权利要求

1.一种高强高导热稀土镁合金，其特征在于，以质量百分比计，组分包括：

Zn 8.0～12.0%、混合稀土2.5～3.5%、Al 0.3～0.5%、X元素0～2.0%，余量为Mg和不可避免的杂质元素;

所述X元素为Sb、Sn和Y中的至少一种;

所述混合稀土包括Ce 66.0～66.3wt.%和La 33.0～33.5wt.%，余量为不可避免的杂质元素。

2.如权利要求1所述的高强高导热稀土镁合金的制备方法，其特征在于，步骤包括：

将Mg锭、Al锭、Zn锭、混合稀土和Mg-X熔化，进行精炼除渣，随后浇铸得到所述高强高导热稀土镁合金;

所述Mg-X为Mg-Sb、Mg-Sn和Mg-Y中的至少一种。

3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述将Mg锭、Al锭、Zn锭、混合稀土和Mg-X熔化时通入SF6+CO2进行保护。

4.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述Mg锭的熔化温度为700-740℃。

5.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述Al锭和Zn锭的熔化温度为710-730℃。

6.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述混合稀土和Mg-X的熔化温度为740-750℃。

7.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述精炼除渣的温度为730-760℃。

8.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述精炼除渣为加入原料总质量2%的RJ-5溶剂精炼20-30min。

9.如权利要求1所述的高强高导热稀土镁合金在3C、汽车以及航天航空制造中的应用。

说明书

技术领域

[0001]本发明属于有色金属材料技术领域，更具体的说是涉及一种高强高导热镁合金及其制备方法。

背景技术

[0002]镁作为目前常见的工程应用中的轻结构材料，其密度为1.74g/cm3，是铝的2/3，钢的1/4，具有比强度、比刚度高、导热导电性好、阻尼减振、电磁屏蔽、易于加工成形和容易回收等优点。在未来将会逐渐在汽车、3C产品、航空航天等领域具有越来越重要的应用价值和广阔的应用前景。

[0003]目前，3C、汽车以及航天航空制造领域对于散热以及传热的结构件材料的热传导和散热性能做出了更高的要求。研究表明，镁合金散热的速率要高于铝合金，且密度相对低，未来在散热材料轻量化领域具有广阔的应用前景。在常温条件下，纯镁的热导率可达154W/(m·K)，然而其力学性能差强人意，在众多镁合金强韧化的方法中，合金化是提升其力学性能最便捷最直接的方式，但该方法会一定程度上降低镁合金的导热性能。目前最常用的AZ系列的镁合金材料，其热导率均小于90W/(m·K)，甚至AZ91D的热导率仅为51W/(m·K)，远远不能满足散热结构件的需求。

[0004]因此，如何获得一种兼备高强度、高导热的镁合金材料，拓宽镁合金在3C、汽车以及航天航空方面的应用成为了本领域技术人员亟需攻克的难题。

发明内容

[0005]本发明的目的是提供一种高强高导热镁合金及其制备方法，更具体的涉及一种高强高导热稀土镁合金及其制备方法，通过添加高Zn和La\Ce稀土，提高镁合金力学性能的同时保障其较高的热导率，通过添加少量的Al，优化合金的铸造性能，X元素(Sb、Sn、Y)能够细化晶粒尺寸，提升合金的力学性能，以解决上述现有技术存在的问题。

[0006]为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

[0007]本发明技术方案之一：提供一种高强高导热稀土镁合金，以质量百分比计，组分包括：

[0008]Zn 8.0～12.0%、混合稀土2.5～3.5%、Al 0.3～0.5%、X元素0～2.0%，余量为Mg和不可避免的杂质元素;

[0009]所述X元素为Sb、Sn和Y中的至少一种。

[0010]进一步的，所述混合稀土包括Ce 66.0～66.3wt.%和La 33.0～33.5wt.%，余量为不可避免的杂质元素。

[0011]本发明中每种杂质元素含量均小于0.05%。

[0012]本发明技术方案之二：提供一种上述高强高导热稀土镁合金的制备方法，步骤包括：

[0013]将Mg锭、Al锭、Zn锭、混合稀土和Mg-X熔化，进行精炼除渣，随后浇铸得到所述高强高导热稀土镁合金;

