本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，特別涉及一種導(dǎo)熱性良好的稀土鎂合金及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著3c產(chǎn)品、通訊電子、led照明及航空航天等領(lǐng)域的發(fā)展，對散熱材料的需求量急劇上升，同時也對材料的散熱性能提出了更高要求，以提高產(chǎn)品的壽命及工作穩(wěn)定性?，F(xiàn)在電子器件的發(fā)展趨勢為質(zhì)量輕，體積小，因此要求電子器件殼體材料具有密度小、比強度及比熱度高、減震性好、電磁屏蔽性能好的特點。
從理論上講，用熱導(dǎo)率最高的金屬材料做散熱片是最理想的。目前導(dǎo)熱效果最好的金屬是銀(熱導(dǎo)率429w/(m·k))，其次是銅(熱導(dǎo)率401w/(m·k))，金(熱導(dǎo)率為317w/(m·k))，再次為鋁(熱導(dǎo)率237w/(m·k))。其中銀、金價格昂貴，所以目前主要的散熱合金材料是銅合金及鋁合金。但是現(xiàn)有技術(shù)所用的導(dǎo)熱銅合金和導(dǎo)熱鋁合金不能滿足上述要求，急需研究和開發(fā)高比強、高比熱容的新型導(dǎo)熱合金。
鎂的密度為1.74g/cm3，約為鋁的2/3、鐵的1/4，室溫時熱導(dǎo)率為156w/(m·k)，在常見商用金屬材料中僅次于銅和鋁，比熱導(dǎo)率(即單位質(zhì)量的熱導(dǎo)率)與鋁相當(dāng)，并且鎂合金具有吸收震動的能力，因此鎂制散熱器具有很大的優(yōu)勢，特別用于外殼。鑄態(tài)純鎂的抗拉強度僅有11.5mpa左右，變形態(tài)純鎂的抗拉強度液只有20mpa左右，這樣的強度完全不能滿足其在力學(xué)性能方面的要求，需要通過合金強化等方式來提高金屬鎂的力學(xué)性能。合金元素的添加會導(dǎo)致絕大多數(shù)鎂合金導(dǎo)熱性能的明顯下降，如常用鑄造鎂合金az91d，在鑄態(tài)下屈服強度為150mpa，但熱導(dǎo)率僅為51w/(m·k)(僅為純鎂的1/3)。稀土元素可在鎂合金中起到非常重要的作用，少量的釹可凈化鎂合金熔液，改善鑄造性能，可以細化晶粒，改善鎂合金微觀組織，并且可通過析出強化來提高鎂合金的常溫和高溫力學(xué)性能。因此需要設(shè)計開發(fā)稀土導(dǎo)熱鎂合金具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明提供一種稀土導(dǎo)熱鎂合金，具有良好的導(dǎo)熱性能及力學(xué)性能，可用于制作電器產(chǎn)品殼體、支架、led散熱器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)材料。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：
一種稀土導(dǎo)熱鎂合金，所含成分及質(zhì)量分數(shù)為：mn為0.2～1％、zn為0.5～3％、nd為0.5～2％，其余為鎂。
進一步地，所述鎂合金在鑄態(tài)、室溫(25℃)下熱導(dǎo)率大于110w/(m·k)，抗拉強度為120～200mpa，延伸率大于5％；所述鎂合金在經(jīng)過熱擠壓變形和時效處理后，其抗拉強度為250～350mpa，熱導(dǎo)率大于120w/(m·k)。
一種制備本發(fā)明所述的鎂合金方法，包括以下步驟：
(1)準備原料：清理純鎂錠表面的氧化皮；并按照上述成分配比取純鎂錠、純鋅、鎂錳中間合金及鎂釹作為原料；
