專利名稱：一種導(dǎo)熱鎂合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種導(dǎo)熱鎂合金及其制備方法，屬于金屬材料領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
航空航天中的電源、電子器件的散熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料，既要求優(yōu)良的導(dǎo)熱性能，同時(shí)還必須具有密度小、強(qiáng)度高。因此，高強(qiáng)度、高導(dǎo)熱鎂合金具有重要的應(yīng)用背景。
純鎂的導(dǎo)熱系數(shù)為1.55W.(m.K)-1，強(qiáng)度大約為10MPa左右；合金化后，強(qiáng)度大幅度提高，導(dǎo)熱系數(shù)顯著降低。例如根據(jù)美國鎂及合金手冊(ASM Specialty HandbookMagnesium and magnesiumAlloys)，含鋁、鋅的鎂合金AZ81，其抗拉強(qiáng)度為275Mpa、20℃時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù)為51.1W.(m.K)-1；稀土鎂合金WE43，其強(qiáng)度為250Mpa、20℃時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù)為51.3W.(m.K)-1；含鋅、稀土的鎂合金ZE41，其抗拉強(qiáng)度為205Mpa、20℃時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù)為123.1W.(m.K)-1；含鋅、銅的鎂合金ZC63，其抗拉強(qiáng)度為210Mpa、20℃時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù)為122W.(m.K)-1；含銀、稀土的鎂合金QE22，其抗拉強(qiáng)度為260Mpa、20℃時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù)為113W.(m.K)-1。
目前已有的鎂合金，導(dǎo)熱率高的比如ZE41、QE22，其強(qiáng)度都小于265Mpa；而強(qiáng)度較高的比如AZ81、WE43，其導(dǎo)熱率都小于55W.(m.K)-1。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種導(dǎo)熱率和強(qiáng)度都比較高的鎂合金，該鎂合金材料在20℃條件下，導(dǎo)熱率大于120W.(m.K)-1，抗拉強(qiáng)度大于350Mpa、屈服強(qiáng)度大于300Mpa?？梢杂米骱娇蘸教熘械碾娫?、電子器件的散熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種導(dǎo)熱率和強(qiáng)度都比較高的鎂合金的制備方法。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案 一種導(dǎo)熱鎂合金，該鎂合金的成分含量為Ag的含量為1.5～10wt％，Zr的含量為0.15～2.0wt％，Ce的含量為0.3～3.5wt％，含Nd、La、Pr中的3種或者不含，其中，Nd的含量為0～1.5wt％，La的含量為0～2.5wt％，Pr的含量為0～0.5wt％，其中，Nd、La、Pr同時(shí)都不等于0，或者Nd、La、Pr同時(shí)都為0，其余為Mg。
由于，在制備鎂合金的過程中，鎂合金中的成份Ce是以純Ce錠或富鈰混合稀土錠方式加入的，在所加入的富鈰混合稀土中，Ce的含量在40重量％以上，其余是Nd、La和Pr稀土元素。因此，鎂合金的成份Ce在以純富鈰混合稀土錠方式加入時(shí)，鎂合金的成份中含Ce的同時(shí)又都含有Nd、La和Pr 3種，即技術(shù)方案中的Nd、La、Pr同時(shí)都不等于0；鎂合金中的成份Ce在以純Ce錠方式加入時(shí)，鎂合金的成份中只含Ce，不含有Nd、La和Pr 3種，即技術(shù)方案中的Nd、La、Pr同時(shí)者為0。
在本發(fā)明的導(dǎo)熱鎂合金中，所述的Ag的含量優(yōu)選為2.5～3.5wt％。
在本發(fā)明的導(dǎo)熱鎂合金中，所述的Zr的含量優(yōu)選為0.55～1.5wt％。
在本發(fā)明的導(dǎo)熱鎂合金中，所述的Ce的含量優(yōu)選為1.5～3.0wt％。
在本發(fā)明的導(dǎo)熱鎂合金中，所述的Nd、La和Pr的總含量優(yōu)選為0～3.5wt％。