[0014]所述Mg-X为Mg-Sb、Mg-Sn和Mg-Y中的至少一种。

[0015]进一步的，所述将Mg锭、Al锭、Zn锭、混合稀土和Mg-X熔化时通入SF6+CO2进行保护。

[0016]进一步的，所述Mg锭的熔化温度为700-740℃。

[0017]进一步的，所述Al锭和Zn锭的熔化温度为710-730℃。

[0018]进一步的，所述混合稀土和Mg-X的熔化温度为740-750℃。

[0019]进一步的，所述精炼除渣的温度为730-760℃。

[0020]进一步的，所述精炼除渣为加入原料总质量2%的RJ-5溶剂精炼20-30min。

[0021]本发明中，所用的Al锭合金化效率为100%，Zn锭合金化效率为100%，混合稀土合金化效率为80%。

[0022]本发明技术方案之三：提供一种上述高强高导热稀土镁合金在3C、汽车以及航天航空制造中的应用。

[0023]本发明公开了以下技术效果：

[0024]本发明在合金中添加Zn、La/Ce混合稀土等对镁合金热导率影响较小的合金元素，降低了合金元素对于热导率的负面影响，并且La/Ce混合稀土以及Al元素的添加，优化了合金的铸造性能，细化晶粒，提升了合金的力学性能，在晶界处形成了大量的第二相，进一步强化了合金的力学性能。

[0025]本发明制备方法简单，成本低廉，可广泛应用于3C、汽车、航空航天散热件等领域。

附图说明

[0026]构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

[0027]图1为实施例1制得的高强高导热稀土镁合金的金相组织图，其中，(a)为放大50倍，(b)为放大100倍，(c)为放大200倍，(d)为放大500倍;

[0028]图2为本发明实施例1制得的高强高导热稀土镁合金拉伸断口形貌，其中，(a)为放大20倍，(b)为放大50倍，(c)为放大50倍。

具体实施方式

[0029]现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。

[0030]应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值，以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。

[0031]除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。

[0032]在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本发明说明书和实施例仅是示例性的。

[0033]关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。

[0034]本发明具体实施方案中所用原料及试剂均为市售产品。

[0035]本发明具体实施方案中涉及的“%”若无特殊说明均为质量百分比。

[0036]本发明具体实施方案中所用的混合稀土为La/Ce混合稀土，其中，La和Ce的质量比为1:2。

[0037]实施例1

[0038]高强高导热稀土镁合金的制备步骤包括：

[0039]S1、按照Zn 10.9%、混合稀土3.3%、Al 0.3%、Sn 0.07%、Sb 0.01%、Y 0.01%和余量Mg准备Mg锭、Al锭、Zn锭、La/Ce混合稀土、Mg-X(Mg-Sn、Mg-Sb和Mg-Y);

[0040]S2、将上述原料在120±5℃条件下预热干燥3h;

[0041]S3、预热干燥后，通入SF6+CO2进行保护，在熔炼炉底部铺设一层RJ-2溶剂，防止后续镁锭在熔化时的氧化燃烧，再将Mg锭投入熔炼炉，升温至687℃，熔化Mg锭，随后将温度调整至718℃，投入Al锭和Zn锭，熔化后，将温度调整至732℃，投入La/Ce混合稀土和Mg-X，充分熔炼，得到合金液;

[0042]S4、将上述合金液的温度调整至738℃，投入原料总量2%的RJ-5熔剂，用氩气进行搅拌，然后静置20min，得到精炼合金液;

[0043]S5、将上述精炼合金液浇铸后得到高强高导热稀土镁合金。

[0044]图1为实施例1制得的高强高导热稀土镁合金的金相组织图，其中，(a)为放大50倍，(b)为放大100倍，(c)为放大200倍，(d)为放大500倍。由图可知，该合金中第二相大多沿着晶界析出，形态多为连续分布，但并未沿着晶界形成环状第二相。而对于铸态金属而言，弥散分布的第二相增多对热导率更不利，因此连续分布的这种第二相相较于弥散分布的第二相而言对合金的热导率影响较小。

