本發(fā)明涉及金屬材料領(lǐng)域，具體涉及一種高導(dǎo)熱稀土鎂合金及其制備方法。
背景技術(shù)：
：在一些特殊的領(lǐng)域，如航天航空或者高精密電子儀器制造等領(lǐng)域，有些部件必須采用具有高導(dǎo)熱性能的材料，導(dǎo)熱率越大，越有利于將自身產(chǎn)生的熱量迅速導(dǎo)出，同時(shí)減小構(gòu)件在熱載荷作用下的變形，使其工作穩(wěn)定。在民用領(lǐng)域，一些產(chǎn)品仍然急需提高散熱效率，如，led、3c產(chǎn)品、核心芯片(cpu)等，在這些產(chǎn)品中，散熱問(wèn)題成為阻礙其不斷發(fā)展的瓶頸。相對(duì)于傳統(tǒng)的鋁合金等散熱材料，鎂合金散熱快、效果好，且鎂合金的質(zhì)量更輕，金屬鎂資源豐富可持續(xù)發(fā)展。所以越來(lái)越多的科技工作者及企業(yè)把高導(dǎo)熱鎂合金作為未來(lái)散熱材料研究開發(fā)的重點(diǎn)方向。然而，目前對(duì)鎂合金的研究主要集中于作為結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用，對(duì)鎂合金的導(dǎo)熱性能不管是基礎(chǔ)研究還是產(chǎn)品開發(fā)都還有待進(jìn)一步的發(fā)展。鎂合金熱導(dǎo)率對(duì)材料的組織形態(tài)非常敏感，而材料組織形態(tài)與成分及加工方法密切相關(guān)。純鎂的熱導(dǎo)率大概為158w/(m.k)，隨著合金元素的加入，固溶于鎂基體中的原子會(huì)導(dǎo)致鎂合金熱導(dǎo)率急劇降低。因此，商業(yè)上廣泛應(yīng)用的az(鋁鋅)系鎂合金其熱導(dǎo)率遠(yuǎn)小于100w/(m.k)，從而限制了鎂合金作為散熱材料的使用。稀土元素(y、ce、nd等)可以顯著提高鎂合金的力學(xué)性能，但同樣會(huì)降低其熱導(dǎo)率，如we(鐿、稀土)系鎂合金的室溫?zé)釋?dǎo)率小于60w/(m.k)。基于此，開發(fā)一種強(qiáng)度高導(dǎo)熱性能良好且成本低密度小的鎂合金顯得尤為重要。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有鎂合金無(wú)法兼顧高強(qiáng)度、高熱導(dǎo)率的技術(shù)問(wèn)題，提供了一種高導(dǎo)熱稀土鎂合金及其制備方法。本發(fā)明提供的基礎(chǔ)方案為：一種高導(dǎo)熱稀土鎂合金，含有鋅2.5-3.5wt.％；鋯0.15-0.35wt.％；釤0-1.5wt.％；其余為鎂和不可避免雜質(zhì)。另，上述wt.％的含義為重量百分比；不可避免雜質(zhì)主要是因?yàn)樵谝睙挼男袠I(yè)中，雜質(zhì)的含量通常是不可避免的，只能說(shuō)通過(guò)優(yōu)化工藝減少雜質(zhì)，或者是工藝改進(jìn)，利用一些的雜質(zhì)提升合金品質(zhì)，如生鐵和鋼的區(qū)別就是對(duì)碳元素的利用優(yōu)化。本發(fā)明的原理及優(yōu)點(diǎn)在于：mg-zn系鎂合金是目前工業(yè)上應(yīng)用最為廣泛的鎂合金之一，具有較好的熱導(dǎo)率；鋯(zr，特別說(shuō)明，本文中鋯與zr等同)可顯著細(xì)化晶粒從而提高力學(xué)性能且在鎂中固溶度小，對(duì)熱導(dǎo)率影響較??；稀土sm(釤，特別說(shuō)明，本文中釤與sm等同)的添加，析出mg-zn-sm稀土相，一方面可起第二相強(qiáng)化作用從而提高力學(xué)性能；另一方面，稀土相的析出會(huì)消耗固溶于鎂基體內(nèi)的zn原子，從而進(jìn)一步提高mg-zn系鎂合金的熱導(dǎo)率。通過(guò)添加適量的稀土元素sm對(duì)mg-zn系鎂合金進(jìn)行合金化。所制備的含sm稀土鎂合金，因稀土sm添加含量較低，使最終合金密度不會(huì)顯著增加，保留了鎂合金低成本和質(zhì)輕的優(yōu)點(diǎn)，含sm稀土相的析出能提高zk(鋅鋯)系鎂合金的改善鎂合金力學(xué)性能并提高熱導(dǎo)率。本發(fā)明提供的一種高強(qiáng)高導(dǎo)熱變形稀土鎂合金，通過(guò)在鎂合金中添加適量的稀土元素可顯著提高鎂合金的熱導(dǎo)率及力學(xué)性能。