一種制備本發(fā)明的導(dǎo)熱鎂合金的方法，該方法包括下述步驟 (1)、以純鎂錠、純Ag錠或者M(jìn)g-Ag中間合金、Mg-Zr中間合金、以及純Ce錠或富鈰混合稀土錠、或者Ce或富鈰混合稀土與鎂的中間合金為原料，按上述的鎂合金的成分的重量百分比進(jìn)行備料；其中，富鈰混合稀土為Ce的含量在40重量％以上，其余是Nd、La和Pr稀土元素，Nd、La和Pr在富鈰混合稀土中的含量不是固定的，不同生產(chǎn)廠家以及同一個(gè)生產(chǎn)廠家不同時(shí)間生產(chǎn)的富鈰混合稀土，其中Nd、La和Pr的含量可能也不相同，但是基本上都在一個(gè)范圍之內(nèi)，Nd的含量為10～20wt％，La的含量為20～35wt％，Pr的含量為3～10wt％； (2)、將全部純鎂錠以盡量緊密的方式碼放在熔化爐中的熔化坩堝中，在保護(hù)氣體的保護(hù)下完全熔化，將鎂熔液溫度控制在680～800℃，將熔液表面的浮渣清理干凈，向熔化爐通入保護(hù)氣體； (3)、將預(yù)熱爐升溫到160～580℃，采用預(yù)熱爐將純Ag錠或者M(jìn)g-Ag中間合金、Mg-Zr中間合金、以及純Ce錠或富鈰混合稀土錠、或者Ce或富鈰混合稀土與鎂的中間合金預(yù)熱到100～580℃； (4)、將預(yù)熱后的純Ag錠或者M(jìn)g-Ag中間合金、Mg-Zr中間合金、以及純Ce錠或富鈰混合稀土錠、或者Ce或富鈰混合稀土與鎂的中間合金放入預(yù)熱過的加料筐中，其中，加料筐的預(yù)熱溫度與上述原料的預(yù)熱溫度相同(也為100～580℃)，連同盛放這些原料的加料筐一起沒入鎂熔液中，加料筐為低碳鋼或高鉻鋼制成，其上密布著大量的小孔，便于Ag或者M(jìn)g-Ag中間合金，Mg-Zr中間合金，以及Ce錠或富鈰混合稀土錠、或者Ce或富鈰混合稀土與鎂的中間合金的溶解和擴(kuò)散； (5)、將鎂熔液溫度控制在720～860℃，待Ag或者M(jìn)g-Ag中間合金、Mg-Zr中間合金、以及Ce或富鈰混合稀土、或者Ce或富鈰混合稀土與鎂的中間合金完全溶解后，取出加料筐，再在750～860℃保溫10～60分鐘，使所有合金元素均勻分布在鎂熔液中；之后，澆注光譜試樣，進(jìn)行爐前分析，根據(jù)試樣的成分和含量決定是否加料調(diào)整，直至鎂合金熔液達(dá)到本發(fā)明的鎂合金的成分和含量； (6)、將鎂合金熔液澆注到充分預(yù)熱過的金屬型鑄造模具或者砂型鑄造模具中凝固成鑄件；或者將鎂合金熔液根據(jù)鑄件重量分批澆注到擠壓鑄造機(jī)或壓鑄機(jī)中，擠壓鑄造或壓鑄成鑄件；或者采用低壓鑄造工藝將鎂合金鑄造成鑄件； (7)、將上述步驟制備的鑄件進(jìn)行固溶處理，其固溶處理過程是將鑄件加熱到470～540℃、保溫3～30小時(shí)，淬水； (8)、將固溶處理后的鑄件進(jìn)行時(shí)效處理，其時(shí)效處理過程是將鑄件加熱到170～250℃、保溫2～46小時(shí)。
制備本發(fā)明的導(dǎo)熱鎂合金的方法包括有熔煉過程和后處理過程，其中，后處理過程可分為兩種一種是對澆注后的鑄件進(jìn)行后處理、另一種是對澆注后的坯錠進(jìn)行后處理，因此，因不同的后處理過程，制備本發(fā)明的導(dǎo)熱鎂合金的方法也分為兩種，前述的制備本發(fā)明的導(dǎo)熱鎂合金的方法是其中的一種，為第一種本發(fā)明的導(dǎo)熱鎂合金的方法。第二種制備本發(fā)明的導(dǎo)熱鎂合金的方法是 一種制備本發(fā)明的導(dǎo)熱鎂合金的方法，其中，熔煉過程和第一種本發(fā)明的導(dǎo)熱鎂合金的方法的步驟(1)-(5)相同，故省略，其步驟(6)-(8)為 (6)、將鎂合金熔液澆注到充分預(yù)熱過的金屬型鑄造模具或者砂型鑄造模具中凝固成供后續(xù)變形加工用的坯錠，或者將鎂合金熔液輸送到結(jié)晶器中，進(jìn)行連續(xù)或半連續(xù)鑄造，制備成供后續(xù)變形加工用的坯錠； (7)、將上述步驟制備的坯錠進(jìn)行均勻化熱處理，其均勻化熱處理過程是將坯錠加熱到470～540℃、保溫3～28小時(shí)，然后直接采用軋制、擠壓、拉拔或鍛造工藝變形加工成板材、管材、型材、棒材、線材或各種鍛件，即采用擠壓或拉拔工藝將坯錠變形加工成棒材或線材，或用軋制變形將坯錠加工成板材，或采用擠壓變形將坯錠加工成管材或型材，或采用鍛壓機(jī)將坯錠鍛造成鍛件； (8)、將變形加工成的板材、管材、型材、棒材、線材或各種鍛件進(jìn)行時(shí)效處理，其時(shí)效處理過程是將板材、管材、型材、棒材、線材或各種鍛件加熱到170～250℃、保溫2～46小時(shí)。
在制備本發(fā)明的導(dǎo)熱鎂合金的方法中，在所述的步驟(2)中，純鎂錠在保護(hù)氣體的保護(hù)下熔化中，是在坩堝底部和純鎂錠表面均勻撒上硫磺粉，硫磺粉的量以氧化燃燒后能將坩堝中的氧全部轉(zhuǎn)化成二氧化硫?yàn)闇?zhǔn)，用坩堝蓋將坩堝密閉，加熱升溫，使全部純鎂錠在二氧化硫和燃燒后剩余的氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下完全熔化，再打開坩堝蓋。其中硫磺粉的用量可以大致估算如下硫磺的氧化燃燒反應(yīng)為S+O2＝SO2，S的原子量與O2的分子量都是32，即硫磺粉的用量與坩堝中物料以外空間中的氧含量相等；氧在空氣中大約占1/5，而且空氣密度大約為1克/升；例如坩堝中物料以外的空間為200升，其中氧氣為40升，即40克，因此硫磺粉的用量為40克。另外，少量殘留的氧氣或者硫磺對鎂合金熔煉的影響可以忽略。在實(shí)際操作中，根據(jù)坩堝的容積和純鎂錠的總體積，計(jì)算出坩堝中物料以外的空間，并根據(jù)坩堝中物料以外的空間，計(jì)算出氧氣重量和硫磺粉重量。
