[发明专利]一种导热镁合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种导热镁合金及其制备方法，属于金属材料技术领域。

背景技术

随着现代工业日新月异的发展，对散热部件进行热管理开始成为目前面临解决的技术难题。随着电子元器件及设备上半导体晶体管密度的不断增加，其体积功率密度因此愈来愈高，发热量也不断增大，对电器元件和设备的散热能力提出了更高的要求。散热器的散热能力主要取决于其合金材料和散热结构设计，在电器元件及设备空间确定，即散热器结构确定的情况下，散热器所用合金的导热系数将对散热器的散热能力起到关键作用，开发出高导热的合金用于电子元器件及电器设备的散热器制造，具有十分重要的意义。

镁合金作为目前最轻的金属结构材料得到了极大的关注，并逐步在民用与军工领域得到了广泛的应用。在某些对材料的力学性能及导热性能同时有特别要求的领域，镁合金因其具备较好的比强度、比刚度和良好的热传导性能，因而具有特殊的发展优势，如3C产品的外壳、LED灯具的光源散热模组、汽车发动机外壳等。

在现有的镁合金材料中，热导率高的合金，如ZE41、QE22，其强度都小于265 MPa。而强度较高的合金，比如AZ81、WE43，其热导率都小于55 W/m·K。常见的镁合金材料的热导率为：AS21：68 W/m·K， AM20：97 W/m·K， Mg-Zn-Y：53 W/m·K，Mg-Zn-Gd：34 W/m·K，ZM51：125 W/m·K，Mg-11Y-5Gd-2Zn-0.5Zr：23 W/m·K。因此有必要开发导热性能及力学性能兼顾的专用导热镁合金材料。

发明内容

针对上述不足，本发明的目的在于提供一种力学性能较优且高热导率的变形镁合金材料，并提供确定最优的导热镁合金的成分配比方法和制备方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种导热镁合金，该镁合金的成分含量为：Zn：0.8-3.0 wt.%，Mn：0.25-0.48 wt.%，Ce：0.05-1.0 wt.%，不可避免杂质≤0.15 wt.%，其余为Mg。

作为上述方案的进一步优化，该镁合金的成分含量为：Zn：0.9-2.7 wt.%，Mn：0.3-0.48 wt.%，Ce：0.10-0.80 wt.%，不可避免杂质≤0.15 wt.%，其余为Mg。

作为上述方案的进一步优化，该镁合金的成分含量为：Zn：2.02 wt.%，Mn：0.41 wt.%，Ce：0.41 wt.%，不可避免杂质≤0.15 wt.%，其余为Mg。

一种确定上述的导热镁合金的成分配比方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）依据所用纯镁材料的纯度，选定制备导热镁合金中所需添加Mn的含量范围：0.25-0.48 wt.%，对于Fe含量在30 ppm内的高纯镁，Mn含量取0.3±0.05 wt.%；对于Fe含量范围在80 ppm ~ 120 ppm之间的一级纯镁，Mn含量取0.48±0.05 wt.%；

（2）确定导热镁合金中Ce含量范围为0.05-1.0 wt.%，改变Zn的含量来制备不同编号的合金，获取热导率最好的合金，定义该合金的Zn含量为最优Zn含量；

（3）选用步骤（2）所得的最优Zn含量，改变合金中的Ce含量来制备不同编号的合金，获取热导率最好的合金，定义该合金中Zn含量和Ce含量的质量比为Zn/Ce最佳质量配比；

（4）将（2）和（3）步骤中制备的所有的合金的热导率进行比较，统计热导率在130 W/m·K以上的合金的Zn含量和Ce含量，得到Zn和Ce的优化含量范围；

（5）根据步骤（3）和（4）获得的Zn/Ce最佳质量配比与Zn和Ce的优化含量范围，配制Zn和Ce含量在所述Zn、Ce的优化含量范围内变化，且Zn/Ce质量比为所述Zn/Ce最佳质量配比的若干合金，从中选取热导率最高的合金的成分配比，即为上述优选的导热镁合金的成分配比。

作为上述方案的进一步优化，所述Zn和Ce最佳质量配比Zn：Ce优选为5:1；所述纯镁材料为纯度高于99.95%的一级纯镁。

一种导热镁合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）以纯度高于99.95%的一级纯镁、纯度高于99.98%的纯锌锭、Mn含量小于4 wt.%的镁锰中间合金、Ce含量小于35 wt.%的镁铈中间合金为原料，经机械打磨去除氧化皮后备用；按照上述镁合金成分的重量百分比进行计算配料；