[0045]图2本发明实施例1制得的高强高导热稀土镁合金拉伸断口形貌，其中，(a)为放大20倍，(b)为放大50倍，(c)为放大50倍。

[0046]实施例2

[0047]高强高导热稀土镁合金的制备步骤包括：

[0048]S1、按照Zn 10.6%、混合稀土3.5%、Al 0.5%、Sn 0.07%、Sb 0.01%、Y 0.01%和余量Mg准备Mg锭、Al锭、Zn锭、La/Ce混合稀土、Mg-X(Mg-Sn、Mg-Sb和Mg-Y);

[0049]S2-S5、同实施例1。

[0050]实施例3

[0051]高强高导热稀土镁合金的制备步骤包括：

[0052]S1、按照Zn 8.01%、混合稀土3.01%、Al 0.3%、Sn 0.07%、Sb 0.01%、Y 0.01%和余量Mg准备Mg锭、Al锭、Zn锭、La/Ce混合稀土、Mg-X(Mg-Sn、Mg-Sb和Mg-Y);

[0053]S2-S5、同实施例1。

[0054]实施例4

[0055]高强高导热稀土镁合金的制备步骤包括：

[0056]S1、按照Zn 8.01%、混合稀土3.01%、Al 0.5%、Sn 0.07%、Sb 0.01%、Y 0.01%和余量Mg准备Mg锭、Al锭、Zn锭、La/Ce混合稀土、Mg-X(Mg-Sn、Mg-Sb和Mg-Y);

[0057]S2-S5、同实施例1。

[0058]实施例5

[0059]高强高导热稀土镁合金的制备步骤包括：

[0060]S1、按照Zn 11.89%、混合稀土3.03%、Al 0.3%、Sn 0.068%、Sb 0.011%、Y0.009%和余量Mg准备Mg锭、Al锭、Zn锭、La/Ce混合稀土、Mg-X(Mg-Sn、Mg-Sb和Mg-Y);

[0061]S2-S5、同实施例1。

[0062]实施例6

[0063]高强高导热稀土镁合金的制备步骤包括：

[0064]S1、按照Zn 11.99%、混合稀土3.08%、Al 0.5%、Sn 0.065%、Sb 0.013%、Y0.009%和余量Mg准备Mg锭、Al锭、Zn锭、La/Ce混合稀土、Mg-X(Mg-Sn、Mg-Sb和Mg-Y);

[0065]S2-S5、同实施例1。

[0066]实施例7

[0067]高强高导热稀土镁合金的制备步骤包括：

[0068]S1、按照Zn 10.9%、混合稀土3.3%、Al 0.42%和余量Mg，准备Mg锭、Al锭、Zn锭、La/Ce混合稀土;

[0069]S2、将上述原料在120±5℃条件下预热干燥3h;

[0070]S3、预热干燥后，通入SF6+CO2进行保护，将Mg锭投入熔炼炉，升温至683℃，熔化Mg锭，随后将温度调整至718℃，投入Al锭和Zn锭，熔化后，将温度调整至732℃，投入La/Ce混合稀土，充分熔炼，得到合金液;

[0071]S4、将上述合金液的温度调整至738℃，投入镁锭质量2%的RJ-5熔剂，用氩气进行搅拌，然后静置20min，得到精炼合金液;

[0072]S5、将上述精炼合金液浇铸后得到高强高导热稀土镁合金。

[0073]实施例8

[0074]高强高导热稀土镁合金的制备步骤包括：

[0075]S1、按照Zn 10.38%、混合稀土3.31%、Al 0.3%、Sn 0.07%、Sb 0.01%、Y0.01%和余量Mg准备Mg锭、Al锭、Zn锭、La/Ce混合稀土、Mg-X(Mg-Sn、Mg-Sb和Mg-Y);