在制備本發(fā)明的導(dǎo)熱鎂合金的方法中，在所述的步驟(2)中，向熔化爐通入的保護(hù)氣體優(yōu)選為含有0.2～0.5體積％SF6的N2。以下簡稱為保護(hù)氣體(0.2～0.5％SF6+N2)。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是本發(fā)明的鎂合金在20℃條件下，導(dǎo)熱率大于120W.(m.K)-1，抗拉強(qiáng)度大于350Mpa、屈服強(qiáng)度大于300Mpa?？梢杂米骱娇蘸教熘械碾娫础㈦娮悠骷纳嵯到y(tǒng)結(jié)構(gòu)材料。

具體實(shí)施例方式 實(shí)施例11000公斤Mg-1.5Ag-1.8Zr-3.5Ce導(dǎo)熱鎂合金(即該鎂合金的成分含量為1.5wt％Ag、1.8wt％Zr、3.5wt％Ce，余量為Mg)及其壓鑄零件制備方法。
1、Mg-30Ag中間合金、Mg-30Zr中間合金、純Ce錠預(yù)熱 將預(yù)熱爐升溫到160～200℃，采用預(yù)熱爐將50公斤Mg-30Ag(即該中間合金的成分含量為30wt％Ag、余量為Mg)中間合金、60公斤Mg-30Zr(即該中間合金的成分含量為30wt％Zr、余量為Mg)中間合金、35公斤純Ce錠預(yù)熱到150～180℃； 2、純鎂錠熔化 將全部855公斤純鎂錠以盡量緊密的方式碼放在熔化坩堝中，在坩堝底部和純鎂錠表面均勻撒上一些硫磺粉，硫磺粉的量以氧化燃燒后能將坩堝中的氧全部轉(zhuǎn)化成二氧化硫?yàn)闇?zhǔn)。用坩堝蓋將坩堝密閉，加熱升溫，使全部純鎂錠在二氧化硫和燃燒后剩余的氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下完全熔化，將鎂熔液溫度控制在680～800℃，打開坩堝蓋，將熔液表面的浮渣清理干凈，向熔化爐通入保護(hù)氣體(0.2～0.5％SF6+N2)； 3、合金化 將預(yù)熱后的Mg-30Ag中間合金、Mg-30Zr中間合金、純Ce錠放入預(yù)熱過的加料筐中，其中，加料筐的預(yù)熱溫度與上述原料的預(yù)熱溫度相同，也為150～180℃，連同盛放這些原料的加料筐一起沒入鎂熔液中，加料筐采用3mm厚的20號鍋爐鋼板加工制成，在鋼板上鉆出大量的Φ5mm的小孔，使之成篩子狀。將鎂熔液溫度控制在780～790℃，待Mg-Ag中間合金、Mg-Zr中間合金以及Ce完全溶解后，取出加料筐，再在750～780℃保溫10～60分鐘，使所有合金元素均勻分布在鎂熔液中；之后，澆注光譜試樣，進(jìn)行爐前分析，如果成分和含量不合格，可加料調(diào)整，直至合格； 4、壓鑄成形 根據(jù)鑄件重量，用熔體定量轉(zhuǎn)移泵將鎂合金熔液分批澆注到冷室壓鑄機(jī)的壓室中，壓鑄成鑄件。
5、熱處理 熱處理包括固溶處理和時(shí)效處理；固溶處理就是將上述步驟壓鑄的鑄件加熱到470～480℃、保溫25～28小時(shí)，淬水；然后將固溶處理后的鑄件進(jìn)行時(shí)效處理，時(shí)效處理就是將鑄件加熱到170～180℃、保溫42～46小時(shí)。
本發(fā)明的Mg-1.5Ag-1.8Zr-3.5Ce鎂合金經(jīng)過壓鑄成型和熱處理后具有如下性能在20℃條件下，導(dǎo)熱率大約為123W.(m.K)-1，抗拉強(qiáng)度為350～360Mpa、屈服強(qiáng)度大于300～305Mpa。
實(shí)施例21000公斤Mg-10Ag-0.15Zr-0.3Ce導(dǎo)熱鎂合金(即該鎂合金的成分含量為10wt％Ag、0.15wt％Zr、0.3wt％Ce，余量為Mg)及其板材軋制制備方法。
1、純Ag錠、Mg-30Zr中間合金、Mg-30Ce中間合金預(yù)熱 將預(yù)熱爐升溫到550～580℃，采用預(yù)熱爐將100公斤純Ag錠、5公斤Mg-30Zr(即該中間合金的成分含量為30wt％Zr、余量為Mg)中間合金、10公斤Mg-30Ce(即該中間合金的成分含量為30wt％Ce、余量為Mg)中間合金預(yù)熱到530～570℃； 2、純鎂錠熔化 將全部885公斤純鎂錠以盡量緊密的方式碼放在熔化坩堝中，在坩堝底部和純鎂錠表面均勻撒上一些硫磺粉，硫磺粉的量以氧化燃燒后能將坩堝中的氧全部轉(zhuǎn)化成二氧化硫?yàn)闇?zhǔn)。用坩堝蓋將坩堝密閉，加熱升溫，使全部純鎂錠在二氧化硫和燃燒后剩余的氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下完全熔化，將鎂熔液溫度控制在680～800℃，打開坩堝蓋，將熔液表面的浮渣清理干凈，向熔化爐通入保護(hù)氣體(0.2～0.5％SF6+N2)； 3、合金化 將預(yù)熱后的純Ag錠、Mg-30Zr中間合金、Mg-30Ce中間合金放入預(yù)熱過的加料筐中，其中，加料筐的預(yù)熱溫度與上述原料的預(yù)熱溫度相同，也為530～570℃，連同盛放這些原料的加料筐一起沒入鎂熔液中，加料筐采用3mm厚的Cr13號鋼板加工制成，在鋼板上鉆出大量的Φ5mm的小孔，使之成篩子狀。