鎂合金及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鎂合金，所述鎂合金按重量百分比計由如下組分組成：Zn，0～0.1％；Sm，2％～4％；Zr，0.1％～0.8％；雜質，0～0.2％；以及余量為Mg。本發(fā)明還公開了一種鎂合金的制備方法。該鎂合金在25℃條件下導熱率大于110W(m.K)?1，具有優(yōu)異的導熱性能，且該鎂合金中僅添加了少量的Sm、Zr和Zn，添加的金屬元素的種類和用量少，成本大幅降低；另外，該鎂合金在25℃條件下抗拉強度為175～230MPa，屈服強度為102～130MPa，延伸率為6％～11％，力學性能良好；鑄件成品率85％～95％，壓鑄性能良好。
【專利說明】
鏌合金及其制備方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明涉及金屬合金領域，尤其涉及一種鎂合金及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 航空航天、汽車和3C產(chǎn)品的散熱材料不僅追求低密度和高強度，而且要求具有良 好的導熱性能。雖然鎂合金密度低、比強度高，但純鎂的室溫導熱系數(shù)為156W(m.K) \僅為 相同條件下純鋁的65.4%。除QE22鎂合金外，目前己有的導熱率高的鎂合金一般為Mg-Zn 系，比如 ZE41、Mg-Zn-Sn、Mg-Zn-Sn-Ca、Mg-Zn-Si 等，其在 20°C室溫下導熱率高達 110W(m. K)、某些Mg-Ca系鎂合金（如Mg-Ca-Sn)在25°C條件下，導熱率大于126. 3W(m. K)、雖 然Zn、Ca元素對純Mg的室溫導熱率影響甚微，導熱性能良好，但以上鎂合金均為變形鎂合 金，制備工藝復雜，成本高，無法得到廣泛應用。
[0003] 常見的商用可壓鑄鎂合金有Mg-Al系和Mg-RE系。Mg-Al系中，AZ91、AM60B和 AZ80的綜合性能良好，得到廣泛運用，但其室溫（20°C)導熱率小于61W(m.K) SMg-RE系中 WE系具有優(yōu)良的力學性能，能進行壓鑄生產(chǎn)，但WE43、WE91和EW75在20°C室溫下的導熱率 均小于51W(m.K) ^雖然可壓鑄鎂合金的壓鑄性能良好，但是導熱性能不好。
[0004] 因此，開發(fā)一種導熱性能良好且成本低的鎂合金顯得尤為重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的主要目的在于提供一種鎂合金，旨在解決現(xiàn)有鎂合金的無法兼具良好的 導熱性能和較低的成本的技術問題。
[0006] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種鎂合金，所述鎂合金按重量百分比計由如下組 分組成：
[0007] Ζη，0 ~0· 1% ;Sm，2%~4% ;Zr，0. 1%~0· 8% ;雜質，0 ~0· 2% ;以及余量為 Mg〇
[0008] 優(yōu)選地，按所述鎂合金的總重量計，所述雜質由如下組分及其重量百分比組成：
[0009] Fe，0 ~0· 005% ;Ni，0 ~0· 002% ;以及 Cu，0 ~0· 03%。
[0010] 優(yōu)選地，所述Zr的含量為0.4%~0.6%。
[0011] 優(yōu)選地，所述鎂合金由如下組分及其重量百分比組成：
[0012] Sm，3 % ;Zr，0· 5 % ;以及 Mg，96. 5 %。
[0013] 優(yōu)選地，所述鎂合金由如下組分及其重量百分比組成：
[0014] Sm，3. 5% ;Zr，0. 6% ;以及 Mg，95. 9%。
[0015] 優(yōu)選地，所述鎂合金由如下組分及其重量百分比組成：
[0016] Sm，2. 5% ;Zr，0. 5% ;Ζη，0· 1% 以及 Mg，96. 9%。
[0017] 此外，為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供一種鎂合金的制備方法，所述鎂合金的制備 方法包括如下步驟：
[0018] 步驟一、提供原料：鎂錠、鋅錠、鎂-釤中間合金和鎂-鋯中間合金，并按照上所述 的鎂合金中組分的重量百分比稱取所述原料；
