CN113061791B

CN113061791B - 一种镁合金、镁合金铸件及其制造方法

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Publication number: CN113061791B
Application number: CN202110325593.9A
Authority: CN
Inventors: 吴树森; 陈露; 吕书林; 郭威; 毛有武
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology
Current assignee: Huazhong University of Science and Technology
Priority date: 2021-03-26
Filing date: 2021-03-26
Publication date: 2022-05-13
Anticipated expiration: 2041-03-26
Also published as: CN113061791A

Abstract

本发明属于合金铸造技术领域，提供了一种镁合金、镁合金铸件及其制造方法，该镁合金按重量百分比计，包括以下组分：8％～10％Zn，5.5％～7％Cu，0.2％～0.5％Zr，0.05％～0.1％Ce，余量为Mg和不可避免的杂质元素。本发明还公开了该镁合金铸件的制造方法，包括：合金原料配料，对原料进行预热、熔炼及除气除杂精炼，以此获得精炼的金属熔体，将金属熔体浇入挤压机的金属模具内，挤压充型、超声振动、保压、冷却、凝固后得到镁合金铸件产品。通过本发明制造方法获得的镁合金铸件既具有高热导率又有较低的热膨胀系数，应用于需要散热及低膨胀的零件的生产。

Description

一种镁合金、镁合金铸件及其制造方法

技术领域

本发明属于合金铸造技术领域，更具体地，涉及一种镁合金、镁合金铸件及其制造方法。

背景技术

随着汽车、航空航天、通讯电子等产业的发展，各种设备及器件的散热问题逐渐成为了制约产品性能的关键问题。以航空航天工业中的结构材料为例，这些结构材料为了满足轻量化的要求，往往是比强度高的镁合金或铝合金。若这些合金构件没有良好的导热能力使自身温度降低，那么在载荷作用下极易发生变形并减少使用寿命。因此，需要开发既拥有低密度、高比强度又拥有良好的导热能力的新型合金材料及其成形制造方法。

镁合金是目前最轻的金属结构材料，具有高的比强度、比刚度，尺寸稳定性高，阻尼减震性能好，机械加工方便，被誉为是“21世纪绿色工程金属结构材料”。热导率是评价金属导热能力的一个重要物理参数，纯镁在室温时的热导率为158W·m^-1·K^-1，在常见的商业金属材料中仅次于Al(237W·m^-1·K^-1)和Cu(401W·m^-1·K^-1)。室温时纯镁的热膨胀系数为26×10^-6K^-1，高于纯Al的热膨胀系数，但通过合金化处理后，可以获得高导热、低膨胀的镁合金。

目前开发的导热镁合金以Mg-Zn合金为主，这是因为Zn原子与Mg原子的原子半径相似，价电子数相同，对基体的导热能力阻碍作用最小。在Mg-Zn二元合金的基础上，通过添加高导热元素或稀土元素可以有效提升镁合金的导热能力，同时改善镁合金的其他性能。

中国专利文献CN102719716A公开了一种导热镁合金及其制备方法，合金的化学成分为1％～7％Zn，0.1％～3％Ca，0.1％～3％La，0.1％～3％Ce，余量Mg。该合金在室温下热导率约125W·m^-1·K^-1，屈服强度约300MPa，抗拉强度约340MPa。该镁合金拥有较好的导热性能和强度，但由于合金中含有一定量的稀土元素，导致合金成本较高，且未考虑热膨胀性能。

中国专利文献CN108486446A公开了一种低膨胀镁合金及其制备方法，该镁合金包括以下组分：Si：3.2％～8.0％，Ce：0.32％～1.2％，Ca：0.3％～0.8％，其余为Mg和不可避免的杂质元素，该镁合金的热膨胀系数小于19.0×10^-6K^-1，热导率在90W·m^-1·K^-1左右。该镁合金热膨胀系数低，利于做成与其他材料配合的零件，但其热导率又偏低，不利于散热。

在现有公开的导热镁合金体系中，几乎没有镁合金能够兼顾导热与膨胀性能、加工性能、力学性能以及成本这四个方面。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种镁合金和镁合金铸件，旨在解决现有镁合金难兼顾导热与膨胀性能、加工性能、力学性能及成本等多个方面的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种镁合金，按重量百分比计，该镁合金包括如下组分：8％～10％Zn，5.5％～7％Cu，0.2％～0.5％Zr，0.05％～0.1％Ce，余量为Mg和不可避免的杂质元素。

