一種鎂合金及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種鎮(zhèn)合金及其制備方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 金屬鎮(zhèn)在所有的工程金屬中最顯著的特點(diǎn)就是質(zhì)量輕，它的密度只有1. 78g/cm3， 約為鋼的2/9,鉛的2/3,是迄今具有工程應(yīng)用價值的最輕金屬材料。而且，鎮(zhèn)合金具有較高 的比強(qiáng)度和比剛度、更好的減震性能W及更強(qiáng)的抗福射能力等一系列優(yōu)點(diǎn)。隨著電子產(chǎn)品 向輕薄化和多功能化方向發(fā)展，高強(qiáng)度高導(dǎo)熱的鎮(zhèn)合金成為重要的候選結(jié)構(gòu)材料。
[0003] 電子產(chǎn)品由于通常需要復(fù)雜精密的結(jié)構(gòu)件，因此壓鑄合金成為常用的結(jié)構(gòu)件。目 前常用的壓鑄鎮(zhèn)合金屬于AZ91系列合金，該類合金具有良好的鑄造性能及機(jī)械強(qiáng)度，經(jīng)熱 處理后的材料強(qiáng)度甚至可W超過化104鉛合金，因此得到廣泛應(yīng)用。但是，AZ91系列合金的 導(dǎo)熱系數(shù)只有70W/(m?K)，遠(yuǎn)低于鑄造鉛合金所具有的100W/(m?K)W上的導(dǎo)熱系數(shù)。因 此，將現(xiàn)有低導(dǎo)熱系數(shù)的鎮(zhèn)合金作為電子產(chǎn)品的零部件極大地影響了電子產(chǎn)品對散熱的要 求。
[0004] 另外，作為電子產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)件，還需要鎮(zhèn)合金具有較好的耐腐蝕性能，W滿足器件 加工W及使用要求。
[0005] 因此，迫切需要一種既具有優(yōu)良的機(jī)械性能和耐腐蝕性能，又具有高導(dǎo)熱系數(shù)，同 時具有良好耐腐蝕性的鎮(zhèn)合金，W便滿足電子產(chǎn)品發(fā)展的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有的鎮(zhèn)合金材料導(dǎo)熱系數(shù)低的技術(shù)問題，提供一種鎮(zhèn)合 金及其制備方法和應(yīng)用，該鎮(zhèn)合金不僅具有較高的機(jī)械性能和耐腐蝕性能，并且還具有高 的導(dǎo)熱系數(shù)。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明的第一個方面，本發(fā)明提供了一種鎮(zhèn)合金，W該鎮(zhèn)合金的總量為基準(zhǔn)， W重量百分比計(jì)，該鎮(zhèn)合金含有W下元素：
[0008]
[0009] 根據(jù)本發(fā)明的第二個方面，本發(fā)明提供了一種鎮(zhèn)合金，W該鎮(zhèn)合金的總量為基準(zhǔn)， W重量百分比計(jì)，該鎮(zhèn)合金含有W下元素：

[0012] 根據(jù)本發(fā)明的第H個方面，本發(fā)明提供了一種鎮(zhèn)合金的制備方法，該方法包括將 鎮(zhèn)合金原料進(jìn)行烙煉，并將烙煉得到的合金液進(jìn)行德鑄，冷卻后得到鎮(zhèn)合金，其中，所述鎮(zhèn) 合金原料的組成使得得到的鎮(zhèn)合金為本發(fā)明提供的鎮(zhèn)合金。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的第四個方面，本發(fā)明提供了所述鎮(zhèn)合金作為導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用。
[0014] 本發(fā)明提供的鎮(zhèn)合金顯示出良好的綜合機(jī)械性能，不僅具有較高的強(qiáng)度和硬度， 而且具有較高的延伸率，能夠加工成具有各種形狀和厚薄的結(jié)構(gòu)元件。更重要的是，本發(fā) 明提供的鎮(zhèn)合金具有良好的導(dǎo)熱性能，導(dǎo)熱系數(shù)一般為IOOW/(m-K)W上，甚至能夠達(dá)到 120W/(m-K)W上。同時，本發(fā)明提供的鎮(zhèn)合金還具有較好的耐腐蝕性能，能滿足多種加工 方法和使用環(huán)境的要求。
[0015] 本發(fā)明提供的鎮(zhèn)合金適于作為對導(dǎo)熱性能要求較高的結(jié)構(gòu)材料，特別是作為電子 產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)件。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 本發(fā)明提供了一種鎮(zhèn)合金，W該鎮(zhèn)合金的總量為基準(zhǔn)，W重量百分比計(jì)，該鎮(zhèn)合金 含有W下元素：
