一种新型高强高导热镁合金材料及其制备方法

发明涉及镁合金，具体涉及一种新型高强高导热镁合金材料及其制备方法。

背景技术：

1、近年来，集成电路上电子元件的密度越来越高，导致元件在单位时间和单位面积上释放的热量越来越多，极大地制约了3c领域的进一步发展。因此，3c散热部件逐渐得到发展。然而，热导率并不是当今制造3c散热部件的唯一要求；节能降重的时代大趋势要求散热件需要使用密度较低的材料，这样散热件就可以在具有更轻的质量的同时，拥有足够的散热能力。而mg作为最轻的金属结构材料，具有良好的热导率，这使其具有成为制造散热元件原材料的巨大潜力。

2、在授权公告号为cn105463280b的中国发明中公开了一种具有高热导率的镁合金及其制备方法，其通过添加特定含量和组分的稀土元素和其它合金元素，使得该镁合金在具备传统镁合金的强度之外，还提高了镁合金的热导率；但是上述专利与现有大多数研究一样，对导热镁合金的研究往往集中在高热导率上，却并没有在导热性能与力学性能之间进行权衡，难以满足制造散热部件的强度要求；而对于少数能够兼顾导热性能与力学性能的镁合金的研究，其最终得到的镁合金的导热性能与力学性能并不优异。

技术实现思路

1、针对现有技术中所存在的不足，发明提供了一种新型高强高导热镁合金材料及其制备方法，其解决了现有技术中存在的镁合金不能同时兼顾良好的导热性能与力学性能的问题。

2、一种新型高强高导热镁合金材料，按质量百分比计算，包括以下组分：zn0.8-4.4％，cu0.1-0.3％，ca0.1-0.3％以及zr0.3-0.5％，余量为mg和不可避免的杂质。

3、本发明还提供了一种新型高强高导热镁合金材料的制备方法，包括以下步骤：

4、s1.按照配比准备原料；

5、s2.配置精炼剂，随后将s1中准备好的原料按序熔化后静置一段时间，然后与精炼剂混合，得到mg合金熔体，并将mg合金熔体温度控制在特定范围内；

6、s3.将s2中的mg合金熔体浇铸到金属模具中，在mg合金熔体凝固后取出并缓慢浸入水中，冷却后获得mg合金铸锭；

7、s4.将s3制得的mg合金铸锭在特定温度下保温一段时间，随后缓慢浸入水中冷却，得到t4态的mg合金铸锭；

8、s5.将s4中得到的t4态的mg合金铸锭在特定温度下保温一段时间后进行空冷，获得t6态的mg合金铸锭，即所述镁合金材料。

9、优选地，步骤s1中，所述各原料分别以纯mg、纯zn、纯cu、mg-30wt.％zr以及mg-25wt.％ca的方式加入，上述五种原料需要先在200℃下保温30min。

10、优选地，步骤s2中，五种原料熔化并与精炼剂混合的步骤具体为：

11、s21.将纯mg和纯cu在400℃下保温至少30min后，升温至720℃-750℃进行熔化，随后保温20-40min，该过程中采用co2:sf6＝99:1的混合气体作为保护气，气体流量为2l/min；

12、s22.将纯zn、mg-30wt.％zr和mg-25wt.％ca加入步骤s21的熔体中，并持续搅拌1-3min，得到mg合金熔体，然后对该mg合金熔体在720-750℃下保温30min；

13、s23.将精炼剂加入到步骤s22得到的mg合金熔体中，搅拌1-3min后保温30min；

14、s24.将s23中与精炼剂混合完成的mg合金熔体经过700-720℃以及685-700℃两次降温后备用。

15、优选地，步骤s2中，所述精炼剂以mgcl2:kcl:bacl2:caf2:nacl:cacl2:mgo＝85:72:14:10:8:8:3进行配置，用量为mg合金熔体质量的1％。