將鎂熔液溫度控制在780～790℃，待Ag、Mg-Zr中間合金和Mg-Ce中間合金完全溶解后，取出加料筐，再在750～780℃保溫10～60分鐘，使所有合金元素均勻分布在鎂熔液中；之后，澆注光譜試樣，進(jìn)行爐前分析，如果成分和含量不合格，可加料調(diào)整，直至合格； 4、坯錠澆鑄 用熔體轉(zhuǎn)移泵將鎂合金熔液輸送到結(jié)晶器中，進(jìn)行半連續(xù)鑄造，制備成板材軋制加工用的坯錠。
5、均勻化熱處理、板材軋制變形加工和時(shí)效處理 將上述步驟制備的坯錠進(jìn)行均勻化熱處理，就是將坯錠加熱到530～540℃、保溫4～6小時(shí)，出爐后直接采用板材軋機(jī)將均勻化熱處理后的坯錠軋制變形加工成板材，然后將該板材進(jìn)行時(shí)效處理，時(shí)效處理就是將該板材加熱到240～250℃、保溫2～5小時(shí)。
本發(fā)明的Mg-10Ag-0.15Zr-0.3Ce鎂合金經(jīng)過均勻化熱處理、板材軋制變形以及時(shí)效處理后具有如下性能在20℃條件下，導(dǎo)熱率大約為125W.(m.K)-1，抗拉強(qiáng)度為360～380Mpa、屈服強(qiáng)度大于310～320Mpa。
實(shí)施例31000公斤Mg-2.5Ag-0.6Zr-3Ce-1.5Nd-2.5La-0.5Pr(即該鎂合金的成分含量為2.5wt％Ag、0.6wt％Zr、3wt％Ce、1.5wt％Nd、2.5wt％La、0.5wt％Pr，余量為Mg)導(dǎo)熱鎂合金及其棒材、管材、型材或線材擠壓制備方法。
1、純Ag錠、Mg-30Zr中間合金、富鈰混合稀土錠預(yù)熱 將預(yù)熱爐升溫到260～360℃，采用預(yù)熱爐將25公斤純Ag錠、20公斤Mg-30Zr(即該中間合金的成分含量為30wt％Zr、余量為Mg)中間合金、75公斤富鈰混合稀土錠預(yù)熱到200～300℃，其中富鈰混合稀土中Ce的含量為40wt％、Nd的含量為20wt％、La的含量為33.4wt％、Pr的含量為6.6wt％； 2、純鎂錠熔化 將全部880公斤純鎂錠以盡量緊密的方式碼放在熔化坩堝中，在坩堝底部和純鎂錠表面均勻撒上一些硫磺粉，硫磺粉的量以氧化燃燒后能將坩堝中的氧全部轉(zhuǎn)化成二氧化硫?yàn)闇?zhǔn)。用坩堝蓋將坩堝密閉，加熱升溫，使全部純鎂錠在二氧化硫和燃燒后剩余的氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下完全熔化，將鎂熔液溫度控制在680～800℃，打開坩堝蓋，將熔液表面的浮渣清理干凈，向熔化爐通入保護(hù)氣體； 3、合金化 將預(yù)熱后的純Ag錠、Mg-30Zr中間合金、富鈰混合稀土錠放入預(yù)熱過的加料筐中，其中，加料筐的預(yù)熱溫度與上述原料的預(yù)熱溫度相同，也為200～300℃，連同盛放這些原料的加料筐一起沒入鎂熔液中，加料筐采用3mm厚的20號鍋爐鋼板加工制成，在鋼板上鉆出大量的Φ5mm的小孔，使之成篩子狀；將鎂熔液溫度控制在780～790℃，待Ag、Mg-Zr中間合金以及富鈰混合稀土錠完全溶解后，取出加料筐，再在750～780℃保溫10～60分鐘，使所有合金元素均勻分布在鎂熔液中；之后，澆注光譜試樣，進(jìn)行爐前分析，如果成分和含量不合格，可加料調(diào)整，直至合格； 4、坯錠澆鑄 用熔體轉(zhuǎn)移泵將鎂合金熔液澆注到充分預(yù)熱過的金屬型鑄造模具中凝固成供后續(xù)擠壓變形加工用的坯錠。
5、坯錠的均勻化熱處理；棒材、管材、型材或線材的擠壓變形加工及時(shí)效處理 將上述步驟制備的坯錠進(jìn)行均勻化熱處理，就是將坯錠加熱到510～530℃、保溫10～15小時(shí)，出爐后直接采用擠壓機(jī)將均勻化熱處理后的坯錠擠壓變形加工成棒材、管材、型材或者線材，然后將該棒材、管材、型材或者線材進(jìn)行時(shí)效處理，時(shí)效處理就是將該棒材、管材、型材或者線材加熱到200～220℃、保溫5～6小時(shí)。
本發(fā)明的Mg-2.5Ag-0.6Zr-3Ce-1.5Nd-2.5La-0.5Pr鎂合金經(jīng)過均勻化熱處理，棒材、管材、型材或線材擠壓變形加工以及時(shí)效處理后具有如下性能在20℃條件下，導(dǎo)熱率大約為121W.(m.K)-1，抗拉強(qiáng)度為370～380Mpa、屈服強(qiáng)度大于320～330Mpa。
實(shí)施例41000公斤Mg-3.5Ag-0.9Zr-1.1Ce-0.3Nd-0.5La-0.1Pr(即該鎂合金的成分含量為3.5wt％Ag、0.9wt％Zr、1.1wt％Ce、0.3wt％Nd、0.5wt％La、0.1wt％Pr，余量為Mg)導(dǎo)熱鎂合金及其零件鍛造制備方法。
