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CN115198153A - 一种高塑性高导热铸造镁合金及其制备方法 - Google Patents

一种高塑性高导热铸造镁合金及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于合金材料制备技术领域，具体涉及一种高塑性高导热铸造镁合金及其制备方法。所述镁合金按重量百分比组成为：Ga：0～2％，Ce：0～1.5％，余量为Mg和不可避免杂质。该合金的室温伸长率达到19～23％，室温热导率高于110W/(m·K)。同时，该系列合金制备工艺简单，不需要热处理，易于推广应用。

Description

一种高塑性高导热铸造镁合金及其制备方法
技术领域
本发明属于合金材料制备技术领域，具体涉及一种高塑性高导热铸造镁合金及其制备方法。
背景技术
镁合金作为目前实际应用中最轻的金属结构材料，具有比强度、比刚度高、阻尼减振性好以及导热能力强等优点。
随着航空航天、3C电子、LED等领域的快速发展，对相关材料的力学性能和散热性的要求越来越高；但现有的镁合金普遍存在难以同步提高导热性能和力学性能的问题，绝大多数合金经合金化后力学性能显著提高，但导热性能明显下降。虽然纯镁具有良好的导热性能，但是其强度和塑性极低，限制了其广泛应用。因此，开发兼顾力学性能及导热性能的镁合金具有重要意义。其中专利202010135525.1公开了一种高导热镁合金及其制备方法，该方法除了含Ce外，还含有大量Zn、Sb、Al、Mn等元素，获得了热导率大于120W/(m·K)的镁合金材料，但是其室温伸长率在10％左右，限制了其更广泛的应用。另外，该合金需要进行退火处理，影响生产效率；传统铸造镁合金如AZ91、AM60和AM50A等，它们具有良好的力学性能，但是其热导率较低，无法满足现有技术应用。
发明内容
本发明为了解决上述背景技术的不足，提供了一种低成本、工艺简单、塑性高且导热性能良好的铸造镁合金及其制备方法。低含量Ga的加入起到细化晶粒及固溶强化的作用，提高合金的强度，且对合金热导率的影响较小；而Ce的加入在保证其力学性能的前提下，能够一定程度上提高合金的热导率。
为实现上述发明目的，本发明提供了一种高塑性高导热铸造镁合金，其特征在于，所述镁合金的原料组成及其重量百分比为：Ga：0-3％，Ce：0-2％，余量为Mg和不可避免的杂质；
所述Ce以Mg-20Ce中间合金形式加入镁合金制备过程。
进一步的，所述镁合金的原料组成及其重量百分比为：Ga：0-2.5％，Ce：0-1.5％，余量为Mg和不可避免的杂质。
进一步的，所述镁合金的原料组成及其重量百分比为：Ga：0-2.0％，Ce：0-1.0％，余量为Mg和不可避免的杂质。
基于同一发明构思的，本发明实施例还提供了一种高塑性高导热铸造镁合金的制备方法，所述制备方法具体包括：
S1：将纯Mg、纯Ga和Mg-Ce中间合金按照重量百分比进行配料；
S2：将熔炼容器加热后加入熔炼熔剂，所述熔剂熔解后升温并依次加入镁锭、纯Ga和Mg-Ce中间合金进行精炼；
S3：精炼结束后降温搅拌，再升温静置使得熔渣沉淀；
S4：降温进行除渣，随后立即进行浇铸获得铸造镁合金。
进一步的，所述熔炼熔剂为RJ-2熔剂。
进一步的，所述步骤S2中升温过程的温度为780℃，精炼工艺参数为：温度为780℃，时间为12-18min。
进一步的，所述步骤S3具体包括：
精炼结束后降温至700-720℃搅拌8-12min；
再升温至780℃静置8-12min使熔渣沉淀。
进一步的，所述降温进行除渣过程中降温至720℃。
进一步的，所述浇铸过程中在浇口上方10cm处均匀的撒硫磺粉以防氧化燃烧。
有益效果：
本发明通过在镁合金中添加Ga、Ce，一方面能够起到细化晶粒及强化作用，提高合金的强度，另一方面在保证其力学性能的基础上一定程度上提高了合金的热导率，热导率在110W/(m·K)以上，且合金元素含量低。本发明的镁合金伸长率可达19-22％，不需要进行热处理，制备工艺简单。
附图说明
图1为本发明实施例1获得的镁合金铸态组织图(SEM)；
图2为本发明实施例2获得的镁合金铸态组织图(SEM)。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例和附图进行详细描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
实施例1
本实施案例涉及一种高塑性高导热铸造镁合金，所述合金各组分的质量百分比：2wt.％Ga，余量为Mg。
制备过程如下：在45#钢坩埚底部加热到红热状态后撒入RJ-2熔剂于底部，待熔剂粉末转变为液相且温度升高至780℃时开始放入镁锭，接着装有液态Ga的Mg锭，待所有金属熔化后在780℃精炼15分钟；精炼结束后关闭电阻炉，将熔体温度降至700～720℃后搅拌8～12分钟；搅拌结束后，打开电阻炉升温至780℃后静置10分钟使熔渣沉淀在坩埚底部；降温至720℃扒渣，除去浇道口、内壁和熔体表面容易随熔体流动的熔渣，随后立即进行浇铸，得到Mg-2wt.％Ga合金。本实施例合金抗拉强度为191.8MPa，伸长率为22.9％，热导率为114.2W/(m·K)，其铸态组织图如图1所示。