[0017]
[0018] 本發(fā)明的鉛合金含有Al元素。Al元素可W改善鎮(zhèn)合金的鑄造性能、耐腐蝕性和機(jī) 械性能，但是Al元素的含量過高，會導(dǎo)致鎮(zhèn)合金的導(dǎo)熱系數(shù)降低。因此，為了既能利用Al 元素的鑄造性能、耐腐蝕性能和機(jī)械性能，又不降低鎮(zhèn)合金的導(dǎo)熱性能，W鎮(zhèn)合金的總量為 基準(zhǔn)，W重量百分比計(jì)，所述鎮(zhèn)合金中Al元素的含量為0. 2-1. 35重量％。在兼顧鎮(zhèn)合金的 機(jī)械性能和耐腐蝕性能的前提下，從進(jìn)一步提高鎮(zhèn)合金的導(dǎo)熱性能的角度出發(fā)，W鎮(zhèn)合金 的總量為基準(zhǔn)，W重量百分比計(jì)，所述鎮(zhèn)合金中Al元素的含量優(yōu)選為0. 5-1%。
[0019] 本發(fā)明的鉛合金含有Si元素。Si元素可W與鎮(zhèn)合金中的Mg元素形成MgzSi強(qiáng)化 相，使得鎮(zhèn)合金具有較高的硬度和較低的膨脹系數(shù)，從而改善鎮(zhèn)合金的機(jī)械性能。另外，Si 元素的引入可W顯著改善合金的鑄造性能，但是Si元素的含量過高，會對鎮(zhèn)合金的導(dǎo)熱性 能和耐腐蝕性能產(chǎn)生不利影響。本發(fā)明中，W鎮(zhèn)合金的總量為基準(zhǔn)，W重量百分比計(jì)，Si元 素的含量為0. 1-2%。更優(yōu)選地，W鎮(zhèn)合金的總量為基準(zhǔn)，W重量百分比計(jì)，Si元素的含量 為1-2 %，此時鎮(zhèn)合金不僅具有良好的導(dǎo)熱性能，而且具有更高的強(qiáng)度和硬度，同時仍然具 有良好的耐腐蝕性能。
[0020] 本發(fā)明的鉛合金含有Mn元素。Mn元素可W提高鎮(zhèn)合金的腐蝕性能，并且Mn元素 可W與鎮(zhèn)合金中的雜質(zhì)元素化形成高烙點(diǎn)的沉淀而析出，從而凈化鎮(zhèn)合金的烙體。同時， 適量Mn元素的引入還可W改善合金的鑄造能力。但是，鎮(zhèn)合金中Mn元素含量過高時，鎮(zhèn)合 金的導(dǎo)熱性能下降。在本發(fā)明中，W鎮(zhèn)合金的總量為基準(zhǔn)，W重量百分比計(jì)，Mn元素的含量 為0. 05-3重量％。更優(yōu)選地，W鎮(zhèn)合金的總量為基準(zhǔn)，W重量百分比計(jì)，所述鎮(zhèn)合金中Mn 元素的含量為0. 4-2. 6重量％。
[0021] 稀±元素可W增大鎮(zhèn)合金中的合金結(jié)晶溫度的間隔，因此可W顯著改善鎮(zhèn)合金的 鑄造性能，同時，稀±元素在鎮(zhèn)合金中具有較大的固溶度，而且隨著烙煉后溫度的降低，可 W析出強(qiáng)化相。因此，稀±元素的加入可W提高鎮(zhèn)合金的屈服強(qiáng)度和鑄造特性。然而，過量 稀±元素的加入會大幅降低鎮(zhèn)合金的導(dǎo)熱系數(shù)，并使鎮(zhèn)合金的耐腐蝕性能變劣。在本發(fā)明 中，所述鎮(zhèn)合金還可W含有稀±元素，但是，W鎮(zhèn)合金的總量為基準(zhǔn)，W重量百分比計(jì)，稀± 元素的含量為不高于1 %。優(yōu)選地，W鎮(zhèn)合金的總量為基準(zhǔn)，W重量百分比計(jì)，稀±元素的含 量為0. 2-0. 5%，送樣不僅能夠獲得進(jìn)一步提高的耐腐蝕性能，而且鎮(zhèn)合金仍然具有較高的 導(dǎo)熱性能。所述稀±元素可W為Y、Sc、La、Ce、Pr、NcU化、Sm、Eu、GcUTKDy、Ho、Er、時1、孔 和Lu中的一種或兩種W上。本發(fā)明的發(fā)明人在研究過程中發(fā)現(xiàn)，所述稀±元素為Ce、Y和 Nd中的一種、兩種或H種時，適量稀±元素的存在能獲得更好的鑄造性能和固溶強(qiáng)化性能， 使得鎮(zhèn)合金具有更高的強(qiáng)度，同時對鎮(zhèn)合金的導(dǎo)熱性能沒有明顯不利影響。