1、純Ag錠、Mg-30Zr中間合金、富鈰混合稀土錠預(yù)熱 將預(yù)熱爐升溫到260～360℃，采用預(yù)熱爐將35公斤純Ag錠、30公斤Mg-30Zr(即該中間合金的成分含量為30wt％Zr、余量為Mg)中間合金、20公斤富鈰混合稀土錠預(yù)熱到200～300℃，其中富鈰混合稀土中Ce的含量為55wt％、Nd的含量為15wt％、La的含量為25wt％、Pr的含量為5wt％； 2、純鎂錠熔化 將全部915公斤純鎂錠以盡量緊密的方式碼放在熔化坩堝中，在坩堝底部和純鎂錠表面均勻撒上一些硫磺粉，硫磺粉的量以氧化燃燒后能將坩堝中的氧全部轉(zhuǎn)化成二氧化硫?yàn)闇?zhǔn)。用坩堝蓋將坩堝密閉，加熱升溫，使全部純鎂錠在二氧化硫和燃燒后剩余的氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下完全熔化，將鎂熔液溫度控制在680～800℃，打開坩堝蓋，將熔液表面的浮渣清理干凈，向熔化爐通入保護(hù)氣體； 3、合金化 將預(yù)熱后的純Ag錠、Mg-30Zr中間合金、富鈰混合稀土錠放入預(yù)熱過的加料筐中，其中，加料筐的預(yù)熱溫度與上述原料的預(yù)熱溫度相同，也為200～300℃，連同盛放這些原料的加料筐一起沒入鎂熔液中，加料筐采用3mm厚的20號鍋爐鋼板加工制成，在鋼板上鉆出大量的Φ5mm的小孔，使之成篩子狀；將鎂熔液溫度控制在780～790℃，待Ag、Mg-Zr中間合金以及富鈰混合稀土錠完全溶解后，取出加料筐，再在750～780℃保溫10～60分鐘，使所有合金元素均勻分布在鎂熔液中；之后，澆注光譜試樣，進(jìn)行爐前分析，如果成分和含量不合格，可加料調(diào)整，直至合格； 4、坯錠澆鑄 用熔體轉(zhuǎn)移泵將鎂合金熔液澆注到砂型鑄造模具中凝固成供后續(xù)鍛造變形加工用的坯錠。
5、均勻化熱處理、零件鍛造變形加工和時(shí)效處理 將上述步驟制備的坯錠進(jìn)行均勻化熱處理，就是將坯錠加熱到520～540℃、保溫15～17小時(shí)，出爐后直接采用鍛壓機(jī)將均勻化熱處理后的坯錠鍛造變形加工成零件，然后將該零件進(jìn)行時(shí)效處理，時(shí)效處理就是將該零件加熱到210～230℃、保溫7～9小時(shí)。
本發(fā)明的Mg-3.5Ag-0.9Zr-1.1Ce-0.3Nd-0.5La-0.1Pr鎂合金經(jīng)過均勻化熱處理、零件鍛造變形加工以及時(shí)效處理后具有如下性能在20℃條件下，導(dǎo)熱率大約為121W.(m.K)-1，抗拉強(qiáng)度為365～375Mpa、屈服強(qiáng)度大于315～325Mpa。
實(shí)施例51000公斤Mg-2.7Ag-0.5Zr-0.9Ce-0.3Nd-0.6La-0.2Pr(即該鎂合金的成分含量為2.7wt％Ag、0.5wt％Zr、0.9wt％Ce、0.3wt％Nd、0.6wt％La、0.2wt％Pr，余量為Mg)導(dǎo)熱鎂合金及其棒材或線材擠壓與拉拔制備方法。
1、純Ag錠、Mg-25Zr中間合金、富鈰混合稀土錠預(yù)熱 將預(yù)熱爐升溫到260～360℃，采用預(yù)熱爐將27公斤純Ag錠、20公斤Mg-25Zr中間合金(即該中間合金的成分含量為25wt％Zr、余量為Mg)、20公斤富鈰混合稀土錠預(yù)熱到200～300℃，其中富鈰混合稀土中Ce的含量為45wt％、Nd的含量為15wt％、La的含量為30wt％、Pr的含量為10wt％； 2、純鎂錠熔化 將全部933公斤純鎂錠以盡量緊密的方式碼放在熔化坩堝中，在坩堝底部和純鎂錠表面均勻撒上一些硫磺粉，硫磺粉的量以氧化燃燒后能將坩堝中的氧全部轉(zhuǎn)化成二氧化硫?yàn)闇?zhǔn)。用坩堝蓋將坩堝密閉，加熱升溫，使全部純鎂錠在二氧化硫和燃燒后剩余的氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下完全熔化，將鎂熔液溫度控制在680～800℃，打開坩堝蓋，將熔液表面的浮渣清理干凈，向熔化爐通入保護(hù)氣體； 3、合金化 將預(yù)熱后的純Ag錠、Mg-25Zr中間合金、富鈰混合稀土錠放入預(yù)熱過的加料筐中，其中，加料筐的預(yù)熱溫度與上述原料的預(yù)熱溫度相同，也為200～300℃，連同盛放這些原料的加料筐一起沒入鎂熔液中，加料筐采用3mm厚的20號鍋爐鋼板加工制成，在鋼板上鉆出大量的Φ5mm的小孔，使之成篩子狀；將鎂熔液溫度控制在780～790℃，待Ag、Mg-Zr中間合金以及富鈰混合稀土錠完全溶解后，取出加料筐，再在750～780℃保溫10～60分鐘，使所有合金元素均勻分布在鎂熔液中；之后，澆注光譜試樣，進(jìn)行爐前分析，如果成分和含量不合格，可加料調(diào)整，直至合格； 4、坯錠澆鑄 用熔體轉(zhuǎn)移泵將鎂合金熔液澆注到充分預(yù)熱過的金屬型鑄造模具中凝固成供后續(xù)擠壓變形加工用的坯錠。
