本發(fā)明屬于鎂合金材料，尤其涉及一種適用于手機(jī)中板的高導(dǎo)熱高耐蝕鎂合金及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、手機(jī)中板通常由金屬材料制成，負(fù)責(zé)支撐主板、處理器、內(nèi)存、傳感器等多種電子元件。手機(jī)中板的厚度通常較薄，約0.5mm左右，為了確保中板能夠提供足夠的支撐力，其材料必須具備良好的機(jī)械性能。與此同時(shí)，為了滿足消費(fèi)者對(duì)輕便化的需求，越來越多的手機(jī)設(shè)計(jì)趨向于使用輕量化材料，以降低整體設(shè)備的重量和厚度。此外，處理器等電子元件在工作過程中產(chǎn)生的熱量若不及時(shí)散發(fā)出去，將導(dǎo)致中板及其上元件的溫度過高，影響其性能和穩(wěn)定性。

2、傳統(tǒng)的手機(jī)中板采用的是鋁合金帶材，中國專利申請(qǐng)cn201710710166.6公開了一種高強(qiáng)度手機(jī)中板用鋁合金帶材及其制造方法。該發(fā)明經(jīng)沖壓成型制得的手機(jī)中板用鋁合金帶材，屈服強(qiáng)度達(dá)到280-330mpa，抗拉強(qiáng)度達(dá)到370-400mpa，延伸率≥10%，具有較高的熱傳導(dǎo)性能。然而，這種成型方式僅適用于較為簡(jiǎn)單的平面結(jié)構(gòu)，主要滿足手機(jī)中板的支撐作用。而無法實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜手機(jī)內(nèi)部元器件支撐結(jié)構(gòu)及裝配定位孔等復(fù)雜幾何形狀的制造需求。因此，在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過程中，亟需探索更為先進(jìn)的成型技術(shù)，以滿足手機(jī)中板在復(fù)雜結(jié)構(gòu)和功能上的多樣化要求。

3、鎂作為最輕的工程金屬材料，其密度(1.75?g/cm3)僅為鋼的1/4，al的2/3，鎂合金應(yīng)用于手機(jī)中板可以有效減輕機(jī)體重量，從而提升攜帶的便利性和用戶體驗(yàn)。鎂同時(shí)也是地球上儲(chǔ)量最豐富的輕金屬材料，在產(chǎn)品輕量化方面具有巨大的應(yīng)用潛力。然而，鎂合金在作為手機(jī)中板材料時(shí)也存在一些缺陷，尤其是在導(dǎo)熱性和耐腐蝕性方面。導(dǎo)熱性方面，雖然鎂本身的熱導(dǎo)率相對(duì)較好，但鎂合金的導(dǎo)熱性能相較于銅或鋁來說較差。這意味著在處理高熱量的應(yīng)用場(chǎng)景下（比如高性能處理器散熱），鎂合金可能不如其他金屬那樣有效。此外，鎂合金內(nèi)部可能存在微觀結(jié)構(gòu)不均勻的問題，這會(huì)影響到整體的熱傳導(dǎo)效率。耐腐蝕性方面，一方面，鎂是化學(xué)反應(yīng)活性最高的工程金屬，其標(biāo)準(zhǔn)電極電位僅為2.37v?vs.?sce，這使得當(dāng)鎂合金與其他結(jié)構(gòu)金屬接觸時(shí)，作為被犧牲的陽極，容易發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕；另一方面，不同于鋁合金或者不銹鋼在腐蝕過程中會(huì)形成致密具有良好保護(hù)性能的腐蝕鈍化膜，鎂合金其自發(fā)形成的氧化膜層疏松多孔，缺乏保護(hù)性。特別是在含鹽分較高的環(huán)境下，鎂合金更容易受到腐蝕影響。

4、隨著高端智能手機(jī)的不斷更新迭代，對(duì)手機(jī)中板的要求日益提高，手機(jī)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜。傳統(tǒng)的沖壓成型的鋁合金帶材已無法滿足其設(shè)計(jì)要求。同時(shí)，鎂合金的密度遠(yuǎn)低于鋁合金，有助于顯著減輕機(jī)身重量，提升用戶的整體體驗(yàn)。因此，亟需開發(fā)一種強(qiáng)度達(dá)標(biāo)，適用于手機(jī)中板的高導(dǎo)熱、高耐蝕性能的壓鑄鎂合金，以滿足現(xiàn)代智能手機(jī)中板的快速生產(chǎn)與制造需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種能夠以應(yīng)對(duì)手機(jī)內(nèi)部的復(fù)雜結(jié)構(gòu)、同時(shí)適用于手機(jī)中板的高導(dǎo)熱高耐蝕鎂合金及其制備方法。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明第一方面提供了一種高導(dǎo)熱高耐蝕鎂合金，由以下質(zhì)量百分比的元素組成：al：3.0-5.0%，ce：1.0-3.0%，nd：0.5-2.0%，sn：0.1-1.0%，雜質(zhì)元素fe≤0.06%，cu≤0.004%，ni≤0.002%，余量為鎂。