另一方面，本发明提供了一种镁合金铸件，该镁合金铸件包含上述的镁合金。

优选地，所述镁合金铸件通过挤压铸造而成，其室温热导率大于130W·m^-1·K^-1，热膨胀系数不大于21.5×10^-6K^-1。

进一步优选地，所述镁合金铸件的室温热导率大于144W·m^-1·K^-1。

本发明的目的还在于提供一种镁合金铸件的制造方法，旨在解决高混合相含量的镁合金铸造成形困难、易开裂且韧性低的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种镁合金铸件的制造方法，其包括如下步骤：

S1、按所述镁合金组分的重量百分比准备原料，其中，Zr、Ce分别以Mg-Zr和Mg-Ce中间合金的形式添加，Zn和Cu以纯金属锭的形式添加，剩余的Mg以纯金属锭的形式加入；

S2、将准备好的各种原料分别进行预热；

S3、将预热后的各种原料混合熔炼成金属熔体；

S4、用惰性气体对所述金属熔体进行吹气处理，控制流速使所述金属熔体表面有微小气泡冒出，再扒渣并静置，得到精炼的金属熔体；

S5、将所述精炼的金属熔体浇注到预热的模具中，合模，挤压充型，保压、冷却、凝固后，打开模具，顶出铸件、脱模，即获得镁合金铸件。

优选地，步骤S2中，所述预热的温度为150℃～200℃。

优选地，步骤S3的具体过程为：将预热后的纯Mg锭在保护气体的保护下加热至完全熔化；继续升温至720℃～740℃，加入预热后的纯Zn锭和Mg-Zr中间合金；再将温度升高至740℃～770℃，加入预热后的纯Cu锭；在750℃～760℃下保温20min～40min，加入预热后的Mg-Ce中间合金；搅拌均匀，静置，得到金属熔体。

优选地，步骤S5中，所述精炼的金属熔体浇注温度为670℃～700℃，内浇口速度为1.5m/s～3m/s。

优选地，步骤S5中，所述挤压压力为100MPa～220MPa。

优选地，步骤S5中，所述保压时间为所述镁合金铸件平均壁厚的1.0s/mm～2.0s/mm。

优选地，步骤S5中，所述挤压充型后先进行超声振动处理，再保压。

进一步优选地，所述超声振动处理过程具体为：将超声工具头作用于垫块，然后通过垫块作用于所述金属熔体，超声振动频率为20kHz，超声功率密度为5W/cm²～10W/cm²，超声振动时间为10s～20s。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

(1)本发明提供一种镁合金，添加了Zn、Cu元素，Zn元素对Mg基体起到固溶强化作用，生成的MgZn₂相热膨胀系数小，能够降低镁合金的热膨胀系数；Cu属于高导热元素，能够有效提升镁合金的导热性能，同时可以与Mg、Zn形成热导率大的MgZnCu三元相；多余的Zn会和Cu形成强化相析出，强化镁合金的力学性能。通过调整Zn/Cu比来控制双金属化合物相(MgZn₂相、MgZnCu相)的组成，从而实现导热性能和热膨胀性能的同步优化。

(2)本发明提供的镁合金中还添加了少量的Zr和Ce，可以对镁合金的晶粒进行细化，同时可以减小热裂倾向，提高合金强度。

(3)本发明还提供了一种镁合金铸件的制造方法，采用的是挤压铸造工艺，大幅细化了合金晶粒尺寸，不仅可以提高材料强度，还可以改善材料的韧性。同时，由于在凝固过程中施加了高压，减少了材料中的气孔含量，高致密度的微观组织保证了材料的力学性能。

(4)本发明提供的镁合金铸件的制造方法在金属熔体凝固过程中施加了超声振动，利用超声波振动的空化效应及声流效应，可以进一步细化晶粒，细化金属间化合物。

(5)本发明的镁合金挤压铸造成形后零件的金相组织中混合相(MgZn₂相+MgZnCu相)的体积百分数达20％～25％；热导率达到146W·m^-1·K^-1左右，室温热膨胀系数为21.1×10^-6K^-1左右；屈服强度不小于130MPa，抗拉强度大于200MPa，断后伸长率大于8％。能够满足许多要求高导热和低膨胀系数的镁合金结构件的需求。