進(jìn)一步，該鎂合金中含有鋅2.5-3.5wt.％；鋯0.15-0.35wt.％；釤0.1wt.％，其余為鎂和不可避免雜質(zhì)。進(jìn)一步，該鎂合金中含有鋅2.5-3.5wt.％；鋯0.15-0.35wt.％；釤0.15wt.％，其余為鎂和不可避免雜質(zhì)。進(jìn)一步，該鎂合金中含有鋅2.5-3.5wt.％；鋯0.15-0.35wt.％；釤0.25wt.％，其余為鎂和不可避免雜質(zhì)。進(jìn)一步，該鎂合金中含有鋅2.5-3.5wt.％；鋯0.15-0.35wt.％；釤0.36wt.％，其余為鎂和不可避免雜質(zhì)。進(jìn)一步，該鎂合金中含有鋅2.5-3.5wt.％；鋯0.15-0.35wt.％；釤1.44wt.％，其余為鎂和不可避免雜質(zhì)。一種高導(dǎo)熱稀土鎂合金的制備方法，包括如下步驟：1)按含有鋅2.5-3.5wt.％；鋯0.15-0.35wt.％；釤0-1.5wt.％；其余為鎂的成分含量稱取純鎂錠、純鋅粒、mg-zr中間合金、mg-sm中間合金、備用；2)將步驟1)稱取的原材料分別在200℃進(jìn)行干燥預(yù)熱2h，備用；3)將步驟2)預(yù)熱好的純鎂錠放入不銹鋼坩堝中，在保護(hù)氣體的保護(hù)下加熱升溫，保護(hù)氣體為co2和sf6混合氣體，待鎂完全熔化后添加步驟2)預(yù)熱好的純鋅粒、mg-zr中間合金及mg-sm中間合金，保溫10-20min；待合金全部熔化后攪拌均勻并除去表面浮渣，然后靜置10min，再將熔體澆注金屬型模具中，所述金屬模具在澆注前，已經(jīng)升溫至350℃進(jìn)行預(yù)熱，然后自然冷卻，得到鎂合金鑄錠；4)將步驟3)的鎂錠進(jìn)行熱擠壓變形，從而獲得變形鎂合金。本發(fā)明提供的鎂合金制備方法簡(jiǎn)單、成本低。進(jìn)一步，保護(hù)氣體中co2與sf6氣體的體積為99︰1。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，這樣的比例的保護(hù)氣體，在能夠達(dá)到較好的保護(hù)效果的同時(shí)，成本也較低。進(jìn)一步，擠壓變形的擠壓溫度為350℃，擠壓比為28：1，擠壓速率為200mm/min。這樣的操作，是為了在成品中，更好的形成mg-zn-sm稀土相。擠壓比(extrusionratio)是指擠壓筒腔的橫斷面面積同擠壓制品總橫斷面面積之比，也叫擠壓系數(shù)。擠壓比是擠壓生產(chǎn)中用于表示金屬變形量大小的參數(shù)。附圖說(shuō)明圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的鎂合金在光學(xué)顯微鏡(om)下的表層結(jié)構(gòu)示意圖(50μm)；圖2是本發(fā)明實(shí)施例1的鎂合金在電子顯微鏡(sem)下的掃描圖(4μm)；圖3是本發(fā)明實(shí)施例1的鎂合金在鑄態(tài)(步驟3中的熔鑄狀態(tài))時(shí)的xrd衍射圖。具體實(shí)施方式下面通過(guò)具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明：實(shí)施例1一種高導(dǎo)熱稀土鎂合金，該鎂合金中含有鋅2.5wt.％；鋯0.15wt.％；釤0.05wt.％；其余為鎂和不可避免雜質(zhì)。該鎂合金采用如下方法制備，該制備方法包括如下步驟：1)按含有鋅2.5wt.％；鋯0.15wt.％；釤0.05wt.％的成分含量稱取純鎂錠、純鋅粒、mg-zr中間合金、mg-sm中間合金、備用；2)將步驟1)稱取的原材料分別在200℃進(jìn)行干燥預(yù)熱2h，備用；3)將步驟2)預(yù)熱好的純鎂錠放入不銹鋼坩堝中，在保護(hù)氣體的保護(hù)下加熱升溫，保護(hù)氣體為co2和sf6混合氣體，保護(hù)氣體中co2與sf6氣體的體積為99︰1，待鎂完全熔化后添加步驟2)預(yù)熱好的純鋅粒、mg-zr中間合金及mg-sm中間合金，保溫10-20min；待合金全部熔化后攪拌均勻并除去表面浮渣，然后靜置10min，再將熔體澆注金屬型模具中，所述金屬模具在澆注前，已經(jīng)升溫至350℃進(jìn)行預(yù)熱，然后自然冷卻，得到鎂合金鑄錠。