(2)前處理：將原料預(yù)熱到200℃左右去除其中的濕氣；并將坩堝、爐壁、爐蓋表面清理干凈，減少熔煉過程中雜質(zhì)的混入；
(3)熔煉：把坩堝爐預(yù)熱至300℃左右，然后裝入鎂錠和鋅絲，升溫加熱，當(dāng)溫度達到350℃時，打開保護氣體，其成分和體積分數(shù)為0.5％sf6和99.5％co2，待鎂錠和鋅絲全部熔化后保溫15～30分鐘，然后升溫至740～760℃，加入鎂錳中間合金和鎂釹中間合金，啟動攪拌棒，攪拌大約5～10min，再傾轉(zhuǎn)坩堝數(shù)次，在740～760℃溫度下保溫30～40min，將合金熔液溫度加熱至780～800℃，然后靜置30min；
(4)鑄造：去除澆嘴、坩堝壁以及合金液面上的熔渣，然后關(guān)閉加熱電源，當(dāng)合金熔液溫度降至760℃時，將合金熔液澆注到預(yù)熱后溫度至300℃的澆注鋼模中，室溫下自然冷卻得到鑄態(tài)的合金錠；
(5)均勻化處理：將步驟(4)中獲得的合金鑄錠進行均勻化處理，均勻化處理溫度為350～400℃，均勻化時間為24h，隨爐冷卻；
(6)熱擠壓變形加工：將步驟(5)獲得的合金鑄在350℃條件下保溫1h，然后進行熱擠壓變形加工，擠壓溫度為350～380℃，擠壓比為10～15，擠壓速度為3mm/s；
(7)時效處理：將步驟(6)獲得的合金材料進行時效處理，時效溫度為160～240℃，時效時間選24～48h。最終獲得所述稀土導(dǎo)熱鎂合金。
本發(fā)明的優(yōu)點為：所述合金具有良好的導(dǎo)熱和力學(xué)性能，可滿足散熱要求及力學(xué)要求，同時也可以減輕產(chǎn)品質(zhì)量，因此可用于制作電器產(chǎn)品殼體、支架、led散熱器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)材料。
具體實施方式
實施例1
一種稀土導(dǎo)熱鎂合金的制備方法，包括以下步驟：
(1)準備原料：按照成分配比(質(zhì)量分數(shù))1.0％mn、0.5％zn，1.5％nd，余量為mg取純鎂錠(99.9mass％)、純鋅(99.9mass％)、mg-10％mn中間合金和mg-25％nd中間合金作為原料；
(2)前處理：將大塊的鎂錠切割成大約0.5kg的小塊，清理純鎂錠表面的氧化皮；將原料預(yù)熱到200℃左右去除其中的濕氣；并將坩堝、爐壁、爐蓋表面清理干凈，減少熔煉過程中雜質(zhì)的混入；
(3)熔煉：把坩堝爐預(yù)熱至300℃左右，然后裝入預(yù)熱后的鎂錠和鋅絲，升溫加熱，當(dāng)溫度達到350℃時，打開保護氣體，其成分和體積分數(shù)為0.5％sf6和99.5％co2，待鎂錠和鋅絲全部熔化后保溫15分鐘，然后升溫至740℃，加入中間mg-10％mn合金和mg-25％nd中間合金，啟動攪拌棒，攪拌大約5min，再傾轉(zhuǎn)坩堝數(shù)次，在740℃溫度下保溫30min，加熱合金熔液至溫度780℃后靜置30min；
(4)鑄造：去除澆嘴、坩堝壁以及合金液面上的熔渣，然后關(guān)閉加熱電源，當(dāng)合金熔液溫度降至760℃時，將合金熔液澆注到預(yù)熱后溫度至300℃的澆注鋼模中，室溫下自然冷卻得到鑄態(tài)的合金錠；
(5)均勻化處理：將步驟(4)中獲得的合金鑄錠進行均勻化處理，均勻化處理溫度為350℃，均勻化時間為24h，隨爐冷卻；
(6)熱擠壓變形加工：將步驟(5)獲得的合金鑄錠線切割出直徑46mm棒料并將完成切割的棒料在350℃下保溫1h，擠壓比為15，擠壓溫度為350℃，擠壓速度為3mm/s，得到直徑為12mm的合金棒料；
(7)時效處理：將步驟(6)中獲得的合金棒料進行時效處理，時效溫度為160℃，時效時間為36h，最終獲得所述稀土導(dǎo)熱鎂合金。
實施例2