附图说明

图1是挤压铸造模具剖视图，内容(a)为挤压成形时模具剖视图，内容(b)为顶出铸件时模具剖视图，其中：1-动模，2-金属熔体，3-定模，4-超声工具头，5-简单形状铸件，6-垫块，7-顶杆，8-连接导线，9-超声发生器；

图2是本发明实施例1所制造的Mg-8Zn-7Cu-0.5Zr-0.05Ce镁合金铸件的金相组织；

图3是本发明对比例1所制造的Mg-10Zn-7Cu-0.4Zr-0.1Ce镁合金铸件的金相组织。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。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。

本发明提供的一种镁合金，按重量百分比计，其包括以下组分：8％～10％Zn，5.5％～7％Cu，0.2％～0.5％Zr，0.05％～0.1％Ce，余量为Mg和不可避免的杂质元素。

本发明提供的镁合金是一种Mg-Zn-Cu-Zr-Ce合金，其中，基体相为α-Mg，第二相为MgZn₂和MgZnCu双金属间化合物相组成的混合相。

该镁合金中的Zn是主要的强化元素，对Mg基体起到固溶强化作用，同时能够提高铸件的抗蠕变性能。生成的MgZn₂相热膨胀系数小，能够降低合金的热膨胀系数。多余的Zn会和Cu形成强化相析出，强化合金的力学性能。且因Zn固溶在Mg晶格中产生的晶格畸变较小，对镁合金的导热性能影响也较小。

该镁合金中加入了高导热合金元素Cu，以有效提升镁合金的导热性能，并且Cu可以与Mg、Zn形成MgZnCu三元相，MgZnCu相的热导率大，同时发挥强化导热作用和减少Zn在基体中固溶的效果。

该镁合金中还加入了少量的Zr和Ce。Zr是镁合金中最有效的晶粒细化剂，在镁合金中添加Zr不仅可以细化晶粒，还可以减小热裂倾向，提高合金的强度、塑性和抗蠕变性，但经过多次实验发现，过量的Zr会严重损害镁合金的导热性能，因此其重量百分含量控制在0.5％以下为宜。同时，Ce作为一种稀土元素，可以对金属间化合物相进行变质处理，使得金属间化合物相在基体中更加细小弥散分布，起到细化镁合金晶粒的作用，同时减小镁合金的热裂倾向及显微疏松，提高其抗蠕变能力和机械性能。

本发明提供的镁合金由基体相和双金属间化合物相组成，通过合理调整Zn/Cu比来控制双金属间化合物相的含量，从而实现导热性能和热膨胀性能的同步优化。该合金中的MgZn₂相为C14型的Laves相，在室温下的热膨胀系数小于纯镁；MgZnCu相为立方C15型的Laves相，保证了合金的塑性变形能力，同时能够提升合金的热导率。

本发明还提供了一种镁合金铸件，由上述Mg-Zn-Cu-Zr-Ce合金铸造而成。该镁合金铸件同时具备良好的导热性和低膨胀性，且易加工，成形效果好，可广泛应用于汽车制造、航空航天、通讯、光学仪器和计算机制造业等领域，特别适用于大型、薄型、近净形的箱体、框架、壁板和汽车车身等零件。

由于本发明提供的镁合金中合金元素含量较高，导致第二相数量显著增加，实践发现，在镁合金铸造过程中，高混合相含量的镁合金铸造成形困难、易开裂并且韧性低，因此，本发明对镁合金铸件的成形工艺技术进行了优化。本发明提供了一种镁合金铸件的制造方法，包括如下步骤：

S1、按照本发明提供的镁合金组分的重量百分比进行准备原料，其中，Zr、Ce分别以Mg-Zr和Mg-Ce中间合金的形式添加，Zn和Cu以纯金属锭的形式添加，剩余的Mg以纯金属锭的形式加入；

S2、将准备好的各种原料分别进行预热；

S3、将预热后的各种原料混合熔炼成金属熔体；

本发明提供的镁合金铸件制造方法中所用的原料可以直接用各种纯金属锭，但由于纯锆和纯铈价格昂贵且不易保存，因此这里采用的是镁锆中间合金和镁铈中间合金，其他金属采用纯金属锭。镁锆中间合金可选自市售的多种形式合金，如Mg-25Zr、Mg-30Zr、Mg-35Zr和Mg-40Zr；镁铈合金也可选自市售的Mg-5Ce、Mg-20Ce和Mg-25Ce。