4)將步驟3)的純鎂錠進(jìn)行熱擠壓變形，從而獲得變形鎂合金，擠壓變形的擠壓溫度為350℃，擠壓比為28：1，擠壓速率為200mm/min。從圖1和圖2中可以看出本實(shí)施例提供的合金，表面無(wú)明顯瑕疵，排布緊密，力學(xué)性能(抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度等)理論上應(yīng)該十分優(yōu)異。從圖3中可以明顯看出合金中形成較多的mg-zn-sm稀土相，mg-zn-sm稀土相能夠較好的提高合金的強(qiáng)度。實(shí)施例2-7與實(shí)施例1相比，不同之處僅在于，該鎂合金中僅釤的含量不同。具體含量如下表所示：鋅含量(wt.％)鋯含量(wt.％)釤含量(wt.％)實(shí)施例22.50.150.1實(shí)施例32.50.150.15實(shí)施例42.50.150.25實(shí)施例52.50.150.36實(shí)施例62.50.151.44實(shí)施例72.50.151.5對(duì)比例1與實(shí)施例1相比，不同之處僅在于，該鎂合金中釤為0。對(duì)比例2與實(shí)施例1相比，不同之處僅在于，該鎂合金中含釤1.8wt.％。上述所有實(shí)施例和對(duì)比例采用相同的方法進(jìn)行測(cè)試。組織形態(tài)通過(guò)光學(xué)顯微鏡(om)及掃描電子顯微鏡(sem)進(jìn)行觀察；熱導(dǎo)率通過(guò)k＝α·ρ·cp計(jì)算，其中熱擴(kuò)散系數(shù)α在耐馳lfa447閃光法導(dǎo)熱分析儀上進(jìn)行測(cè)試，密度ρ通過(guò)archimedes法測(cè)量，利用neumann-kopp法則計(jì)算合金的比熱容cp；力學(xué)性能在高精密電子拉伸機(jī)上進(jìn)行。表2為所有實(shí)施例和所有對(duì)比例所提供的鎂合金的密度、屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、延伸率和熱導(dǎo)率。從表1中對(duì)比實(shí)施例1與對(duì)比例2，可以得出結(jié)論，添加過(guò)量的sm元素，會(huì)使得合金的密度增大，在一些對(duì)密度有要求的領(lǐng)域(如航空航天)，材料應(yīng)用會(huì)比較困難。對(duì)比實(shí)施例1-7與對(duì)比例1和2的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度，可以得出結(jié)論，不添加或者添加過(guò)量的sm元素都會(huì)使得合金的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度降低。主要原因我們分析，可能是當(dāng)sm添加量較高時(shí)，合金組織不均勻，使合金中存在一些未完全熔化的含sm碎片，導(dǎo)致力學(xué)性能變差。對(duì)比實(shí)施例1-7與對(duì)比例1和2的熱導(dǎo)率，可以得出結(jié)論，sm元素的添加量，在一定范圍內(nèi)能夠提升合金的熱導(dǎo)率，添加過(guò)量后又會(huì)影響熱導(dǎo)率的提升，存在一個(gè)峰值。但是我們也可以得出結(jié)論，不添加或者添加過(guò)量的sm元素都會(huì)使得合金的熱導(dǎo)率降低。另外，因稀土sm價(jià)格便宜且添加含量<1.5wt％，因此合金成本較低。以上所述的僅是本發(fā)明的實(shí)施例，方案中公知的具體結(jié)構(gòu)及特性等常識(shí)在此未作過(guò)多描述。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明結(jié)構(gòu)的前提下，還可以作出若干變形和改進(jìn)，這些也應(yīng)該視為本發(fā)明的保護(hù)范圍，這些都不會(huì)影響本發(fā)明實(shí)施的效果和專利的實(shí)用性。本申請(qǐng)要求的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以其權(quán)利要求的內(nèi)容為準(zhǔn)，說(shuō)明書中的具體實(shí)施方式等記載可以用于解釋權(quán)利要求的內(nèi)容。當(dāng)前第1頁(yè)12