一種稀土導(dǎo)熱鎂合金的制備方法，包括以下步驟：
(1)準備原料：按照成分配比(質(zhì)量分數(shù))0.5％mn、1.5％zn，1.0％nd，余量為mg取純鎂錠(99.9mass％)、純鋅(99.9mass％)、mg-10％mn中間合金和mg-25％nd中間合金作為原料；
(2)前處理：將大塊的鎂錠切割成大約0.5kg的小塊，清理純鎂錠表面的氧化皮；將原料預(yù)熱到200℃左右去除其中的濕氣；并將坩堝、爐壁、爐蓋表面清理干凈，減少熔煉過程中雜質(zhì)的混入；
(3)熔煉：把坩堝爐預(yù)熱至300℃左右，然后裝入鎂錠和鋅絲，升溫加熱，當(dāng)溫度達到350℃時，打開保護氣體，其成分和體積分數(shù)為0.5％sf6和99.5％co2，待鎂錠和鋅絲全部熔化后保溫20分鐘，然后升溫至750℃，加入中間mg-10％mn合金和mg-25％nd中間合金，啟動攪拌棒，攪拌大約10min，再傾轉(zhuǎn)坩堝數(shù)次，在750℃溫度下保溫35min，加熱合金熔液至溫度790℃后靜置30min；
(4)鑄造：去除澆嘴、坩堝壁以及合金液面上的熔渣，然后關(guān)閉加熱電源，當(dāng)合金熔液溫度降至760℃時，將合金熔液澆注到預(yù)熱后溫度至300℃的澆注鋼模中，室溫下自然冷卻得到鑄態(tài)的合金錠；
(5)均勻化處理：將步驟(4)中獲得的合金鑄錠進行均勻化處理，均勻化處理溫度為400℃，均勻化時間為24h，隨爐冷卻；
(6)熱擠壓變形加工：將步驟(5)獲得的合金鑄錠線切割出直徑46mm棒料并將完成切割的棒料在350℃下保溫1h，擠壓比為15，擠壓溫度為360℃，擠壓速度為3mm/s，得到直徑為12mm的合金棒料；
(7)時效處理：將步驟(6)中獲得的合金棒料進行時效處理，時效溫度為200℃，時效時間為36h，最終獲得所述稀土導(dǎo)熱鎂合金。
實施例3
一種稀土導(dǎo)熱鎂合金的制備方法，包括以下步驟：
(1)準備原料：按照成分配比(質(zhì)量分數(shù))1％mn、2％zn，2％nd，余量為mg取純鎂錠(99.9mass％)、純鋅(99.9mass％)、mg-10％mn中間合金和mg-25％nd中間合金作為原料；
(2)前處理：將大塊的鎂錠切割成大約0.5kg的小塊，清理純鎂錠表面的氧化皮；將原料預(yù)熱到200℃左右去除其中的濕氣；并將坩堝、爐壁、爐蓋表面清理干凈，減少熔煉過程中雜質(zhì)的混入；
(3)熔煉：把坩堝爐預(yù)熱至300℃左右，然后裝入鎂錠和鋅絲，升溫加熱，當(dāng)溫度達到350℃時，打開保護氣體，其成分和體積分數(shù)為0.5％sf6和99.5％co2，待鎂錠和鋅絲全部熔化后保溫15分鐘，然后升溫至760℃，加入中間mg-10％mn合金和mg-25％nd中間合金，啟動攪拌棒，攪拌大約10min，再傾轉(zhuǎn)坩堝數(shù)次，在760℃溫度下保溫40min，加熱合金熔液至溫度800℃后靜置30min；
(4)鑄造：去除澆嘴、坩堝壁以及合金液面上的熔渣，然后關(guān)閉加熱電源，當(dāng)合金熔液溫度降至760℃時，將合金熔液澆注到預(yù)熱后溫度至300℃的澆注鋼模中，室溫下自然冷卻得到鑄態(tài)的合金錠；
(5)均勻化處理：將步驟(4)中獲得的合金鑄錠進行均勻化處理，均勻化處理溫度為400℃，均勻化時間為24h，隨爐冷卻；
(6)熱擠壓變形加工：將步驟(5)獲得的合金鑄錠線切割出直徑46mm棒料并將完成切割的棒料在350℃下保溫1h，擠壓比為15，擠壓溫度為380℃，擠壓速度為3mm/s，得到直徑為12mm的合金棒料；
(7)時效處理：將步驟(6)中獲得的合金棒料進行時效處理，時效溫度為220℃，時效時間為48h，最終獲得所述稀土導(dǎo)熱鎂合金。