5、均勻化熱處理、棒材或者線材擠壓與拉拔變形加工及時(shí)效處理 將上述步驟制備的坯錠進(jìn)行均勻化熱處理，就是將坯錠加熱到510～530℃、保溫10～15小時(shí)，出爐后直接采用擠壓機(jī)將均勻化熱處理后的坯錠擠壓變形加工成棒材或者線材，然后再采用拉拔機(jī)將該棒材或者線材進(jìn)行拉拔變形加工成直徑更小的棒材或者線材，最后將該棒材或者線材進(jìn)行時(shí)效處理，時(shí)效處理就是將該棒材或者線材加熱到200～220℃、保溫5～6小時(shí)。
本發(fā)明的Mg-2.7Ag-0.5Zr-0.9Ce-0.3Nd-0.6La-0.2Pr導(dǎo)熱鎂合金經(jīng)過均勻化熱處理、棒材或線材擠壓與拉拔變形加工以及時(shí)效處理后具有如下性能在20℃條件下，導(dǎo)熱率大約為123W.(m.K)-1，抗拉強(qiáng)度為400～420Mpa、屈服強(qiáng)度大于380～400Mpa。
實(shí)施例61000公斤Mg-3Ag-1.5Zr-0.9Ce-0.3Nd-0.6La-0.2Pr(即該鎂合金的成分含量為3wt％Ag、1.5wt％Zr、0.9wt％Ce、0.3wt％Nd、0.6wt％La、0.2wt％Pr，余量為Mg)導(dǎo)熱鎂合金及其及其擠壓鑄造零件制備方法。
1、純Ag錠、Mg-30Zr中間合金、富鈰混合稀土錠預(yù)熱 將預(yù)熱爐升溫到260～360℃，采用預(yù)熱爐將30公斤純Ag錠、50公斤Mg-30Zr中間合金(即該中間合金的成分含量為30wt％Zr、余量為Mg)、20公斤富鈰混合稀土錠預(yù)熱到200～300℃，其中富鈰混合稀土中Ce的含量為45wt％、Nd的含量為15wt％、La的含量為30wt％、Pr的含量為10wt％； 2、純鎂錠熔化 將全部900公斤純鎂錠以盡量緊密的方式碼放在熔化坩堝中，在坩堝底部和純鎂錠表面均勻撒上一些硫磺粉，硫磺粉的量以氧化燃燒后能將坩堝中的氧全部轉(zhuǎn)化成二氧化硫?yàn)闇?zhǔn)。用坩堝蓋將坩堝密閉，加熱升溫，使全部純鎂錠在二氧化硫和燃燒后剩余的氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下完全熔化，將鎂熔液溫度控制在680～800℃，打開坩堝蓋，將熔液表面的浮渣清理干凈，向熔化爐通入保護(hù)氣體； 3、合金化 將預(yù)熱后的純Ag錠、Mg-30Zr中間合金、富鈰混合稀土錠放入預(yù)熱過的加料筐中，其中，加料筐的預(yù)熱溫度與上述原料的預(yù)熱溫度相同，也為200～300℃，連同盛放這些原料的加料筐一起沒入鎂熔液中，加料筐采用3mm厚的20號鍋爐鋼板加工制成，在鋼板上鉆出大量的Φ5mm的小孔，使之成篩子狀；將鎂熔液溫度控制在780～790℃，待Ag、Mg-Zr中間合金以及富鈰混合稀土錠完全溶解后，取出加料筐，再在750～780℃保溫10～60分鐘，使所有合金元素均勻分布在鎂熔液中；之后，澆注光譜試樣，進(jìn)行爐前分析，如果成分和含量不合格，可加料調(diào)整，直至合格； 4、擠壓鑄造成形 根據(jù)鑄件重量，用熔體定量轉(zhuǎn)移泵將鎂合金熔液分批澆注到擠壓鑄造機(jī)的壓室中，擠壓鑄造成鑄件。
5、熱處理 熱處理包括固溶處理和時(shí)效處理；固溶處理就是將上述步驟擠壓鑄造的鑄件加熱到470～480℃、保溫27～29小時(shí)，淬水；然后將固溶處理后的鑄件進(jìn)行時(shí)效處理，時(shí)效處理就是將鑄件加熱到170～180℃、保溫42～46小時(shí)。
本發(fā)明的Mg-3Ag-1.5Zr-0.9Ce-0.3Nd-0.6La-0.2Pr鎂合金經(jīng)過擠壓鑄造成型和熱處理后具有如下性能在20℃條件下，導(dǎo)熱率大約為121W.(m.K)-1，抗拉強(qiáng)度為350～360Mpa、屈服強(qiáng)度大于300～305Mpa。
實(shí)施例71000公斤Mg-2Ag-1Zr-1Ce-0.2Nd-0.6La-0.2Pr(即該鎂合金的成分含量為2wt％Ag、1wt％Zr、1wt％Ce、0.2wt％Nd、0.6wt％La、0.2wt％Pr，余量為Mg)導(dǎo)熱鎂合金及其及其低壓鑄造零件制備方法。
1、純Ag錠、Mg-25Zr中間合金、富鈰混合稀土錠預(yù)熱 將預(yù)熱爐升溫到260～360℃，采用預(yù)熱爐將20公斤純Ag錠、40公斤Mg-25Zr中間合金(即該中間合金的成分含量為25wt％Zr、余量為Mg)、20公斤富鈰混合稀土錠預(yù)熱到200～300℃，其中富鈰混合稀土中Ce的含量為50wt％、Nd的含量為10wt％、La的含量為30wt％、Pr的含量為10wt％； 2、純鎂錠熔化 將全部920公斤純鎂錠以盡量緊密的方式碼放在熔化坩堝中，在坩堝底部和純鎂錠表面均勻撒上一些硫磺粉，硫磺粉的量以氧化燃燒后能將坩堝中的氧全部轉(zhuǎn)化成二氧化硫?yàn)闇?zhǔn)。