镁合金及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种镁合金，所述镁合金按重量百分比计由如下组分组成：Zn，0～0.1％；Sm，2％～4％；Zr，0.1％～0.8％；杂质，0～0.2％；以及余量为Mg。本发明还公开了一种镁合金的制备方法。该镁合金在25℃条件下导热率大于110W(m.K)?1，具有优异的导热性能，且该镁合金中仅添加了少量的Sm、Zr和Zn，添加的金属元素的种类和用量少，成本大幅降低；另外，该镁合金在25℃条件下抗拉强度为175～230MPa，屈服强度为102～130MPa，延伸率为6％～11％，力学性能良好；铸件成品率85％～95％，压铸性能良好。
【专利说明】
镆合金及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及金属合金领域，尤其涉及一种镁合金及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 航空航天、汽车和3C产品的散热材料不仅追求低密度和高强度，而且要求具有良 好的导热性能。虽然镁合金密度低、比强度高，但纯镁的室温导热系数为156W(m.K) \仅为 相同条件下纯铝的65.4%。除QE22镁合金外，目前己有的导热率高的镁合金一般为Mg-Zn 系，比如 ZE41、Mg-Zn-Sn、Mg-Zn-Sn-Ca、Mg-Zn-Si 等，其在 20°C室温下导热率高达 110W(m. K)、某些Mg-Ca系镁合金（如Mg-Ca-Sn)在25°C条件下，导热率大于126. 3W(m. K)、虽 然Zn、Ca元素对纯Mg的室温导热率影响甚微，导热性能良好，但以上镁合金均为变形镁合 金，制备工艺复杂，成本高，无法得到广泛应用。
[0003] 常见的商用可压铸镁合金有Mg-Al系和Mg-RE系。Mg-Al系中，AZ91、AM60B和 AZ80的综合性能良好，得到广泛运用，但其室温（20°C)导热率小于61W(m.K) SMg-RE系中 WE系具有优良的力学性能，能进行压铸生产，但WE43、WE91和EW75在20°C室温下的导热率 均小于51W(m.K) ^虽然可压铸镁合金的压铸性能良好，但是导热性能不好。
[0004] 因此，开发一种导热性能良好且成本低的镁合金显得尤为重要。
【发明内容】
[0005] 本发明的主要目的在于提供一种镁合金，旨在解决现有镁合金的无法兼具良好的 导热性能和较低的成本的技术问题。
[0006] 为实现上述目的，本发明提供一种镁合金，所述镁合金按重量百分比计由如下组 分组成：
[0007] Ζη，0 ~0· 1% ;Sm，2%~4% ;Zr，0. 1%~0· 8% ;杂质，0 ~0· 2% ;以及余量为 Mg〇
[0008] 优选地，按所述镁合金的总重量计，所述杂质由如下组分及其重量百分比组成：
[0009] Fe，0 ~0· 005% ;Ni，0 ~0· 002% ;以及 Cu，0 ~0· 03%。
[0010] 优选地，所述Zr的含量为0.4%~0.6%。
[0011] 优选地，所述镁合金由如下组分及其重量百分比组成：
[0012] Sm，3 % ;Zr，0· 5 % ;以及 Mg，96. 5 %。
[0013] 优选地，所述镁合金由如下组分及其重量百分比组成：
[0014] Sm，3. 5% ;Zr，0. 6% ;以及 Mg，95. 9%。
[0015] 优选地，所述镁合金由如下组分及其重量百分比组成：
[0016] Sm，2. 5% ;Zr，0. 5% ;Ζη，0· 1% 以及 Mg，96. 9%。
[0017] 此外，为实现上述目的，本发明还提供一种镁合金的制备方法，所述镁合金的制备 方法包括如下步骤：
[0018] 步骤一、提供原料：镁锭、锌锭、镁-钐中间合金和镁-锆中间合金，并按照上所述 的镁合金中组分的重量百分比称取所述原料；
[0019] 步骤二、将所述镁锭在NjPSF6混合气体的保护下加热至完全熔化，控制镁熔液 保持在650°C~780°C ;在680°C~750°C的镁熔液中加入所述镁-钐中间合金，直至所述 镁-钐中间合金完全熔化；然后加入所述锌锭，待所述锌锭完全熔化后，在750°C~780°C的 熔液中加入所述镁-锆中间合金，直至所述镁-锆中间合金完全熔化后，调整合金熔液温度 进行精炼，精炼后即进行压铸生产。