实施例2
本实施案例涉及一种高塑性高导热铸造镁合金，所述合金各组分的质量百分比：2wt.％Ga，0.4wt.％Ce，余量为Mg。
制备过程如下：在45号坩埚底部加热到发红后撒RJ-2覆盖剂于底部，待覆盖剂粉末转变为液相且温度升高至780℃时开始放入镁锭，待镁锭熔化后，放入有液态Ga的镁锭，待所有金属熔化后最后放入Mg-Ce中间合金。在780℃精炼15分钟；在精炼阶段结束后关闭电阻炉，将熔体温度降至700～720℃后搅拌8～12分钟；搅拌结束后，打开电阻炉升温至780℃后静置10分钟使熔渣沉淀在坩埚底部；降温至720℃扒渣，除去浇道口、内壁和熔体表面易随熔体流动的熔渣，随后立即进行浇铸，得到Mg-2wt.％Ga-0.4wt.％Ce合金。本实施例合金抗拉强度为186.8MPa，伸长率为19.4％，热导率为118.1W/(m·K)，其铸态组织图如图2所示。
实施例3
本实施案例涉及一种高塑性高导热铸造镁合金，所述合金各组分的质量百分比：2wt.％Ga，0.8wt.％Ce，余量为Mg。
制备过程如下：在45号坩埚底部加热到发红后撒RJ-2覆盖剂于底部，待覆盖剂粉末转变为液相且温度升高至780℃时开始放入镁锭，待镁锭熔化后，放入有液态Ga的镁锭，待所有金属熔化后最后放入Mg-Ce中间合金。在780℃精炼15分钟；在精炼阶段结束后关闭电阻炉，将熔体温度降至700～720℃后搅拌8～12分钟；搅拌结束后，打开电阻炉升温至780℃后静置10分钟使熔渣沉淀在坩埚底部；降温至720℃扒渣，除去浇道口、内壁和熔体表面易随熔体流动的熔渣，随后立即进行浇铸，得到Mg-2wt.％Ga-0.8wt.％Ce合金。本实施例合金抗拉强度为180.4MPa，伸长率为19.2％，热导率为121.5W/(m·K)
对于上述实施例一～实施例三所得到的镁合金及现有市场上的镁合金ZK51A与AZ91的力学性能和热导率进行对比，结果如表1所示。
表1镁合金材料的性能数据表
Figure BDA0003691689990000041
由表1可以看出，与现有的市售镁合金ZK51A与AZ91合金相比，本发明所制备的镁合金在伸长率和热导率方面具有明显的优势。
本发明提供了一种高塑性高导热铸造镁合金及其制备方法，所述镁合金原料组成及其重量百分比含量为：Ga：0～2％，Ce：0～1％，余量为Mg和不可避免杂质。通过在Mg中加入Ga元素，保证制备的镁合金微观组织均匀且晶粒尺寸较小，可显著提高合金的塑性；进一步加入Ce元素，在保证塑性的前提下，一定程度上提高了合金的热导率。
以上所述实施例，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明的技术范围内，根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种高塑性高导热铸造镁合金，其特征在于，所述镁合金的原料组成及其重量百分比为：Ga：0-3％，Ce：0-2％，余量为Mg和不可避免的杂质；
所述Ce以Mg-20Ce中间合金形式加入镁合金制备过程。
2.根据权利要求1所述的高塑性高导热铸造镁合金，其特征在于，所述镁合金的原料组成及其重量百分比为：Ga：0-2.5％，Ce：0-1.5％，余量为Mg和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的高塑性高导热铸造镁合金，其特征在于，所述镁合金的原料组成及其重量百分比为：Ga：0-2.0％，Ce：0-1.0％，余量为Mg和不可避免的杂质。
4.一种高塑性高导热铸造镁合金的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体包括：
S1：将纯Mg、纯Ga和Mg-Ce中间合金按照重量百分比进行配料；
S2：将熔炼容器加热后加入熔炼熔剂，所述熔剂熔解后升温并依次加入镁锭、纯Ga和Mg-Ce中间合金进行精炼；
S3：精炼结束后降温搅拌，再升温静置使得熔渣沉淀；
S4：降温进行除渣，随后立即进行浇铸获得铸造镁合金。
5.根据权利要求4所述的高塑性高导热铸造镁合金的制备方法，其特征在于，所述熔炼熔剂为RJ-2熔剂。
6.根据权利要求4所述的高塑性高导热铸造镁合金的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中升温过程的温度为780℃，精炼工艺参数为：温度为780℃，时间为12-18min。
7.根据权利要求4所述的高塑性高导热铸造镁合金的制备方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：
精炼结束后降温至700-720℃搅拌8-12min；
再升温至780℃静置8-12min使熔渣沉淀。
8.根据权利要求4所述的高塑性高导热铸造镁合金的制备方法，其特征在于，所述降温进行除渣过程中降温至720℃。
9.根据权利要求4所述的高塑性高导热铸造镁合金的制备方法，其特征在于，所述浇铸过程中在浇口上方10cm处均匀的撒硫磺粉以防氧化燃烧。
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