[发明专利]一种高强韧高导热镁合金及其加工方法

说明书

一种高强韧高导热镁合金及其加工方法，其成分重量百分比为：Zn：8.0～12.0％，Ca或Mn中的一种或两种，Ca≤2.0％，Mn≤2.0％，还包括La、Ce、Si、Sb、Zr、Sn中的一种或多种，其中，La≤2.0％，Ce≤2.0％，Si≤2.5％，Sb≤2.0％，Zr≤1.0％，Sn≤2.0％，其余为Mg以及不可避免的杂质。本发明高强韧高导热镁合金在不添加价格高昂的稀土元素的前提下，采用低成本的合金配方，解决现有镁合金无法同时兼顾高导热性和高强度的问题；该镁合金导热系数≥115W/(m·K)、屈服强度≥200MPa、伸长率≥8％。本发明采用半固态触变注射成型技术进行加工，其工艺难度小，成本低廉，便于规模化量产，同时可制造出变形工艺无法制造的结构复杂镁合金产品。

技术领域

本发明涉及镁合金材料成型技术领域，特别涉及一种高强韧高导热镁合金及其加工方法。

背景技术

镁是目前最轻的工程结构材料，其密度为1.738g/cm³，约为铝的2/3、钢的1/4。除了具备结构材料的特点之外，镁及镁合金还具备功能材料的特点，比如电磁屏蔽效能高、阻尼性能好以及导热性能优异，因此也被认为是航空航天、轨道交通、汽车零部件及3C产品等领域最具发展前景的轻量化材料。

纯镁室温下的热导率较高，约为154.5W/(m·K)，单位质量热导率略优于铝。然而，室温下铸造纯镁的屈服强度仅为21MPa，无法作为结构件使用。合金化是提高镁合金力学性能的有效方式，但合金元素的加入会显著降低了镁合金的导热性能。如常用压铸镁合金Mg-9Al-1Zn(AZ91)和Mg-6Al-0.5Mn(AM60)，他们的热导率均小于70W/(m·K)，远远低于纯镁的热导率。

目前镁合金散热/导热零部件基本都是采用上述热导率较低的商业镁合金，因此越来越无法满足高导热产品的要求。商业牌号铸态ZK61镁合金导热系数可达115W/(m·K)，但是屈服强度通常低于180MPa，也很难满足航空航天器件及交通工具领域对于散热系统结构材料的高强韧高导热要求。铸造稀土镁合金具有较高的导热性能(热导率≥115W/(m·K))及力学性能(屈服强度≥180MPa)，但是稀土镁合金成本较高，且大量稀土元素的加入会显著提高镁合金的密度。

文献报道的可以通过变形工艺如轧制、锻压、挤压等制备出兼具高力学性能及高导热性能的镁合金，但是镁合金密排六方的晶体结构导致变形工艺复杂、成本高，尤其是面对复杂结构的镁合金产品时，变形工艺往往无法满足要求。

半固态触变注射成型利用金属在半固态下特殊的易流动特征进行注射成型。金属的半固态现象，即处于固、液两相温度区的金属仅需相当低的剪切应力就可以进行搅拌，此时剪切力比同种液态金属剪切力低三个数量级作左右，易于成型，且比传统枝晶凝固方式铸件的力学性能更优，特别适合镁合金成型。

中国专利CN109136699B公开了“高导热镁合金、逆变器壳体、逆变器及汽车”，制备出Mg-Al-Zn-Mn-La-Ce-Nd-Sr-Cu铸造镁合金，其化学成分质量百分比为：Al：2.0～4.0％，Mn：0.1～0.3％，La：1.0～2.0％，Ce：2.0～4.0％，Nd：0.1～1％，Zn：0.5～2％，Ca：0.1～0.5％，Sr：0.1％，Cu≤0.1％，其余为Mg。该合金的热导率大于110W/(m·K)，但是屈服强度小于160MPa，伸长率为5％。虽然其具有较高的热导率，但是屈服强度低，不能满足航空航天器件及交通工具领域对于散热系统结构材料的高强韧高导热要求。

中国专利CN110819863B公开了“一种低稀土高导热镁合金及其制备方法”，制备出Mg-Gd-Er-Zn-Zr铸造镁合金，其化学成分质量百分比为：Gd：5.0～7.0％，Er：0.5～2％，Zn：3.0～7.0％，Zr：0.5.～1.0％，其余为Mg。该合金的热导率大于115W/(m·K)，屈服强度达200MPa，伸长率大于20％。但是合金中加入了大量成本高昂的稀土元素Gd和Er，导致合金成本很高。