[0022] 化元素可W提高Al元素在鎮(zhèn)合金中的固溶度，從而提高Al的固溶強(qiáng)化作用。另 夕F，金屬化是低烙點(diǎn)的金屬，可W顯著地降低鎮(zhèn)合金的烙點(diǎn)，從而改善鎮(zhèn)合金的鑄造性能。 但是，過量的化元素又會顯著影響合金的導(dǎo)熱性能和耐腐蝕特性，并使鎮(zhèn)合金的延伸率降 低。因此，本發(fā)明的鎮(zhèn)合金可W含有化元素，但是，W鎮(zhèn)合金的總量為基準(zhǔn)，W重量百分比 計(jì)，所述鎮(zhèn)合金中化元素的含量為不高于1重量％。優(yōu)選地，W鎮(zhèn)合金的總量為基準(zhǔn)，W重 量百分比計(jì)，所述鎮(zhèn)合金中化元素的含量為0. 1-0. 5%。更優(yōu)選地，W鎮(zhèn)合金的總量為基 準(zhǔn)，W重量百分比計(jì)，所述鎮(zhèn)合金中化元素的含量為0. 3-0. 5%。
[0023]Be元素可W在鎮(zhèn)合金烙體的表面形成致密的BeO,并填充到疏松的MgO膜層中，降 低鎮(zhèn)合金烙體與外界的表面接觸。并且，Be元素還是壓鑄鎮(zhèn)合金時重要的阻燃元素，少量的 Be元素可W大幅改善合金的冶金特性，但Be元素昂貴且其蒸氣及氧化物對人體有害，應(yīng)控 制為適量。同時，過量的Be元素導(dǎo)致鎮(zhèn)合金的延伸率降低。本發(fā)明中，W鎮(zhèn)合金的總量為基 準(zhǔn)，W重量百分比計(jì)，所述鎮(zhèn)合金中Be元素的含量為不高于0. 1重量％。優(yōu)選地，W鎮(zhèn)合金 的總量為基準(zhǔn)，W重量百分比計(jì)，所述鎮(zhèn)合金中Be元素的含量為0. 01-0. 05%。更優(yōu)選地， W鎮(zhèn)合金的總量為基準(zhǔn)，W重量百分比計(jì)，所述鎮(zhèn)合金中Be元素的含量為0. 03-0. 05%。
[0024]Zr作為一種重要的合金化元素，可W與鐵化合生成ZrzFez和ZrzFes合金，在鑄造 前既可W將雜質(zhì)鐵從合金中沉淀出來，從而提高合金的純度，改善合金的耐腐蝕特性；同 時，Zr還可W顯著地細(xì)化鎮(zhèn)合金晶粒，提高合金的力學(xué)性能，但過量添加Zr元素，一方面會 增加合金成本，另一方面會產(chǎn)生成分偏析而影響合金綜合性能。本發(fā)明中，W鎮(zhèn)合金的總量 為基準(zhǔn)，W重量百分比計(jì)，所述鎮(zhèn)合金中Zr元素的含量不高于1重量％。優(yōu)選地，W鎮(zhèn)合金 的總量為基準(zhǔn)，W重量百分比，所述鎮(zhèn)合金中Zr元素的含量為0. 1-0. 5%。更優(yōu)選地，W鎮(zhèn) 合金的總量為基準(zhǔn)，W重量百分比計(jì)，所述鎮(zhèn)合金中Zr元素的含量為0. 3-0. 5%。
[0025] 在本發(fā)明的一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，W該鎮(zhèn)合金的總量為基準(zhǔn)，W重量百分比計(jì)， 該鎮(zhèn)合金含有W下元素中的一種、兩種或H種：
[0026]Zn 0.1-0. 5%,
[0027]Be 0.01-0.05%,
[0028]Zr 0.1-0. 5%。
[0029]Fe、化、Ni、Co、Sn和化對鎮(zhèn)合金的耐腐蝕性能具有不利影響，在含量過高時，還 對鎮(zhèn)合金的導(dǎo)熱性能具有不利影響。根據(jù)本發(fā)明的鎮(zhèn)合金，W鎮(zhèn)合金的總量為基準(zhǔn)，W重量 百分比計(jì)，所述鎮(zhèn)合金中，化元素的含量優(yōu)選不高于0.005% ;化元素的含量優(yōu)選不高于 0.Ol%，更優(yōu)選不高于0. 005% ;Ni元素的含量優(yōu)選不高于0.Ol%，更優(yōu)選不高于0. 005% ; Co元素的含量優(yōu)選不高于0.Ol%，更優(yōu)選不高于0. 005% ;Sn元素的含量優(yōu)選不高于 0. 005% ;化兀素的含量優(yōu)選不局于0.005%。
[0030] 根據(jù)本發(fā)明的鎮(zhèn)合金允許存在少量其它金屬元素，如Li、化、K、Sr、Ba、Ga、In、Ge、 訊、Bi、V、Nb、Cr、Mo、W、Tc、Ru、Pd、Pt、Ag和Au中的一種、兩種或H種W上。W鎮(zhèn)合金的總 量為基準(zhǔn)，W重量百分比計(jì)，上述其它金屬元素的總量一般不高于1%，優(yōu)選不高于0. 5%， 更優(yōu)選不高于0.2%。
[0031] FeXu、化、Co、Sn和化W及所述其它金屬兀素可W來源于制備合金時合金原料中 的雜質(zhì)，也可W來源于制備合金時作為合金的一種組成元素而添加的原料。
[0032] 在本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)例中，W該鎮(zhèn)合金的總量為基準(zhǔn)，W重量百分比計(jì)，該鎮(zhèn)合 金含有W下元素：
[0034] 根據(jù)該優(yōu)選的實(shí)例，所述鎮(zhèn)合金可W含有上述其它金屬元素中的一種或