在一些实施例中，步骤S2中，将准备好的各种原料分别放入电阻炉中进行预热干燥处理，预热温度为150℃～200℃，以去除炉料表面吸附的空气中的水分子，防止在高温镁合金熔体中加入炉料时发生飞溅及爆炸，如果预热温度过高会造成炉料的氧化。

在一些实施例中，步骤S3的具体过程为：将预热后的纯Mg锭在保护气体的保护下加热至完全熔化；继续升温至720℃～740℃，加入预热后的纯Zn锭和Mg-Zr中间合金；再将温度升高至740℃～770℃，加入预热后的纯Cu锭；在750℃～760℃下保温20min～40min，加入预热后的Mg-Ce中间合金；搅拌均匀，静置至少10min，得到金属熔体。

本发明为了达到良好的镁合金熔炼效果，没有直接将各纯金属、中间合金直接混合进行熔炼，而是根据不同金属、中间合金的特性，在不同温度下依次加入熔炼炉中，使得镁合金熔体中的各金属元素保持最佳状态。这里主要考虑的是金属及合金的熔点，即液相线温度，同时熔化温度不宜过高，容易造成氧化，或者烧损。

在一些实施例中，所述保护气体为N₂和SF₆的混合气体，其中N₂和SF₆的体积比为99:1。SF₆可作为良好的镁合金保护气体，能够在镁液表面生成较致密的镁的硫化物或氟化物膜，防止镁合金与空气发生氧化反应。

在一些实施例中，步骤S4中，用惰性气体对所述金属熔体进行吹气处理，控制流速使金属熔体表面有微小气泡冒出，吹气时间为10min～20min，以去除所述金属熔体中溶解的气体杂质，例如氢气；再用扒渣勺进行扒渣，以除掉金属熔体表面的固体杂质，防止杂质成分造成后续铸件成形困难、易开裂并影响性能。扒渣后静置至少20min，得到精炼的金属熔体。所述惰性气体优选高纯度的氩气，其他惰性气体价格较昂贵。

在一些实施例中，步骤S5中，所述精炼的金属熔体浇注温度为670℃～700℃，内浇口速度为1.5m/s～3m/s。

合金浇注温度表示的是金属熔体从压室进入型模具型腔的平均温度。针对不同形状、结构的铸件，镁合金挤压时的浇注温度应控制在670℃～700℃。对于薄壁铸件，浇注温度可以采用较高的温度，以提高金属熔体的流动性，提高挤压成形能力；对于厚壁铸件，则可采用较低的温度，以减小凝固收缩所造成的缩孔和缩松。若浇注温度过高，则易加剧金属熔体氧化，氧化杂质混入过多，降低镁合金铸件致密度和塑性，容易开裂；若浇注温度过低，则易产生冷隔、表面流纹和浇不足等缺陷。

内浇口速度是金属熔体通过内浇口进入型腔的线速度。较快的内浇口速度，能使金属熔体在凝固之前迅速填充型腔，获得轮廓清晰、表面光洁的铸件，并提高金属熔体的动压力。当铸件形状复杂或薄壁时，内浇口速度应快一些。但内浇口速度过快时，容易包卷气体形成气泡，且易加速模具的磨损。

在一些实施例中，步骤S5中，所述挤压压力为100MPa～220MPa。

在一些实施例中，步骤S5中，当金属熔体充满型腔后，保压时间为镁合金铸件平均壁厚的1.0s/mm～2.0s/mm。

本发明提供的镁合金铸件制造方法采用的是挤压铸造工艺，合理控制镁合金挤压铸造过程中的挤压压力和保压时间，使得金属熔体充分挤压充型，大幅细化了合金晶粒尺寸，减少了熔体中的气孔含量，提高铸件的致密度，保证成形效果的稳定，减少镁合金铸件出现开裂的可能。

