高導(dǎo)熱Mg-Zn-Mn變形鎂合金及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種低成本、導(dǎo)熱性能優(yōu)秀、能適用于制作電子散熱件或醫(yī)用生物材料的具有低密度、高強度、以及良好塑性可用作醫(yī)用生物材料的Mg-Zn-Mn鎂合金。
【背景技術(shù)】
[0002]航空航天、汽車和3C產(chǎn)品的散熱材料不僅追求低密度、高強度，而且要求具有良好的導(dǎo)熱性能。雖然鎂合金密度低、比強度高，但純鎂室溫導(dǎo)熱系數(shù)為156.W(m.K) \僅為相同條件下純鋁的65.4%;常用商用鎂合金室溫熱導(dǎo)率較低，AZ91鎂合金在20°C下的熱導(dǎo)率僅有58W.(m.K) \這限制了鎂合金的應(yīng)用范圍。因此，開發(fā)一種具備高強度低密度和良好導(dǎo)熱性能的鎂合金顯得尤為重要。價格因素是鎂合金在民用領(lǐng)域推廣應(yīng)用至關(guān)重要的影響因素。開發(fā)能被市場接受的低成本高品質(zhì)鎂合金是目前急需解決的重要課題。
[0003]鎂進行合金化后，其強度大幅度提高，導(dǎo)熱系數(shù)隨加入的合金元素不同，其降低程度也略不同，總體呈下降趨勢。商用鎂合金Mg-Al系A(chǔ)Z91、AM60B、AZ80綜合性能良好得到廣泛運用，但其室溫(20°C)熱導(dǎo)率小于61 W.(m.K) 1 ;WE系具有優(yōu)良的力學性能，能進行壓鑄生產(chǎn)，然而WE43、WE91、EW75其20°C室溫熱導(dǎo)率均小于51 W.(m.K) S常見的Mg-Zn系，如ZK60、ZE41A、ZC63A的室溫熱導(dǎo)率(20°C)均大于100 W.(m.K) \表明Mg-Zn系中的Zn元素對純Mg的熱導(dǎo)率影響較緩。
[0004]含鋅、稀土的鎂合金ZE41，其抗拉強度為205 MPa、20°C時的導(dǎo)熱系數(shù)為123.1W(m.K) 1 ； CN 101709418 A (一種導(dǎo)熱鎂合金及其制備方法)中含鋅、硅的鎂合金，其抗拉強度為265-380 MPa、20°C時的導(dǎo)熱系數(shù)大于120 ff.(m.K) 1 ;然而，ZE41中RE成本較高，CN101709418中的導(dǎo)熱鎂合金制備方法則比較復(fù)雜。
[0005]Mg-Zn-Sn(CN 102251161A)則是一種導(dǎo)熱率、強度及塑性都比較高的鑄造鎂合金，該鑄造鎂合金材料在25°C條件下，導(dǎo)熱率大于110 ff (m.K) 1，抗拉強度為180-230 MPa，延伸率可達到 18%-22%。Mg-Zn-Sn 加入 Mn 元素后，(Mg-Zn-Sn-Mn，CN 102560210A)鑄造鎂合金材料在25°C條件下，導(dǎo)熱率得到提高，大于127 ff (m.K) 1，抗拉強度略有下降，延伸率降至6%。而Mg-Mn-Sn加入細化劑Zr后，在25°C條件下，導(dǎo)熱率大于126.3W (m.K) 1，并無明顯下降，延伸率雖將至6.2%，但是抗拉強度依舊維持在195MPa。綜述表明Zn、Mn、Zr元素的添加對純Mg熱導(dǎo)率影響甚小。而研究表明Zn能參與人類重要酶的酶活性部位的構(gòu)成，在金屬酶中具有催化、調(diào)節(jié)的功能；Mn是對生物的心血管有利的元素，能改善機體造血、維持細胞線粒功能及正常的糖、脂代謝，并能促進骨骼生長發(fā)育及促進性激素合成，調(diào)節(jié)神經(jīng)反應(yīng)機能。因此，對Mg-Zn-Mn系合金的研究具有十分重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種低成本、導(dǎo)熱性能優(yōu)秀、能適用于制作電子器件結(jié)構(gòu)件及散熱件或變形件基材的具有低密度、高強度以及良好塑性的鎂合金。該合金可以用于制作生物醫(yī)用植入材料。
[0007][2]本發(fā)明的高性能導(dǎo)熱鎂合金重力鑄造鑄錠在25°C條件下，導(dǎo)熱率大于100W.(m.K) \ 抗拉強度為 199.5~283MPa，延伸率為 6%~23.5%。