16、优选地，步骤s3中，浇铸前金属模具需要在200℃保温30min以上，并在空气中冷却至室温。

17、优选地，步骤s3中，浇铸过程中使用采用co2:sf6＝99:1的混合气体作为保护气，气体流量为2l/min，并持续对mg合金熔体进行吹扫。

18、优选地，步骤s4中，所述mg合金铸锭在450-500℃下保温5-360min。

19、优选地，步骤s4中，在保温过程中，使用碳粉包裹mg合金铸锭。

20、优选地，步骤s5中，所述t4态的mg合金铸锭在150-250℃下保温6-8h。

21、相比于现有技术，发明具有如下有益效果：

22、1、本发明采用在低添加量时具有优异的强化效果且不明显降低热导率的元素cu、ca、zr，并加入了zn对mg合金进行设计，使得到的合金具有更优异的导热和力学的综合性能：通过合理的成分调控，合金元素间会互相促进析出，能够形成α-mg、mg(zn,cu)2和ca2mg6zn3构成的结构，使基体中的合金元素互相消耗，达到显著提升力学性能的同时不明显恶化导热性能的目的，克服了强度和热导率之间的倒置关系，远高于现有技术中绝大多数高强高导热mg合金的性能。

23、2、本发明在浇铸后，再次对mg合金铸锭进行固溶和时效处理，在固溶过程中，mg合金中能够形成具有固溶强化作用的固溶结构，能够有效提高mg合金的塑性和韧性，也能够消除合金中的晶间脆性，并提高抗蠕变性能，同时还能消除金属材料冷变形后的组织和性能不均匀性；而在固溶后采用时效处理，则能极大的提高合金材料的硬度；从而使得mg合金能够兼具优异的力学性能和导热性能。

24、3、本发明选用的是常见的金属元素，具有低成本的价格优势，便于大规模工业化生产，同时，本发明的制备方法采用金属型重力铸造与热处理相结合的方式，简便易行，适合工业化生产。

25、发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

1.一种新型高强高导热镁合金材料，其特征在于，按质量百分比计算，包括以下组分：zn0.8-4.4％，cu0.1-0.3％，ca0.1-0.3％以及zr0.3-0.5％，余量为mg和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的一种新型高强高导热镁合金材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的一种新型高强高导热镁合金材料的制备方法，其特征在于，步骤s1中，各原料分别以纯mg、纯zn、纯cu、mg-30wt.％zr以及mg-25wt.％ca的方式加入，上述五种原料需要先在200℃下保温30min。

4.根据权利要求2所述的一种新型高强高导热镁合金材料的制备方法，其特征在于，步骤s2中，五种原料熔化并与精炼剂混合的步骤具体为：

5.根据权利要求4所述的一种新型高强高导热镁合金材料的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述精炼剂以mgcl2:kcl:bacl2:caf2:nacl:cacl2:mgo＝85:72:14:10:8:8:3进行配置，用量为mg合金熔体质量的1％。

6.根据权利要求2所述的一种新型高强高导热镁合金材料的制备方法，其特征在于，步骤s3中，浇铸前金属模具需要在200℃保温30min以上，并在空气中冷却至室温。

7.根据权利要求2所述的一种新型高强高导热镁合金材料的制备方法，其特征在于，步骤s3中，浇铸过程中使用采用co2:sf6＝99:1的混合气体作为保护气，气体流量为2l/min，并持续对mg合金熔体进行吹扫。

8.根据权利要求2所述的一种新型高强高导热镁合金材料的制备方法，其特征在于，步骤s4中，所述mg合金铸锭在450-500℃下保温5-360min。

9.根据权利要求2所述的一种新型高强高导热镁合金材料的制备方法，其特征在于，步骤s4中，在保温过程中，使用碳粉包裹mg合金铸锭。

10.根据权利要求2所述的一种新型高强高导热镁合金材料的制备方法，其特征在于，步骤s5中，所述t4态的mg合金铸锭在150-250℃下保温6-28h。