在一些实施例中，步骤S5中，挤压充型后进行超声振动处理，经过超声处理后再保压。

本发明利用超声波来改善金属凝固组织，改变镁合金的微观组织，达到细化晶粒的目的。对金属熔体进行超声振动会产生空化效应，这是能够细化金属微观结构的主要原因。当对金属熔体施加超声振动时，熔体中会出现正负高压交替的正弦变化规律，当在正压部分，熔体中的液体分子受到压迫，密度增大；当在负压部分，液体分子收到吸力，密度减小，从而使得这个部分的液体分子越来越稀疏，当超声振动的振幅达到某一临界值，液体分子会破裂开来，产生大量细小分散的气泡。随着时间增加，这些气泡不断长大，当气泡内的压力在达到其临界点时，气泡分裂成一个个小气泡继续上述过程。气泡在破裂瞬间会产生很大的压强，从而对附近的熔体产生剧烈的冲击，这就是超声波的空化效应。

同时，超声振动还会产生声流效应。超声波由于散射、扩散和吸收等因素会在传播过程中越来越衰弱，从而使得液体分子受到的压力从声源处向外越来越小，因此这两处的压力不等形成压力差，迫使液体沿压力梯度方向高速流动。当对金属熔体进行超声振动处理时，当超声的压力达到某一临界值时，熔体中会产生喷流；此喷流会在整个金属熔体中形成椭圆形的环流(从超声变幅杆处开始)，这种环流可以促进熔体中相的分布以及温度的分散作用，这种由于声波传播所引起的液体流动现象为声流。声流是由环流与紊流相互作用的结合体，会对金属熔体产生剧烈的振动和搅拌作用。

在一些实施例中，所述超声振动处理过程具体为：将超声工具头作用于垫块，然后通过垫块作用于所述金属熔体，超声振动频率为20kHz，超声功率密度为5W/cm²～10W/cm²，超声振动时间为10s～20s。

本发明对金属熔体进行超声波振动时，不是将超声工具头直接作用于金属熔体，而是通过钢的垫块间接作用于金属熔体，防止超声工具头与高温的金属熔体之间产生沾粘。通过超声振动使得镁合金的晶粒细化，第二相由原来的粗大网状变成均匀细小的颗粒状。

以下结合具体实施例，对上述技术方案详细说明。

实施例1

本实施例公开了一种双相混合增强的低膨胀高导热的镁合金，其化学成分重量百分比为：8％Zn，7％Cu，0.5％Zr，0.05％Ce，余量为Mg。

其铸件的制造方法包括如下步骤：

按本实施例所述的镁合金成分的重量百分比进行备料；其中，Zr、Ce分别以Mg-30Zr、Mg-20Ce中间合金的形式添加，Zn和Cu以纯金属锭的形式添加，剩余的Mg以纯金属锭的形式加入。

将准备好的金属或合金在150℃进行干燥预热处理，预热炉为电阻炉。

在熔炼炉里，首先放入纯镁，使其在N₂和SF₆混合保护气体(体积比为99:1)的保护下完全熔化。继续升温至720℃，加入Zn和Mg-30Zr合金。再将温度升高至740℃，加入预热好的纯铜。

将熔体在760℃下保温20min，加入Mg-20Ce中间合金。熔体搅拌均匀后静置10min，再进行吹气处理，气体为Ar，控制流速使熔体表面有微小气泡冒出。吹气时间为10min，吹气结束后扒渣，静置20min。

如图1内容(a)所示，将金属模具预热到200℃，浇注金属熔体2入预热的金属模具定模3中，浇注温度为670℃。启动挤压机将动模1与定模3合模，挤压充型，控制镁合金熔体通过内浇口速度为1.5m/s。

充型完毕即启动超声波发生器9产生超声振动。超声振动波通过超声工具头4作用于垫块6，并通过垫块6作用于金属熔体2。超声振动频率为20kHz，超声功率密度为5W/cm²，超声振动时间10s。

然后移开超声工具头4，如图1内容(b)所示，将挤压机的顶杆7移动到垫块下方，利用顶杆7对未凝固的金属熔体2继续加压，挤压压力为100MPa，保压时间为1.0s/mm，然后卸除压力，移动动模1打开模具，顶出铸件5，即获得高导热低膨胀镁合金铸件。图2为该镁合金铸件的金相组织微观图，灰色部分为α-Mg相，白色部分为第二相(MgZn₂与MgZnCu的混合相)，第二相呈现分布均匀的细小颗粒状或细片状。

