[发明专利]一种超高导热压铸镁合金及其制备方法

说明书

本发明属于有色金属领域，具体涉及一种超高导热压铸镁合金及其制备方法。其成分为：Si：0.5～4wt.％，Sn：0.3～3wt.％，Ca：0.2～1wt.％，杂质总含量小于0.15wt.％，余量为Mg。包括的步骤为：(1)合金熔炼：对原料在真空干燥箱加热至110℃下预热；通入SF₆和CO₂混合气体。按成分配比合金加入坩埚，获得合金熔体；在730℃静置保温30min。(2)精炼除杂：升温至740℃，使用RJ‑5号精炼剂，并通入氩气精炼，保持熔体氢含量达到0.1mL/100g以下，机械搅拌5min后进行扒渣，得合金熔体。(3)压铸。本发明所获得合金具有均匀分布的第二相和均匀细小的显微组织，平均晶粒度≥4级，第二相颗粒尺寸≤20μm，呈弥散分布状态，导热系数＞130W/(m·K)。该铸造超高导热镁合金可用于在强度要求不高、高导热的轻量化结构材料领域。

技术领域

本发明属于有色金属领域，具体涉及一种超高导热压铸镁合金及其制备方法。

背景技术

近年来，随着航空航天、武器装备、汽车、电子通讯等领域的发展，高集成、轻量化的需求不断提升，对构件散热提出更高要求，迫切需要开发轻量化、高热导率(κ)的材料。目前散热构件主要是铝(～237W/(m·K))、铜(～401W/(m·K))及合金。镁导热系数(～156W/(m·K))导热系数稍低，但比强高，是最佳的轻量化材料。被认为是铝构件的热门替代材料，特别是在轻量化程度高需求度的电子通讯领域[镁及其合金导热研究进展.金属学报，2022，58(04)：400-411]。常用镁合金的导热系数与铝合金比还有明显差距，因此，导热系数＞125W/(m·K)的高强高导热镁合金材料开发是未来导热镁合金发展的主流方向[我国先进镁合金材料产业2035发展战略研究.中国工程科学，2020，22(05)：76-83]。目前散热材料及其构件已达到千亿市场规模，预计到2025年同类散热件镁替代率超过10％，其市场潜力巨大(《2022-2028全球与中国高导热镁合金市场现状及未来发展趋势》，恒州博智)。

商业导热镁合金多为变形镁合金[GB/T 38714--2020高导热镁合金型材]。如：Mg-Zn系列中Mg-2Zn-Zr(热导率为132.1W/(m·K)、抗拉强度达279MP)需经过643K/12h固溶→673K轧制→673K/1h退火→693K/4h+448K/24h时效，其时效和变形处理工艺较为繁琐。再如：Mg-Mn系列中Mg-0.5Mn-0.3Ce，制备工艺：T4(693K/12h)+挤压(673K)，其室温热导率达126.9W/(m·K)、抗拉强度达320.9MPa。导热变形镁合金市场多集中于对导热和强度均具有较高要求的5G基站、车用构件[2022年镁合金行业市场规模及发展前景趋势分析，中研普华]。商用铸造镁合金导热系数低，如Mg-A1系列合金导热性能仅为80W/(m·K)，Mg-RE系列导热系数～50W/(m·K)，无法直接用于散热构件。通过添加多种合金元素，Mg-A1合金可达到110W/(mK)、抗拉强度大于220MPa，如Mg-3A1-3Ce-0.25Mn-1.55La-0.6Zn-0.15Ca压铸试样[一种汽车逆变器壳体用高导热压铸镁合金，CN109136699B]；其合金成分过于复杂，制备难度大。Mg-RE系列通过添加合金元素可提升至～100W/(m·K)，Mg-4Sm-(0.5～2.64)-Al[一种含有高固溶度稀土元素的高导热镁合金及其制备方法CN114351022A]，导热为80～135W/(m·K)，未见力学性能指标。现有文献报道Mg-4Sm-Al-0.3Mn铸态合金抗拉强度仅为105MPa，可见Mg-4Sm-A1体系强度损失较大，且成本较高[铸态和挤压态Mg-4Sm-Al-0.3Mn-xZn合金微观组织和力学性能研究.材料导报，2019，33(08)：1354-1360]。近期文献报道Mg-2Sn-2.3La铸造镁合金，其导热系数达到149W/(m·K)，但未见力学性能指标[Microstructure evolution and improvement of thermal conductivity in Mg-2Snalloy induced by La addition.Journal of Materials Research and Technology，2022，17：1380-1389]，现有文献报道Mg-2.3Sn-2La铸态合金抗拉强度仅为134MPa，可见Mg-Sn-La体系同样强度损失较大[铸态Mg-xSn-2La合金的组织与性能[J].特种铸造及有色合金，2009，29(03)：266-269+194-195]。