[发明专利]一种高塑性导热镁合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及有色金属材料变形加工技术领域，特别涉及一种高塑性导热镁合金及其制备方法。

背景技术

镁是常用金属结构材料中最轻的一种，比重约为1.74g/cm3，是钢的1/4，铝的2/3。镁及镁合金具有资源丰富、节约能源、环境友好三大优势，而且是比强度很高的轻质结构材料和功能材料，被世界公认为“二十一世纪最有发展前景的新材料”。

纯镁室温下的热导率较高，约为157W/m*K，但强度太低，铸态下的拉伸屈服强度约为21MPa。纯镁经过合金化后，其强度显著提高，但导热系数通常明显降低，如现有的商业合金Mg-3Al-1Zn(AZ31)合金的导热系数为78W/m*K、Mg-9Al-1Zn(AZ91)合金的导热系数为55W/m*K、Mg-6Al-0.5Mn(AM60)合金的导热系数为61W/m*K(Magnesium，Magnesium Alloys，and Magnesium Composites，by Manoj Gupta and Nai Mui Ling，Sharon)，它们的导热系数都远低于纯镁的导热系数。目前镁合金散热器基本上都是采用上述热导率较低的商业镁合金制得，镁合金的散热效果还远没有充分发挥出来。

近年来我国电子技术飞速发展，电子产业的高性能、微型化、集成化发展趋势，使得电子器件的总功率密度和发热量大幅地增加，散热问题越来越突出，尤其是对减重要求敏感的航空航天器件、便携电器和通讯设备、交通工具等产品散热系统的复杂结构件，既要求优良的导热性能，同时还必须具有密度小、力学性能优异、生产成本低的特点，因此兼顾导热性、力学性能和生产加工性能的轻质导热镁合金材料有着不可替代的作用并具有重要的应用背景。但目前国内外关于镁合金中合金元素对其导热性能的影响规律及其机理方面的报道很少，急需开展导热镁合金的成分设计研究，发展新型高导热镁合金及其相关制备技术。

目前大规模商业化镁合金的导热系数一般均低于100W/m*K，如AZ91、AM60等。导热系数相对较高的如EZ33(100W/m*K，Mg-RE-Zn)、QE22(113W/m*K，Mg-Ag-RE)等合金，其铸态合金的室温伸长率均低于5％；同时，上述铸态合金的室温拉伸屈服强度都低于190MPa，很难满足航空航天器件、便携电器和通讯设备、交通工具等领域对于散热系统结构材料的较高力学性能的要求。

虽然热变形加工如轧制、挤压或者锻造工艺等可以明显提高导热镁合金的塑性，但文献可查的高导热镁合金(导热系数大于100W/m*K)即使经过上述变形工艺，其室温伸长率大多仍低于12％(Magnesium，Magnesium Alloys，and Magnesium Composites，by Manoj Gupta and Nai Mui Ling，Sharon)，难以同时兼顾导热性、强度和塑性。

新近公开的导热镁合金发明专利亦未见具有高塑性的合金出现。例如，中国专利CN100513606C和CN101709418分别提出了一种导热镁合金及其制备方法，其化学成分：前者含2.5～11％Zn，0.15～1.5％Zr，0.1～2.5％Ag，0.3～3.5％Ce，0～1.5％Nd，0～2.5％La，Pr0～0.5％，其余为镁；后者含1～6.5％Zn，0.2～2.5％Si，其余为镁(重量百分比)。由于前者含有一定量的贵金属和稀土金属元素，特别是Ag元素，故该合金的成本很高；后一种导热合金虽降低了合金成本，但较多Zn和Si的使用导致该合金的密度较大。两种合金在20℃导热率均大于120W/m*K，具有较好的热导性能和强度，但都未报道具有高塑性。

关于高塑性镁合金已有不少专利公开，但都未能解决合金的高导热率问题。例如，中国专利公开号CN102061414A公开了一种高塑性镁合金，其合金元素重量百分比为：铝0.5～2％，锰2％，钙0.02～0.1％，余量为镁，该镁合金伸长率最高可达25％，屈服强度为260MPa；但是没有涉及该合金的导热性能方面的数据介绍。

镁合金中添加适当的稀土元素等，也可以一定程度上提高镁合金的强度的同时也提高塑性。例如，中国专利CN200910011111.1公布了一种高塑性、低各向异性镁合金及其板材的热轧制工艺，该合金通过在Mg-Zn二元基础上添加稀土元素Gd降低了轧制板材的基面织构强度，获得塑性达30％。但是，该合金系列由于添加稀土元素(0.1～10％)导致其成本较高，且强度(屈服强度低于150MPa，抗拉强度低于240MPa)较低，也未能解决合金的导热性能问题。