实施例2

本实施例公开了一种双相混合增强的低膨胀高导热的镁合金，其化学成分重量百分比为：9％Zn，6％Cu，0.4％Zr，0.1％Ce，余量为Mg。

其铸件的制造方法包括如下步骤：

将准备好的金属或合金在200℃进行干燥预热处理，预热炉为电阻炉。

在熔炼炉里，首先放入纯镁，使其在N₂和SF₆混合保护气体(体积比为99:1)的保护下完全熔化。继续升温至740℃，加入Zn和Mg-30Zr合金。再将温度升高至760℃，加入预热好的纯铜。

将熔体在750℃下保温25min，加入Mg-20Ce中间合金。熔体搅拌均匀后静置20min，再进行吹气处理，气体为Ar，控制流速使熔体表面有微小气泡冒出。吹气时间为15min，吹气结束后扒渣，静置30min。

将金属模具预热到200℃，浇注熔体入预热的金属模具，浇注温度为690℃。启动挤压机合模，挤压充型，控制镁合金熔体通过内浇口速度为2.0m/s。

充型完毕即启动超声波发生器产生超声振动。超声振动波通过超声工具头作用于垫块，并通过垫块作用于金属熔体。超声振动频率为20kHz，超声功率密度为10W/cm²，超声振动时间15s。

然后移开超声工具头，将挤压机的顶杆移动到垫块下方，利用顶杆对未凝固的金属熔体继续加压，挤压压力为150MPa，保压时间为1.6s/mm，然后卸除压力，移动动模打开模具，顶出铸件，即获得高导热低膨胀镁合金铸件。

实施例3

本实施例公开了一种双相混合增强的低膨胀高导热的镁合金，其化学成分重量百分比为：10％Zn，5.5％Cu，0.2％Zr，0.07％Ce，余量为Mg。

其铸件的制造方法包括如下步骤：

将准备好的金属或合金在180℃进行干燥预热处理，预热炉为电阻炉。

在熔炼炉里，首先放入纯镁，使其在N₂和SF₆混合保护气体(体积比为99:1)的保护下完全熔化。继续升温至730℃，加入Zn和Mg-30Zr合金。再将温度升高至770℃，加入预热好的纯铜。

将熔体在760℃下保温30min，加入Mg-20Ce中间合金。熔体搅拌均匀后静置15min，再进行吹气处理，气体为Ar，控制流速使熔体表面有微小气泡冒出。吹气时间为20min，吹气结束后扒渣，静置20min。

将金属模具预热到200℃，浇注熔体入预热的金属模具，浇注温度为700℃。启动挤压机合模，挤压充型，控制镁合金熔体通过内浇口速度为2.5m/s。

充型完毕即启动超声波发生器产生超声振动。超声振动波通过超声工具头作用于垫块，并通过垫块作用于金属熔体。超声振动频率为20kHz，超声功率密度为8W/cm²，超声振动时间20s。

然后移开超声工具头，将挤压机的顶杆移动到垫块下方，利用顶杆对未凝固的金属熔体继续加压，挤压压力为200MPa，保压时间为2.0s/mm，然后卸除压力，移动动模打开模具，顶出铸件，即获得高导热低膨胀镁合金铸件。

实施例4

本实施例公开了一种双相混合增强的低膨胀高导热的镁合金，其化学成分重量百分比为：10％Zn，7％Cu，0.4％Zr，0.1％Ce，余量为Mg。

其铸件的制造方法包括如下步骤：

在熔炼炉里，首先放入纯镁，使其在N₂和SF₆混合保护气体(体积比为99:1)的保护下完全熔化。继续升温至730℃，加入Zn和Mg-30Zr合金。再将温度升高至760℃，加入预热好的纯铜。

将熔体在760℃下保温40min，加入Mg-20Ce中间合金。熔体搅拌均匀后静置10min，再进行吹气处理，气体为Ar，控制流速使熔体表面有微小气泡冒出。吹气时间为10min，吹气结束后扒渣，静置30min。

将金属模具预热到200℃，浇注熔体入预热的金属模具，浇注温度为700℃。启动挤压机合模，挤压充型，控制镁合金熔液通过内浇口速度为3.0m/s。

充型完毕即启动超声波发生器产生超声振动。超声振动波通过超声工具头作用于垫块，并通过垫块作用于金属熔体。超声振动频率为20kHz，超声功率密度为10W/cm²，超声振动时间20s。

然后移开超声工具头，将挤压机的顶杆移动到垫块下方，利用顶杆对未凝固的金属熔体继续加压，挤压压力为220MPa，保压时间为1.6s/mm，然后卸除压力，移动动模打开模具，顶出铸件，即获得高导热低膨胀镁合金铸件。