[0019] 步驟二、將所述鎂錠在NjPSF6混合氣體的保護下加熱至完全熔化，控制鎂熔液 保持在650°C~780°C ;在680°C~750°C的鎂熔液中加入所述鎂-釤中間合金，直至所述 鎂-釤中間合金完全熔化；然后加入所述鋅錠，待所述鋅錠完全熔化后，在750°C~780°C的 熔液中加入所述鎂-鋯中間合金，直至所述鎂-鋯中間合金完全熔化后，調整合金熔液溫度 進行精煉，精煉后即進行壓鑄生產(chǎn)。
[0020] 優(yōu)選地，在所述步驟一之后，所述步驟二之前，所述鎂合金的制備方法還包括步驟 -* ·
[0021] 步驟三、對所述原料進行預熱。
[0022] 優(yōu)選地，所述鎂錠的純度為99. 94%，所述鋅錠的純度為99. 9%。
[0023] 優(yōu)選地，所述鎂-釤中間合金為Mg_25Sm中間合金，所述鎂-鋯中間合金為 Mg-30Zr中間合金，所述Mg-25Sm中間合金和所述Mg-30Zr中間合金的純度為99. 9 %。
[0024] 本發(fā)明的鎂合金在25°C條件下導熱率大于110W(m.K) \具有優(yōu)異的導熱性能，是 制作電子器件結構材料散熱件以及各種散熱片的備選材料，且該鎂合金中僅添加了少量的 Sm、Zr和Zn，添加的金屬元素的種類和用量少，成本大幅降低；另外，該鎂合金在25°C條件 下抗拉強度為175~230MPa，屈服強度為102~130MPa，延伸率為6%~11%，力學性能良 好；鑄件成品率85%~95%，壓鑄性能良好。
【附圖說明】
[0025] 圖1為本發(fā)明實施例1的鎂合金壓鑄試樣的X射線衍射圖；
[0026] 圖2a為本發(fā)明實施例1的鎂合金在澆注溫度為710 °C、高速速度為4m/s以及模具 溫度為180°C時的壓鑄試樣金相組織圖；
[0027] 圖2b為本發(fā)明實施例1的鎂合金在澆注溫度為730 °C、高速速度為4m/s以及模具 溫度為180°C時的壓鑄試樣金相組織圖；
[0028] 圖3為本發(fā)明實施例1的鎂合金壓鑄試樣的力學性能曲線圖。
[0029] 本發(fā)明目的的實現(xiàn)、功能特點及優(yōu)點將結合實施例，參照附圖做進一步說明。
【具體實施方式】
[0030] 應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0031] 本發(fā)明提供一種鎂合金，在一較佳實施例中，該鎂合金按重量百分比計由如下組 分組成：
[0032] Ζη，0 ~0· 1% ;Sm，2%~4% ;Zr，0. 1%~0· 8% ;雜質，0 ~0· 2% ;以及余量為 Mg〇
[0033] 在該較佳實施例的鎂合金中Sm元素形成的Mg41Sm5為該鎂合金第二相的主要物 質，如圖1所示，與A1元素相比，Sm元素不僅對純Mg的室溫熱導率影響不大，還能改善合金 的壓鑄性能；Zr元素由于在純Mg中固溶度較小，且與純Mg具有相同的空間結構，不僅對純 Mg的室溫熱導率影響甚微，還能在鎂合金熔煉中起到變質劑的作用；少量的鋅有助于在合 金表面形成鈍化膜，減弱鐵、鎳等雜質對腐蝕性能的不利影響，并在不降低熱導率的情況下 適當提高合金的力學性能。因此，該鎂合金在25°C條件下導熱率大于110W(m.K) \具有優(yōu) 異的導熱性能，是制作電子器件結構材料散熱件以及各種散熱片的備選材料，且該鎂合金 中僅添加了少量的Sm、Zr和Zn，添加的金屬元素的種類和用量少，成本大幅降低；另外，該 鎂合金在25°C條件下抗拉強度為175~230MPa，屈服強度為102~130MPa，延伸率為6%~ 11 %，力學性能良好；鑄件成品率85 %~95 %，壓鑄性能良好。
[0034] 在一優(yōu)選實施例中，按鎂合金的總重量計，雜質由如下組分及其重量百分比組 成：
[0035] Fe，0 ~0· 005% ;Ni，0 ~0· 002% ;以及 Cu，0 ~0· 03%。
[0036] 在一優(yōu)選實施例中，Zr的含量為0. 4 %~0. 6 %。
[0037] 本發(fā)明還提供一種鎂合金的制備方法，在一較佳實施例中，該鎂合金的制備方法 包括如下步驟：
[0038] S1、提供原料：鎂錠、鋅錠、鎂-釤中間合金和鎂-鋯中間合金，并按照上述鎂合金 中組分的重量百分比稱取原料；
[0039] S2、對原料進行預熱；