4、本發(fā)明選擇了鎂（mg）作為主要材料，鎂是已知最輕的工程金屬材料，具有極高的比強(qiáng)度和比剛度，使制備的合金材料具備顯著的輕量化效果。在合金設(shè)計(jì)中，選擇了al、ce、nd、sn金屬元素，有效提高了鎂合金材料的力學(xué)性能、耐腐蝕性能以及導(dǎo)熱性能。力學(xué)性能方面，通過在純鎂中添加對(duì)鎂熱導(dǎo)率影響較小的al、ce、nd、sn，引入強(qiáng)化相mg2sn、al11ce3、al2nd，有效提升了鎂合金的屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度。耐腐蝕性能方面，al、ce、nd氧化物在腐蝕過程中參與了腐蝕膜層的形成，生成均勻致密的復(fù)合氧化物膜層，能有效阻擋腐蝕介質(zhì)的滲透，從而保護(hù)內(nèi)部鎂基體遭受進(jìn)一步腐蝕。導(dǎo)熱性能方面，由于ce、nd和sn在鎂中的固溶度有限，在鎂基體中易由固溶態(tài)轉(zhuǎn)變成析出態(tài)，形成mg2sn、al11ce3、al2nd第二相，少量的ce、nd和sn添加使得鎂基體中的晶格畸變程度減弱，從而有效地提高鎂基體的熱導(dǎo)率。

5、此外，本發(fā)明需精確控制合金元素的比例，才能使得合金性能達(dá)到最佳。當(dāng)al、ce、nd或sn元素含量過多或過少時(shí)會(huì)導(dǎo)致晶粒粗化或者形成不理想的第二相，從而降低材料的整體力學(xué)性能。當(dāng)al、ce、nd或sn元素含量過多時(shí)，過多析出的第二相會(huì)使得與基體之間的電偶腐蝕效應(yīng)加劇，腐蝕加快，元素含量過少則會(huì)不利于生成復(fù)合氧化物膜層，降低耐腐蝕性。過多溶質(zhì)原子的添加還會(huì)引起mg的晶格畸變，使其對(duì)電子和聲子的散射作用增強(qiáng)，阻礙電子和聲子在mg晶格內(nèi)的自由運(yùn)動(dòng)，減小電子和聲子的平均自由程，從而降低鎂合金的熱導(dǎo)率。

6、本發(fā)明第二方面提供了所述高導(dǎo)熱高耐蝕鎂合金的制備方法，包括如下步驟：

7、（1）按照所述高導(dǎo)熱高耐蝕鎂合金的成分配比，計(jì)算稱取配料；

8、（2）將純鎂錠、錫粒、鋁塊投入中頻感應(yīng)熔煉爐中，在保護(hù)氣氛下，加熱熔化，保溫一定時(shí)間；

9、（3）在保護(hù)氣氛下，升溫，加入mg-ce、mg-nd中間合金，完全熔化成熔體后，再攪拌保溫一定時(shí)間；

10、（4）在保護(hù)氣氛下，精煉除氣、除渣、攪拌，再次靜置后保溫一定時(shí)間，澆鑄倒入已預(yù)熱好的模具中風(fēng)冷成鑄錠，得到鎂合金鑄件；

11、（5）得到的鎂合金鑄件升溫再次完全熔化并保溫，同時(shí)通入氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛，然后注入壓鑄模具，最終模壓得到所述高導(dǎo)熱高耐蝕鎂合金。

12、在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，步驟（2）中所述的保護(hù)氣為sf6和co2的混合氣體，所述加熱的溫度為670~710℃，所述保溫的時(shí)間為10~30min。

13、在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，步驟（3）升溫至720~760℃，所述保溫的時(shí)間為5~20min。

14、在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，步驟（3）中所述的mg-ce、mg-nd中間合金的具體重量百分比成分為：mg-30ce、mg-30nd。