用坩堝蓋將坩堝密閉，加熱升溫，使全部純鎂錠在二氧化硫和燃燒后剩余的氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下完全熔化，將鎂熔液溫度控制在680～800℃，打開坩堝蓋，將熔液表面的浮渣清理干凈，向熔化爐通入保護(hù)氣體； 3、合金化 將預(yù)熱后的純Ag錠、Mg-25Zr中間合金、富鈰混合稀土錠放入預(yù)熱過的加料筐中，其中，加料筐的預(yù)熱溫度與上述原料的預(yù)熱溫度相同，也為200～300℃，連同盛放這些原料的加料筐一起沒入鎂熔液中，加料筐采用3mm厚的20號鍋爐鋼板加工制成，在鋼板上鉆出大量的Φ5mm的小孔，使之成篩子狀；將鎂熔液溫度控制在780～790℃，待Ag、Mg-Zr中間合金以及富鈰混合稀土錠完全溶解后，取出加料筐，再在750～780℃保溫10～60分鐘，使所有合金元素均勻分布在鎂熔液中，之后，澆注光譜試樣，進(jìn)行爐前分析，如果成分和含量不合格，可加料調(diào)整，直至合格； 4、低壓鑄造成形 用熔體轉(zhuǎn)移泵將上述步驟熔煉的鎂合金熔液轉(zhuǎn)移到低壓鑄造機(jī)保溫爐的坩堝中，低壓鑄造成鑄件。
5、熱處理 熱處理包括固溶處理和時(shí)效處理；固溶處理就是將上述步驟低壓鑄造的鑄件加熱到470～480℃、保溫28～30小時(shí)，淬水；然后將固溶處理后的鑄件進(jìn)行時(shí)效處理，時(shí)效處理就是將鑄件加熱到170～180℃、保溫42～46小時(shí)。
本發(fā)明的Mg-2Ag-1Zr-1Ce-0.2Nd-0.6La-0.2Pr鎂合金經(jīng)過低壓鑄造成型和熱處理后具有如下性能在20℃條件下，導(dǎo)熱率大約為121W.(m.K)-1，抗拉強(qiáng)度為350～360Mpa、屈服強(qiáng)度大于300～305Mpa。
權(quán)利要求
1.一種導(dǎo)熱鎂合金，其特征在于該鎂合金的成分含量為Ag的含量為1.5～10wt％，Zr的含量為0.15～2.0wt％，Ce的含量為0.3～3.5wt％，Nd的含量為0～1.5wt％，La的含量為0～2.5wt％，Pr的含量為0～0.5wt％，其中，Nd、La、Pr同時(shí)都不等于0，或者Nd、La、Pr同時(shí)都為0，其余為Mg。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)熱鎂合金，其特征在于所述的Ag的含量為2.5～3.5wt％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的導(dǎo)熱鎂合金，其特征在于所述的Zr的含量為0.55～1.5wt％。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的導(dǎo)熱鎂合金，其特征在于所述的Ce的含量為1.5～3.0wt％。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的導(dǎo)熱鎂合金，其特征在于所述的Nd、La、Pr的總含量為0～3.5wt％。
6.一種制備導(dǎo)熱鎂合金的方法，該方法包括下述步驟
(1)、以純鎂錠、純Ag錠或者M(jìn)g-Ag中間合金、Mg-Zr中間合金、以及純Ce錠或富鈰混合稀土錠、或者Ce或富鈰混合稀土與鎂的中間合金為原料，按權(quán)利要求1所述的鎂合金的成分的重量百分比進(jìn)行備料；其中，富鈰混合稀土為Ce的含量在40重量％以上，其余是Nd、La和Pr稀土元素；
(2)、將純鎂錠碼放在熔化爐中的熔化坩堝中，在保護(hù)氣體的保護(hù)下完全熔化，將鎂熔液溫度控制在680～800℃，將熔液表面的浮渣清理干凈，并向熔化爐通入保護(hù)氣體；
(3)、將預(yù)熱爐升溫到160～580℃，在預(yù)熱爐中，將純Ag錠或者M(jìn)g-Ag中間合金、Mg-Zr中間合金、以及純Ce錠或富鈰混合稀土錠、或者Ce或富鈰混合稀土與鎂的中間合金，預(yù)熱到100～580℃；
(4)、將預(yù)熱后的純Ag錠或者M(jìn)g-Ag中間合金、Mg-Zr中間合金、以及純Ce錠或富鈰混合稀土錠、或者Ce或富鈰混合稀土與鎂的中間合金放入預(yù)熱過的加料筐中，其中，加料筐的預(yù)熱溫度與上述原料的預(yù)熱溫度相同，連同盛放上述原料的加料筐一起沒入鎂熔液中，加料筐為低碳鋼或高鉻鋼制成，其上密布著大量的小孔；
(5)、將鎂熔液溫度控制在720～860℃，待Ag或者M(jìn)g-Ag中間合金、Mg-Zr中間合金、以及Ce或富鈰混合稀土、或者Ce或富鈰混合稀土與鎂的中間合金完全溶解后，取出加料筐，再在750～860℃保溫10～60分鐘，使所有合金元素均勻分布在鎂熔液中；之后，澆注光譜試樣，進(jìn)行爐前分析，根據(jù)試樣的成分和含量決定是否加料調(diào)整，直至鎂合金熔液達(dá)到權(quán)利要求1所述的鎂合金的成分和含量；
(6)、將鎂合金熔液澆注到預(yù)熱過的金屬型鑄造模具或者砂型鑄造模具中凝固成鑄件；或者將鎂合金熔液根據(jù)鑄件重量分批澆注到擠壓鑄造機(jī)或壓鑄機(jī)中，擠壓鑄造或壓鑄成鑄件；或者采用低壓鑄造工藝將鎂合金鑄造成鑄件；
(7)、將上述步驟制備的鑄件進(jìn)行固溶處理，其固溶處理過程是將鑄件加熱到470～540℃、保溫3～30小時(shí)，淬水；
(8)、將固溶處理后的鑄件進(jìn)行時(shí)效處理，其時(shí)效處理過程是將鑄件加熱到170～250℃、保溫2～46小時(shí)。