[0020] 优选地，在所述步骤一之后，所述步骤二之前，所述镁合金的制备方法还包括步骤 -* ·
[0021] 步骤三、对所述原料进行预热。
[0022] 优选地，所述镁锭的纯度为99. 94%，所述锌锭的纯度为99. 9%。
[0023] 优选地，所述镁-钐中间合金为Mg_25Sm中间合金，所述镁-锆中间合金为 Mg-30Zr中间合金，所述Mg-25Sm中间合金和所述Mg-30Zr中间合金的纯度为99. 9 %。
[0024] 本发明的镁合金在25°C条件下导热率大于110W(m.K) \具有优异的导热性能，是 制作电子器件结构材料散热件以及各种散热片的备选材料，且该镁合金中仅添加了少量的 Sm、Zr和Zn，添加的金属元素的种类和用量少，成本大幅降低；另外，该镁合金在25°C条件 下抗拉强度为175~230MPa，屈服强度为102~130MPa，延伸率为6%~11%，力学性能良 好；铸件成品率85%~95%，压铸性能良好。
【附图说明】
[0025] 图1为本发明实施例1的镁合金压铸试样的X射线衍射图；
[0026] 图2a为本发明实施例1的镁合金在浇注温度为710 °C、高速速度为4m/s以及模具 温度为180°C时的压铸试样金相组织图；
[0027] 图2b为本发明实施例1的镁合金在浇注温度为730 °C、高速速度为4m/s以及模具 温度为180°C时的压铸试样金相组织图；
[0028] 图3为本发明实施例1的镁合金压铸试样的力学性能曲线图。
[0029] 本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
【具体实施方式】
[0030] 应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0031] 本发明提供一种镁合金，在一较佳实施例中，该镁合金按重量百分比计由如下组 分组成：
[0032] Ζη，0 ~0· 1% ;Sm，2%~4% ;Zr，0. 1%~0· 8% ;杂质，0 ~0· 2% ;以及余量为 Mg〇
[0033] 在该较佳实施例的镁合金中Sm元素形成的Mg41Sm5为该镁合金第二相的主要物 质，如图1所示，与A1元素相比，Sm元素不仅对纯Mg的室温热导率影响不大，还能改善合金 的压铸性能；Zr元素由于在纯Mg中固溶度较小，且与纯Mg具有相同的空间结构，不仅对纯 Mg的室温热导率影响甚微，还能在镁合金熔炼中起到变质剂的作用；少量的锌有助于在合 金表面形成钝化膜，减弱铁、镍等杂质对腐蚀性能的不利影响，并在不降低热导率的情况下 适当提高合金的力学性能。因此，该镁合金在25°C条件下导热率大于110W(m.K) \具有优 异的导热性能，是制作电子器件结构材料散热件以及各种散热片的备选材料，且该镁合金 中仅添加了少量的Sm、Zr和Zn，添加的金属元素的种类和用量少，成本大幅降低；另外，该 镁合金在25°C条件下抗拉强度为175~230MPa，屈服强度为102~130MPa，延伸率为6%~ 11 %，力学性能良好；铸件成品率85 %~95 %，压铸性能良好。
[0034] 在一优选实施例中，按镁合金的总重量计，杂质由如下组分及其重量百分比组 成：
[0035] Fe，0 ~0· 005% ;Ni，0 ~0· 002% ;以及 Cu，0 ~0· 03%。
[0036] 在一优选实施例中，Zr的含量为0. 4 %~0. 6 %。
[0037] 本发明还提供一种镁合金的制备方法，在一较佳实施例中，该镁合金的制备方法 包括如下步骤：
[0038] S1、提供原料：镁锭、锌锭、镁-钐中间合金和镁-锆中间合金，并按照上述镁合金 中组分的重量百分比称取原料；
[0039] S2、对原料进行预热；