[0008][3]本發(fā)明的另一個目的是提供一種高導(dǎo)熱率和綜合性能良好的鎂合金制備方法。
[0009][4]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:
一種低成本高導(dǎo)熱綜合性能優(yōu)秀、可用作生物醫(yī)用材料的鎂合金，該鎂合金的成分含量為=Zn的含量為l_8wt.%，Mn的含量為0.1-2.2wt.%，其余為Mg。
[0010]I)本發(fā)明所述Zn含量優(yōu)選為為1.5-6.5wt.%。
[0011]2)本發(fā)明所述Mn含量優(yōu)選為0.1-1.2wt%。
[0012]一種制備高導(dǎo)熱耐腐蝕鎂合金的方法，該方法包括下述步驟:
1)以純鎂錠作為鎂合金中Mg元素的原料，以純Zn合金作為鎂合金中Zn元素的原料，以Mg-Mn中間合金作為鎂合金中Mn元素的原料，按上述鎂合金成分的重量百分比，考慮適當燒損率稱取相應(yīng)原料；
2)將上述原材料預(yù)熱至合適溫度待用；
3)將前處理后的全部純鎂錠放進井式電阻坩堝爐中，在保護氣體SF6和N2下完全熔化，將鎂熔液溫度控制在680-780 0C ；
4)待鎂液升溫至680-750°C，將預(yù)熱好的Mg-Mn中間合金加入鎂熔液中，保溫適當時間，直至Mg-Mn中間合金全部熔化；
5)將預(yù)熱好的純Zn錠加投入鎂液中，保溫適當時間，直至Zn錠全部熔化；
6)調(diào)整鎂液溫度，用鎂合金專用精煉劑精煉，直至液面出現(xiàn)鏡面光澤。精煉完畢，清除液面上的溶劑和浮渣，輕撒一層覆蓋劑。調(diào)整鎂液至合適溫度靜止15-20min使夾雜充分上浮或下沉，扒渣；
7)調(diào)整鎂液至特定溫度后將鎂合金熔液澆注到充分預(yù)熱過的金屬型鑄造模具中凝固成鑄件；或進行擠壓、鍛造、乳制生產(chǎn)。
[0013]8)擠壓后續(xù)工藝為:將所得鑄錠在350_420°C進行2_24h均勻化退火。退火后切掉表明氧化部分后進行擠壓。設(shè)定擠壓速度為0.1-0.6mm/s,擠壓比控制在14:1-30:1之間，擠壓結(jié)束后立刻水淬。
[0014]9)鍛造工藝為:將所得鑄錠或擠壓后的棒材鍛造前去掉表明氧化皮，加熱至320-370°C適當保溫后(保溫時間視坯料的重量而定，一般為l_3min.mm 1)進行等溫鍛，鍛造變形量為每道次25-80%之間。模具預(yù)熱溫度控制在250-300°C間均勻噴涂油劑石墨或其它潤滑劑。鍛后直接水淬。
[0015]10)軋制工藝為:熱軋。將鑄坯均勻化熱處理(380-420°C，l_4h)，將帶有加熱裝置的軋機軋輥預(yù)熱到150°C以上噴涂潤滑劑，乳制過程中將軋輥溫度維持在200-250°C，視成分而定將軋制加熱溫度控制在320-370°C間進行軋制，單道次變形量為10-25%。熱軋頭道次速率為0.1-0.5m/s，最后幾道次軋制速度控制在0.8-2.5m/s范圍內(nèi)。
[0016]11)鑄造后續(xù)熱處理工藝為雙級時效:420°CX2h+90°CX24h+180°CX20h ;或340°CX24h+370°CX4h。溫度偏差范圍為5°C，時間偏差范圍為30min。
[0017]12)鑄造后續(xù)熱處理工藝也可為單級時效，溫度范圍為340-370 °ε，時間范圍為6-24h。視具體合金成分而定。
[0018]13)鍛造及擠壓后續(xù)熱處理可以視成分不同控制在溫度區(qū)間為320_370°C退火，時間約2-8h，視需要而定。
[0019][5]本發(fā)明的優(yōu)點是:本發(fā)明的高導(dǎo)熱鎂合金重力鑄造鑄錠在25°C條件下，導(dǎo)熱率大于100W.(m.K) \抗拉強度為199.5~283MPa，延伸率為6%~23.5%。導(dǎo)熱性能優(yōu)異、綜合性能良好，可用于生物醫(yī)用植入材料。
[0020][6]本發(fā)明的合金成分不包含 Mg-(5-6.5wt.% )Zn~ (0.8-1.5wt.% )Mn。
【附圖說明】
圖1是Mg-6.6Zn-0.6Mn重力鑄造試樣金相組織圖圖2是Mg-6.6Zn-0.5Mn鑄態(tài)與時效后的力學性能圖3是Mg-6.6Zn-0.5Mn室溫(25 °C )熱擴散系