[0076]S2-S5、同实施例1。

[0077]对比例1

[0078]高强高导热稀土镁合金的制备步骤包括：

[0079]S1、按照Zn 7.21%、混合稀土3.31%、Al 0.3%、Sn 0.07%、Sb 0.01%、Y 0.01%和余量Mg准备Mg锭、Al锭、Zn锭、La/Ce混合稀土、Mg-X(Mg-Sn、Mg-Sb和Mg-Y);

[0080]S2-S5、同实施例1。

[0081]对比例2

[0082]高强高导热稀土镁合金的制备步骤包括：

[0083]S1、按照Zn 13.34%、混合稀土3.31%、Al 0.3%、Sn 0.07%、Sb 0.01%、Y0.01%和余量Mg准备Mg锭、Al锭、Zn锭、La/Ce混合稀土、Mg-X(Mg-Sn、Mg-Sb和Mg-Y);

[0084]S2-S5、同实施例1。

[0085]对比例3

[0086]高强高导热稀土镁合金的制备步骤包括：

[0087]S1、按照Zn 10.38%、混合稀土1.32%、Al 0.3%、Sn 0.07%、Sb 0.01%、Y0.01%和余量Mg准备Mg锭、Al锭、Zn锭、La/Ce混合稀土、Mg-X(Mg-Sn、Mg-Sb和Mg-Y);

[0088]S2-S5、同实施例1。

[0089]对比例4

[0090]高强高导热稀土镁合金的制备步骤包括：

[0091]S1、按照Zn 10.38%、混合稀土4.1%、Al 0.3%、Sn 0.07%、Sb 0.01%、Y 0.01%和余量Mg准备Mg锭、Al锭、Zn锭、La/Ce混合稀土、Mg-X(Mg-Sn、Mg-Sb和Mg-Y);

[0092]S2-S5、同实施例1。

[0093]对比例5

[0094]高强高导热稀土镁合金的制备步骤包括：

[0095]S1、按照Zn 10.38%、混合稀土3.31%、Al 0.2%、Sn 0.07%、Sb 0.01%、Y0.01%和余量Mg准备Mg锭、Al锭、Zn锭、La/Ce混合稀土、Mg-X(Mg-Sn、Mg-Sb和Mg-Y);

[0096]S2-S5、同实施例1。

[0097]对比例6

[0098]高强高导热稀土镁合金的制备步骤包括：

[0099]S1、按照Zn 10.38%、混合稀土3.31%、Al 0.6%、Sn 0.07%、Sb 0.01%、Y0.01%和余量Mg准备Mg锭、Al锭、Zn锭、La/Ce混合稀土、Mg-X(Mg-Sn、Mg-Sb和Mg-Y);

[0100]S2-S5、同实施例1。

[0101]对比例7

[0102]高强高导热稀土镁合金的制备步骤包括：

[0103]S1、按照Zn 10.38%、混合稀土3.31%、Sn 0.07%、Sb 0.01%、Y 0.01%和余量Mg准备Mg锭、Al锭、Zn锭、La/Ce混合稀土、Mg-X(Mg-Sn、Mg-Sb和Mg-Y);

[0104]S2-S5、同实施例1。

[0105]对实施例1-8和对比例1-7制得的镁合金进行力学性能和热导率测试，结果如表1所示。

[0106]表1

[0107]

[0108]

[0109]由表1数据可以看出，本发明实施例1-7制得的镁合金的力学性能和热导率相较与AZ91D均有一定提升，其中热导率提升更为显著。当Zn元素不在本发明限定范围内时，如对比例1和2的数据，可以看出当Zn含量低于下限时，其电导率存在小幅提升，但是其力学性能有所下降，当Zn含量高于上限时，力学性能有所提升但其热导率明显下降;当La/Ce稀土元素不在本发明限定范围内时，如对比例3和对比例4的数据，可以看出La/Ce元素的添加可以优化合金的综合力学性能，但是也会影响合金的导热性能;当Al元素不在本发明限定范围内时，如对比例5到对比例7的数据，可以看出Al元素的添加可以调高合金的力学性能，但是对于导热率损害较大。

[0110]本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

[0111]对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

说明书附图(2)