步，均勻化處理和擠壓成型
將棒坯置于電阻爐中加熱到440°C，保溫8h，進行均勻化處理；然后從熱處理爐中取出均勻化處理后的棒坯在擠壓機上擠壓成型，擠壓成所需截面形狀的散熱器型材。從熱處理爐中取出加熱后的棒坯要及時進行擠壓，以免棒材溫度下降過多影響擠壓。擠壓過程中擠壓筒溫度為400 °C，擠壓速度13mm/s。
[0015]第四步，人工時效處理
將擠壓后的LED散熱器型材，鋸切成段，每段長l~2m，置于熱處理爐內(nèi)加熱到220°C，進行6h人工時效即為抗高溫蠕變高導(dǎo)熱大功率LED鎂合金散熱器。
[0016]經(jīng)測試，所得的鎂合金散熱器的導(dǎo)熱系數(shù)為135W/mK，硬度為49.3Hv，在120°C溫度下10h產(chǎn)生1%變形量的蠕變強度為75MPa。
[0017]實施例2: 抗高溫蠕變高導(dǎo)熱大功率LED鎂合金散熱器，其制備方法如下:
以Mg-3Al-lZn-lSr-2Sn-0.5B合金，加工橫截面較大的散熱器為例:
第一步，爐料準備及爐料和模具預(yù)熱:
爐料準備:以純鎂錠、純鋁錠、純鋅錠、純錫錠、Mg-25Sr中間合金、純B