[0040] S3、將鎂錠在隊和SF 6混合氣體的保護下加熱至完全熔化，控制鎂熔液保持在 650°C~780°C ;在680°C~750°C的鎂熔液中加入鎂-釤中間合金，直至鎂-釤中間合金 完全熔化；然后加入鋅錠，待鋅錠完全熔化后，在750°C~780°C的熔液中加入鎂-鋯中間 合金，直至鎂-鋯中間合金完全熔化后，調整合金熔液溫度進行精煉，精煉后即進行壓鑄生 產(chǎn)。
[0041 ] 該較佳實施例的鎂合金的制備方法由于添加的元素的種類和用量少，工序少，工 藝簡單，大大降低了成本，且該制備方法制備的鎂合金具有優(yōu)異的導熱性能。
[0042] 在一優(yōu)選實施例中，鎂錠的純度為99. 94%，鋅錠的純度為99. 9%。
[0043] 在一優(yōu)選實施例中，鎂-釤中間合金為Mg_25Sm中間合金，鎂-錯中間合金為 Mg-30Zr中間合金，Mg-25Sm中間合金和Mg-30Zr中間合金的純度為99. 9 %。
[0044] 現(xiàn)通過實施例對本發(fā)明的鎂合金及其制備方法做進一步說明：
[0045] 實施例1
[0046] 50Kg的Mg-3Sm-0. 5Zr (wt. % )鎂合金及其壓鑄件制備方法：
[0047] 1、配料：稱取43. 2Kg的鎂錠、6Kg的Mg-25Sm中間合金和0· 84Kg的Mg-30Zr中 間合金，其中，鎂錠的純度為99. 94wt. %，Mg-25Sm中間合金和Mg-30Zr中間合金的純度為 99. 9wt. % 〇
[0048] 2、預熱：對上述配料好的各組分進行預熱。
[0049] 3、熔煉：將全部鎂錠以盡量緊密的方式放入井式電阻坩堝爐；密閉坩堝，通入SF6 和N2混合氣后升溫，使鎂錠在保護氣體下完全熔化，控制鎂溫度保持在680~780°C ;待鎂 熔液溫度升至680~750°C，將預熱好的Mg-25Sm中間合金加入鎂熔液中保溫適當時間，直 至Mg-Sm中間合金全部熔化；保持熔液在750°C~780°C，加入Mg-30Zr中間合金直至其熔 化。
[0050] 4、精煉：調整合金熔液溫度在750°C~760°C進行精煉。
[0051] 5、澆鑄鑄錠：將壓鑄機金屬模具溫度調至180~250 °C，設定低速速度為0. 2~ 0. 4m/s，高速速度為2~7m/s，鑄造壓力為90MPa ;將精煉后的鎂合金熔液保溫30分鐘左 右，降溫至680°C澆入壓射嘴，進行壓射，獲得鎂合金壓鑄件，壓鑄工藝參數(shù)據(jù)壓鑄機實際情 況在上述壓鑄工藝參數(shù)范圍內(nèi)對壓鑄工藝參數(shù)進行調整，直至獲得合格的壓鑄件。
[0052] 本實施例1制備的鎂合金壓鑄件的測試樣品在室溫下的導熱率測試結果見表1。
[0053] 表 1
[0054]
[0055] 由表1可知，在25°C的測試溫度下，鎂合金壓鑄件導熱系數(shù)高達126. 4W.m \ \具 有優(yōu)異的室溫導熱率。
[0056] 本實施例1制備的鎂合金壓鑄件的測試樣品的微觀結構以及力學性能測試如下：
[0057] 參見圖2a和圖2b，圖2a為在澆注溫度為710°C，高速速度為4m/s，模具溫度為 180°C條件下，壓鑄機壓鑄形成的壓鑄件的測試樣品的金相組織圖；圖2b為在澆注溫度為 730°C，高速速度為4m/s，模具溫度為180°C條件下，壓鑄機壓鑄形成的壓鑄件的測試樣品 的金相組織圖。比較圖2a和圖2b可得，圖2a的晶粒比圖2b的晶粒大，即澆注溫度越高 晶粒越大，晶粒越大，合金強度越低，因此，壓鑄機壓鑄時必須控制澆注溫度，使晶粒越小越 好。
[0058] 本實施例1制備的鎂合金壓鑄件的測試樣品的力學性能如圖3所示。鑄態(tài)抗拉強 度為194MPa，屈服強度為118MPa，延伸率為10. 8%。T5處理后屈服強度提高到127MPa，抗 拉強度達到208. 6MPa，延伸率降至9. 7%。T6處理雖然抗拉強度上升但屈服強度下降。
[0059] 實施例2
[0060] 50Kg的Mg-3. 5Sm-0. 6Zr (wt. % )鎂合金及其壓鑄件制備方法：
[0061] 配料：稱取42Kg的鎂錠、7Kg的Mg-25Sm中間合金和lKg的Mg-30Zr中間合金，其 中，鎂錠的純度為99. 94wt. %，Mg-25Sm中間合金和Mg-30Zr中間合金的純度為99. 9wt. %。 其他步驟與實施例1基本相同。
