[发明专利]一种可高效挤压低成本高性能导热镁合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及导热合金及其制备方法，特别涉及一种可高效挤压低成本高性能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、环境友好的三大优势，而且是比强度很高的轻质结构材料和功能材料，是被世界公认的“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都是采用上述热导率较低的商业镁合金，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和重要的应用背景。但目前国内外在镁合金中合金元素对其导热性能的影响规律及其机理的报道很少，急需开展导热镁合金的成分设计，发展新型高导热镁合金及其相关制备技术。

中国专利公开号CN100513606C公开了一种导热镁合金和其制备方法，合金的化学成分为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％；在20℃导热率大于120W/m*K，抗拉强度大于340MPa、屈服强度大于310MPa。

中国专利公开号CN101709418公开了一种导热合金，其化学成分为1～6.5％Zn，0.2～2.5％Si；在20℃导热率大于120W/m*K，抗拉强度为265～380MPa、屈服强度为210～355MPa。

前者具有较好的热导性能和强度，但由于合金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，且该专利中未涉及该合金的生产加工性能。

镁合金通过晶粒细化，不仅能提高其加工塑性，而且能提高其强度等，从而获得更优良的性能。而且镁合金相对铁、铝等其它合金具有更大的Hall-Petch关系的K系数，其晶粒细化对合金的强度提升的贡献更加明显。为了能够得到更加细小的晶粒，以进一步提高镁合金的强度和韧性以及其他的优良性质，一般采用热机械变形加工来细化晶粒。在挤压、轧制、锻造等热机械变形加工过程中，铸造形成的粗大第二相逐渐得到破碎细化、并且弥散分布于镁基体中，使镁合金的力学性能进一步提高。热机械变形如轧制、挤压或者锻造等可以显著提高镁及镁合金的强度和延展性，例如常用的商用变形镁合金Mg-Al-Zn系合金的挤压材相对铸态具有明显更好的综合力学性能。中国专利CN100513606C和CN101709418发明的高导热镁合金经过挤压等变形后的力学性能均得到了明显提高。