实施例5

其铸件的制造方法包括如下步骤：

利用挤压机顶杆对未凝固的金属熔体继续加压，挤压压力为220MPa，保压时间为1.6s/mm，然后卸除压力，移动动模打开模具，顶出铸件，即获得高导热低膨胀镁合金铸件。

对比例1

本对比例公开了一种镁合金，其化学成分重量百分比为：10％Zn，7％Cu，0.4％Zr，0.1％Ce，余量为Mg。

其铸件的制造方法包括如下步骤：

按本对比例所述的镁合金成分的重量百分比进行备料；其中，Zr、Ce分别以Mg-30Zr、Mg-20Ce中间合金的形式添加，Zn和Cu以纯金属锭的形式添加，剩余的Mg以纯金属锭的形式加入。

将重力金属型模具预热到200℃，合模后，重力浇注熔体入预热的金属模具，浇注温度为700℃。镁合金熔体冷却、凝固后，打开模具，顶出铸件，即获得镁合金铸件。图3为该镁合金铸件的金相组织微观图，灰色部分为α-Mg相，白色部分为第二相(MgZn₂与MgZnCu的混合相)，第二相呈粗大的网状。

对比例2

本对比例公开了一种镁合金，其化学成分重量百分比为：9％Zn，6％Cu，0.4％Zr，0.1％Ce，余量为Mg。

其铸件的制造方法包括如下步骤：

将重力金属型模具预热到200℃，合模后，重力浇注熔体入预热的金属模具，浇注温度为690℃。镁合金熔体冷却、凝固后，打开模具，顶出铸件，即获得镁合金铸件。

实施例1-5及对比例1-2制造的镁合金铸件室温性能测试结果如表1所示。

表1实施例1-5及对比例1-2制造的镁合金铸件室温性能测试结果

从表1可以看出，本发明实施例1-5的镁合金挤压铸造零件各性能明显优于对比例1-2的重力铸造零件，实施例1-4利用挤压铸造结合超声振动工艺制造的镁合金铸件性能也优于单纯挤压铸造的镁合金铸件。本发明制造的镁合金铸件的室温热导率均大于130W·m^-1·K^-1，热膨胀系数(CTE)均不大于21.5×10^-6K^-1，室温时的抗拉强度不小于180MPa，延伸率大于5％。更优选地，镁合金铸件的室温热导率均大于144W·m^-1·K^-1，热膨胀系数(CTE)均不大于21.5×10^-6K^-1，室温时的抗拉强度大于200MPa，延伸率大于8％。

本发明的镁合金具有较高的导热性能和较好的力学性能，能够满足工业生产的需要。同时本发明使用的挤压铸造技术在不损害材料导热性能的同时，强化了材料的力学性能，加工成形效果好，具有实际应用价值。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种镁合金，其特征在于，按重量百分比计，该镁合金包括如下组分：8%~10%Zn，5.5%~7%Cu，0.2%~0.5%Zr，0.05%~0.1%Ce，余量为Mg和不可避免的杂质元素；

所述镁合金的制造方法包括如下步骤：

S2、将准备好的各种原料分别进行预热，预热温度为150℃～200℃；

S3、将预热后的纯Mg锭在保护气体的保护下加热至完全熔化；继续升温至720℃~740℃，加入预热后的纯Zn锭和Mg-Zr中间合金；再将温度升高至740℃~770℃，加入预热后的纯Cu锭；在750℃~760℃下保温20min~40min，加入预热后的Mg-Ce中间合金；搅拌均匀，静置，得到金属熔体；

S5、将所述精炼的金属熔体浇注到预热的模具中，浇注温度为670℃~700℃，内浇口速度为1.5m/s~3m/s，合模，挤压充型，充型完毕后将超声工具头作用于垫块，再通过垫块作用于所述精炼的金属熔体以对其进行超声振动处理，超声振动频率为20kHz，超声功率密度为5W/cm²~10W/cm²，超声振动时间为10s~20s，再保压，所述挤压压力为100MPa~220MPa，所述保压时间为所述镁合金铸件平均壁厚的1.0s/mm~2.0s/mm，冷却、凝固后，打开模具，顶出、脱模，即获得镁合金。

2.一种镁合金铸件，其特征在于：该镁合金铸件包含权利要求1所述的镁合金。