7.一種制備導(dǎo)熱鎂合金的方法，該方法包括下述步驟
(1)、以純鎂錠、純Ag錠或者M(jìn)g-Ag中間合金、Mg-Zr中間合金、以及純Ce錠或富鈰混合稀土錠、或者Ce或富鈰混合稀土與鎂的中間合金為原料，按權(quán)利要求1所述的鎂合金的成分的重量百分比進(jìn)行備料；其中，富鈰混合稀土為Ce的含量在40重量％以上，其余是Nd、La、Pr稀土元素；
(2)、將純鎂錠碼放在熔化爐中的熔化坩堝中，在保護(hù)氣體的保護(hù)下完全熔化，將鎂熔液溫度控制在680～800℃，將熔液表面的浮渣清理干凈，并向熔化爐通入保護(hù)氣體；
(3)、將預(yù)熱爐升溫到160～580℃，在預(yù)熱爐中，將純Ag錠或者M(jìn)g-Ag中間合金、Mg-Zr中間合金、以及純Ce錠或富鈰混合稀土錠、或者Ce或富鈰混合稀土與鎂的中間合金，預(yù)熱到100～580℃；
(4)、將預(yù)熱后的純Ag錠或者M(jìn)g-Ag中間合金、Mg-Zr中間合金、以及純Ce錠或富鈰混合稀土錠、或者Ce或富鈰混合稀土與鎂的中間合金放入預(yù)熱過的加料筐中，其中，加料筐的預(yù)熱溫度與上述原料的預(yù)熱溫度相同，連同盛放這些原料的加料筐一起沒入鎂熔液中，加料筐為低碳鋼或高鉻鋼制成，其上密布著大量的小孔；
(5)、將鎂熔液溫度控制在720～860℃，待Ag或者M(jìn)g-Ag中間合金、Mg-Zr中間合金、以及Ce或富鈰混合稀土、或者Ce或富鈰混合稀土與鎂的中間合金完全溶解后，取出加料筐，再在750～860℃保溫10～60分鐘，使所有合金元素均勻分布在鎂熔液中；之后，澆注光譜試樣，進(jìn)行爐前分析，根據(jù)試樣的成分和含量決定是否加料調(diào)整，直至鎂合金熔液達(dá)到權(quán)利要求1所述的鎂合金的成分和含量；
(6)、將鎂合金熔液澆注到預(yù)熱過的金屬型鑄造模具或者砂型鑄造模具中凝固成供后續(xù)變形加工用的坯錠，或者將鎂合金熔液輸送到結(jié)晶器中，進(jìn)行連續(xù)或半連續(xù)鑄造，制備成供后續(xù)變形加工用的坯錠；
(7)、將上述步驟制備的坯錠進(jìn)行均勻化熱處理，其均勻化熱處理過程是將坯錠加熱到470～540℃、保溫3～28小時(shí)，然后直接采用軋制、擠壓、拉拔或鍛造工藝變形加工成板材、管材、型材、棒材、線材或各種鍛件，即采用擠壓或拉拔工藝將坯錠變形加工成棒材或線材，或用軋制變形將坯錠加工成板材，或采用擠壓變形將坯錠加工成管材或型材，或采用鍛壓機(jī)將坯錠鍛造成鍛件；
(8)、將變形加工成的板材、管材、型材、棒材、線材或各種鍛件進(jìn)行時(shí)效處理，其時(shí)效處理過程是將板材、管材、型材、棒材、線材或各種鍛件加熱到170～250℃、保溫2～46小時(shí)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的制備導(dǎo)熱鎂合金的方法，其特征在于在所述的步驟(2)中，純鎂錠在保護(hù)氣體的保護(hù)下熔化中，是在坩堝底部和純鎂錠表面均勻撒上硫磺粉，硫磺粉的量以氧化燃燒后能將坩堝中的氧全部轉(zhuǎn)化成二氧化硫?yàn)闇?zhǔn)，用坩堝蓋將坩堝密閉，加熱升溫，使全部純鎂錠在二氧化硫和燃燒后剩余的氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下完全熔化，再打開坩堝蓋。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備導(dǎo)熱鎂合金的方法，其特征在于在所述的步驟(2)中，向熔化爐通入的保護(hù)氣體為含有0.2～0.5體積％SF6的N2。
全文摘要
一種導(dǎo)熱鎂合金及其制備方法，該鎂合金的成分含量為Ag的含量為1.5～10wt％，Zr的含量為0.15～2.0wt％，Ce的含量為0.3～3.5wt％，Nd的含量為0～1.5wt％，La的含量為0～2.5wt％，Pr的含量為0～0.5wt％，其中，Nd、La、Pr同時(shí)都不等于0，或者Nd、La、Pr同時(shí)都為0，其余為Mg。以純鎂錠、純Ag錠或者M(jìn)g-Ag中間合金、Mg-Zr中間合金、以及純Ce錠或富鈰混合稀土錠、或者Ce或富鈰混合稀土與鎂的中間合金為原料，純鎂錠熔化、合金化；制成鑄件，進(jìn)行固溶處理、時(shí)效處理；或制成坯錠，進(jìn)行均勻化熱處理，時(shí)效處理。本發(fā)明的鎂合金在20℃條件下，導(dǎo)熱率大于120W.(m.K)-1，抗拉強(qiáng)度大于350Mpa、屈服強(qiáng)度大于300Mpa?？梢杂米骱娇蘸教熘械碾娫础㈦娮悠骷纳嵯到y(tǒng)結(jié)構(gòu)材料。
文檔編號B22D21/00GK101113504SQ200710121459
公開日2008年1月30日 申請日期2007年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月6日
發(fā)明者奎 張, 李興剛, 何振波, 米緒軍, 熊柏青, 左宏卿, 李永軍, 萍 羅, 郝永輝 申請人:北京有色金屬研究總院