[0040] S3、将镁锭在队和SF 6混合气体的保护下加热至完全熔化，控制镁熔液保持在 650°C~780°C ;在680°C~750°C的镁熔液中加入镁-钐中间合金，直至镁-钐中间合金 完全熔化；然后加入锌锭，待锌锭完全熔化后，在750°C~780°C的熔液中加入镁-锆中间 合金，直至镁-锆中间合金完全熔化后，调整合金熔液温度进行精炼，精炼后即进行压铸生 产。
[0041 ] 该较佳实施例的镁合金的制备方法由于添加的元素的种类和用量少，工序少，工 艺简单，大大降低了成本，且该制备方法制备的镁合金具有优异的导热性能。
[0042] 在一优选实施例中，镁锭的纯度为99. 94%，锌锭的纯度为99. 9%。
[0043] 在一优选实施例中，镁-钐中间合金为Mg_25Sm中间合金，镁-错中间合金为 Mg-30Zr中间合金，Mg-25Sm中间合金和Mg-30Zr中间合金的纯度为99. 9 %。
[0044] 现通过实施例对本发明的镁合金及其制备方法做进一步说明：
[0045] 实施例1
[0046] 50Kg的Mg-3Sm-0. 5Zr (wt. % )镁合金及其压铸件制备方法：
[0047] 1、配料：称取43. 2Kg的镁锭、6Kg的Mg-25Sm中间合金和0· 84Kg的Mg-30Zr中 间合金，其中，镁锭的纯度为99. 94wt. %，Mg-25Sm中间合金和Mg-30Zr中间合金的纯度为 99. 9wt. % 〇
[0048] 2、预热：对上述配料好的各组分进行预热。
[0049] 3、熔炼：将全部镁锭以尽量紧密的方式放入井式电阻坩埚炉；密闭坩埚，通入SF6 和N2混合气后升温，使镁锭在保护气体下完全熔化，控制镁温度保持在680~780°C ;待镁 熔液温度升至680~750°C，将预热好的Mg-25Sm中间合金加入镁熔液中保温适当时间，直 至Mg-Sm中间合金全部熔化；保持熔液在750°C~780°C，加入Mg-30Zr中间合金直至其熔 化。
[0050] 4、精炼：调整合金熔液温度在750°C~760°C进行精炼。
[0051] 5、浇铸铸锭：将压铸机金属模具温度调至180~250 °C，设定低速速度为0. 2~ 0. 4m/s，高速速度为2~7m/s，铸造压力为90MPa ;将精炼后的镁合金熔液保温30分钟左 右，降温至680°C浇入压射嘴，进行压射，获得镁合金压铸件，压铸工艺参数据压铸机实际情 况在上述压铸工艺参数范围内对压铸工艺参数进行调整，直至获得合格的压铸件。
[0052] 本实施例1制备的镁合金压铸件的测试样品在室温下的导热率测试结果见表1。
[0053] 表 1
[0054]
[0055] 由表1可知，在25°C的测试温度下，镁合金压铸件导热系数高达126. 4W.m \ \具 有优异的室温导热率。
[0056] 本实施例1制备的镁合金压铸件的测试样品的微观结构以及力学性能测试如下：
[0057] 参见图2a和图2b，图2a为在浇注温度为710°C，高速速度为4m/s，模具温度为 180°C条件下，压铸机压铸形成的压铸件的测试样品的金相组织图；图2b为在浇注温度为 730°C，高速速度为4m/s，模具温度为180°C条件下，压铸机压铸形成的压铸件的测试样品 的金相组织图。比较图2a和图2b可得，图2a的晶粒比图2b的晶粒大，即浇注温度越高 晶粒越大，晶粒越大，合金强度越低，因此，压铸机压铸时必须控制浇注温度，使晶粒越小越 好。
[0058] 本实施例1制备的镁合金压铸件的测试样品的力学性能如图3所示。铸态抗拉强 度为194MPa，屈服强度为118MPa，延伸率为10. 8%。T5处理后屈服强度提高到127MPa，抗 拉强度达到208. 6MPa，延伸率降至9. 7%。T6处理虽然抗拉强度上升但屈服强度下降。
[0059] 实施例2
[0060] 50Kg的Mg-3. 5Sm-0. 6Zr (wt. % )镁合金及其压铸件制备方法：
[0061] 配料：称取42Kg的镁锭、7Kg的Mg-25Sm中间合金和lKg的Mg-30Zr中间合金，其 中，镁锭的纯度为99. 94wt. %，Mg-25Sm中间合金和Mg-30Zr中间合金的纯度为99. 9wt. %。 其他步骤与实施例1基本相同。
[0062] 实施例3
[0063] 50Kg的Mg-2. 5Sm-0. 5Zr-0. lZn (wt. % )镁合金及其压铸件制备方法：