[0062] 實施例3
[0063] 50Kg的Mg-2. 5Sm-0. 5Zr-0. lZn (wt. % )鎂合金及其壓鑄件制備方法：
[0064] 配料：稱取44. 2Kg的鎂錠、(λ 05Kg的鋅錠、5Kg的Mg-25Sm中間合金和(λ 84Kg的 Mg-30Zr中間合金，其中，鎂錠的純度為99. 94wt. %，鋅錠的純度為99. 9wt. %，Mg-25Sm中 間合金和Mg-30Zr中間合金的純度為99. 9wt. %。其他步驟與實施例1基本相同。
[0065] 上述實施例1至實施例3制備的鎂合金壓鑄件的測試樣品的室溫熱導率力學性能 以及鑄件成品率測試結果見表2。
[0066] 表 2
[0067]
[0068] 由表2可知，本發(fā)明的鎂合金的熱導率大于110W(m.K) \具有優(yōu)異的導熱性能；另 外，該鎂合金的抗拉強度大于176MPa，屈服強度大于102MPa，延伸率大于6. 2%，力學性能 良好，鑄件成品率大于85%，壓鑄性能良好。
[0069] 以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā) 明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的技 術領域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍內(nèi)。
【主權項】
1. 一種鎂合金，其特征在于，所述鎂合金按重量百分比計由如下組分組成： Ζη，0 ~0· 1% ; Sm，2%~4% ; Zr，0. 1%~0· 8% ; 雜質，0~0.2% ;以及 余量為Mg。2. 如權利要求1所述的鎂合金，其特征在于，按所述鎂合金的總重量計，所述雜質由如 下組分及其重量百分比組成： Fe，0 ~0· 005% ; Ni，0 ~0· 002% ;以及 Cu，0 ~0· 03%〇3. 如權利要求1所述的鎂合金，其特征在于，所述Zr的含量為0. 4%~0. 6%。4. 如權利要求1至3任意一項所述的鎂合金，其特征在于，所述鎂合金由如下組分及其 重量百分比組成： Sm,3% ； Zr，0. 5% ;以及 Mg，96. 5%〇5. 如權利要求1至3任意一項所述的鎂合金，其特征在于，所述鎂合金由如下組分及其 重量百分比組成： Sm,3. 5% ； Zr，0. 6% ;以及 Mg，95. 9%。6. 如權利要求1至3任意一項所述的鎂合金，其特征在于，所述鎂合金由如下組分及其 重量百分比組成： Sm,2. 5% ； Zr,0. 5% ； Ζη，0. 1% 以及 Mg，96. 9%。7. -種鎂合金的制備方法，其特征在于，所述鎂合金的制備方法包括如下步驟： 步驟一、提供原料：鎂錠、鋅錠、鎂-釤中間合金和鎂-鋯中間合金，并按照權利要求1 至6任意一項所述的鎂合金中組分的重量百分比稱取所述原料； 步驟二、將所述鎂錠在隊和SF6混合氣體的保護下加熱至完全熔化，控制鎂熔液保持在 650°C~780°C ;在680°C~750°C的鎂熔液中加入所述鎂-釤中間合金，直至所述鎂-釤中 間合金完全熔化；然后加入所述鋅錠，待所述鋅錠完全熔化后，在750°C~780°C的熔液中 加入所述鎂-鋯中間合金，直至所述鎂-鋯中間合金完全熔化后，調整合金熔液溫度進行精 煉，精煉后即進行壓鑄生產(chǎn)。8. 如權利要求7所述的鎂合金的制備方法，其特征在于，在所述步驟一之后，所述步驟 二之前，所述鎂合金的制備方法還包括步驟三： 步驟三、對所述原料進行預熱。9. 如權利要求7所述的鎂合金的制備方法，其特征在于，所述鎂錠的純度為99. 94%， 所述鋅錠的純度為99. 9%。10. 如權利要求7所述的鎂合金的制備方法，其特征在于，所述鎂-釤中間合金為 Mg-25Sm中間合金，所述鎂-錯中間合金為Mg-30Zr中間合金，所述Mg-25Sm中間合金和所 述Mg-30Zr中間合金的純度為99. 9 %。
【文檔編號】C22C23/06GK105986157SQ201510093423
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年3月2日
【發(fā)明人】李麗, 李勝勇, 李德江, 曾小勤, 彭典明, 劉金
【申請人】中興通訊股份有限公司, 上海交通大學