15、在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，步驟（4）中所述保溫的時(shí)間為10~30min。

16、在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，步驟（5）升溫至680~750℃。

17、在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，步驟（5）所述的壓鑄模具預(yù)先保持溫度在200~250℃；在注入過程中采用壓射速度2~5m?/s，注射壓力70~90mpa，保壓時(shí)間5~20s，并進(jìn)行快速冷卻成型。

18、本發(fā)明的制備方法中，需要對(duì)溫度和時(shí)間進(jìn)行精確的控制，溫度過高容易導(dǎo)致晶粒過度長大，會(huì)降低合金的強(qiáng)度和韌性，而細(xì)小均勻的晶粒通常能提供更好的力學(xué)性能。溫度過低可能使得不同密度的元素分布不均，造成成分偏析，進(jìn)而影響合金的均勻性和性能。加熱時(shí)間過長時(shí)，長時(shí)間高溫會(huì)導(dǎo)致更多的鎂及其合金元素與空氣中的氧氣反應(yīng)，造成燒損，還會(huì)導(dǎo)致合金成分分布不均，力學(xué)性能下降。熔煉時(shí)間不足則會(huì)導(dǎo)致合金元素不能完全溶解，導(dǎo)致合金成分不均勻，還會(huì)導(dǎo)致非金屬夾雜物未能充分上浮去除，從而影響合金的純凈度和力學(xué)性能。

19、本發(fā)明采用壓鑄工藝，使得晶界附近形成mg17al12相的密集網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，該網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)充當(dāng)鎂基體的腐蝕屏障，有效阻礙腐蝕的擴(kuò)展。此外，對(duì)鎂合金來說，pb比（pilling-bedworth?ratio，金屬與氧結(jié)合在金屬表面生成的氧化物膜中的每個(gè)金屬離子體積與金屬中的每個(gè)金屬原子體積之比）在1-2的氧化物膜層比較致密，低于1氧化膜層變得疏松，高于2氧化膜層體積過大會(huì)相互擠壓產(chǎn)生裂紋。氧化鎂的pb比為0.81，氧化鋁pb比1.26，稀土氧化物在1~2之間，高pb比的al、ce、nd氧化物在腐蝕過程中參與了腐蝕膜層的形成，生成均勻致密的復(fù)合氧化物膜層，能有效阻擋腐蝕介質(zhì)的滲透，從而保護(hù)內(nèi)部鎂基體遭受進(jìn)一步腐蝕。

20、本發(fā)明第三方面提供了所述高導(dǎo)熱高耐蝕鎂合金在制備手機(jī)中板中的應(yīng)用以及由所述高導(dǎo)熱高耐蝕鎂合金制備的手機(jī)中板。

21、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果為：

22、1、通過在純鎂中添加對(duì)鎂熱導(dǎo)率影響較小的al、ce、nd、sn，引入強(qiáng)化相mg2sn、al11ce3、al2nd，有效提升了鎂合金的屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度。

23、2、通過壓鑄工藝使得晶界附近形成mg17al12相的密集網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，該網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)充當(dāng)鎂基體的腐蝕屏障，有效阻礙腐蝕的擴(kuò)展；此外，高pb比的al、ce、nd氧化物在腐蝕過程中參與了腐蝕膜層的形成，生成均勻致密的復(fù)合氧化物膜層，能有效阻擋腐蝕介質(zhì)的滲透，從而保護(hù)內(nèi)部鎂基體遭受進(jìn)一步腐蝕；這兩者的協(xié)同作用顯著提高了壓鑄合金耐腐蝕性。

24、3、由于ce、nd和sn在鎂中的固溶度有限，在鎂基體中易由固溶態(tài)轉(zhuǎn)變成析出態(tài)，形成mg2sn、al11ce3、al2nd第二相，少量的ce、nd和sn添加使得鎂基體中的晶格畸變程度減弱，從而有效地提高鎂基體的熱導(dǎo)率。

25、4、采用壓鑄與模壓相結(jié)合的工藝及其優(yōu)化參數(shù)，可有效防止鎂合金在鑄造過程中出現(xiàn)壓裂、收縮和氣孔等缺陷，并能夠滿足手機(jī)內(nèi)部復(fù)雜結(jié)構(gòu)的成型需求，實(shí)現(xiàn)成型超薄的高強(qiáng)手機(jī)結(jié)構(gòu)部件。