[0064] 配料：称取44. 2Kg的镁锭、(λ 05Kg的锌锭、5Kg的Mg-25Sm中间合金和(λ 84Kg的 Mg-30Zr中间合金，其中，镁锭的纯度为99. 94wt. %，锌锭的纯度为99. 9wt. %，Mg-25Sm中 间合金和Mg-30Zr中间合金的纯度为99. 9wt. %。其他步骤与实施例1基本相同。
[0065] 上述实施例1至实施例3制备的镁合金压铸件的测试样品的室温热导率力学性能 以及铸件成品率测试结果见表2。
[0066] 表 2
[0067]
[0068] 由表2可知，本发明的镁合金的热导率大于110W(m.K) \具有优异的导热性能；另 外，该镁合金的抗拉强度大于176MPa，屈服强度大于102MPa，延伸率大于6. 2%，力学性能 良好，铸件成品率大于85%，压铸性能良好。
[0069] 以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发 明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技 术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
【主权项】
1. 一种镁合金，其特征在于，所述镁合金按重量百分比计由如下组分组成： Ζη，0 ~0· 1% ; Sm，2%~4% ; Zr，0. 1%~0· 8% ; 杂质，0~0.2% ;以及 余量为Mg。2. 如权利要求1所述的镁合金，其特征在于，按所述镁合金的总重量计，所述杂质由如 下组分及其重量百分比组成： Fe，0 ~0· 005% ; Ni，0 ~0· 002% ;以及 Cu，0 ~0· 03%〇3. 如权利要求1所述的镁合金，其特征在于，所述Zr的含量为0. 4%~0. 6%。4. 如权利要求1至3任意一项所述的镁合金，其特征在于，所述镁合金由如下组分及其 重量百分比组成： Sm,3% ； Zr，0. 5% ;以及 Mg，96. 5%〇5. 如权利要求1至3任意一项所述的镁合金，其特征在于，所述镁合金由如下组分及其 重量百分比组成： Sm,3. 5% ； Zr，0. 6% ;以及 Mg，95. 9%。6. 如权利要求1至3任意一项所述的镁合金，其特征在于，所述镁合金由如下组分及其 重量百分比组成： Sm,2. 5% ； Zr,0. 5% ； Ζη，0. 1% 以及 Mg，96. 9%。7. -种镁合金的制备方法，其特征在于，所述镁合金的制备方法包括如下步骤： 步骤一、提供原料：镁锭、锌锭、镁-钐中间合金和镁-锆中间合金，并按照权利要求1 至6任意一项所述的镁合金中组分的重量百分比称取所述原料； 步骤二、将所述镁锭在队和SF6混合气体的保护下加热至完全熔化，控制镁熔液保持在 650°C~780°C ;在680°C~750°C的镁熔液中加入所述镁-钐中间合金，直至所述镁-钐中 间合金完全熔化；然后加入所述锌锭，待所述锌锭完全熔化后，在750°C~780°C的熔液中 加入所述镁-锆中间合金，直至所述镁-锆中间合金完全熔化后，调整合金熔液温度进行精 炼，精炼后即进行压铸生产。8. 如权利要求7所述的镁合金的制备方法，其特征在于，在所述步骤一之后，所述步骤 二之前，所述镁合金的制备方法还包括步骤三： 步骤三、对所述原料进行预热。9. 如权利要求7所述的镁合金的制备方法，其特征在于，所述镁锭的纯度为99. 94%， 所述锌锭的纯度为99. 9%。10. 如权利要求7所述的镁合金的制备方法，其特征在于，所述镁-钐中间合金为 Mg-25Sm中间合金，所述镁-错中间合金为Mg-30Zr中间合金，所述Mg-25Sm中间合金和所 述Mg-30Zr中间合金的纯度为99. 9 %。
【文档编号】C22C23/06GK105986157SQ201510093423
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年3月2日
【发明人】李丽, 李胜勇, 李德江, 曾小勤, 彭典明, 刘金
【申请人】中兴通讯股份有限公司, 上海交通大学