專利名稱：一種Mg-Sn-Ca導熱鑄造鎂合金的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種導熱性能好、低成本而且具有較高的強度及良好的耐熱性能的 Mg-Sn-Ca鑄造鎂合金，屬于輕金屬鎂合金材料類。
背景技術：
隨著全球能源日益緊缺，節約能源成為世界各國考慮的首要問題。目前照明耗電量大約占世界總耗電量的20%，傳統的照明燈具技術耗電量大、發光效率低、壽命短；而LED (Light Emitting Diode)照明作為21世紀綠色照明光源，具有功耗低、體積小、可靠性高、 壽命長和響應快等優點。目前LED照明逐漸進入國民經濟各個領域，主要應用有信息指示燈、大屏幕顯示、背光照明和固體照明等。基于目前的半導體制造技術，LED輸入功率中只有大約10% 20%的能量轉化為光能，其他的則轉化為熱能。尤其隨著使用要求的提高，LED芯片的功率逐漸增大，熱問題更加顯著。因此，散熱問題是大功率LED發展應用的瓶頸之一。因此，選擇具有優良的導熱性能及機械性能材料，顯得極為重要。同時，在考慮成本、安全性、制備工藝等基本原則為前提進行導熱材料的研究。目前，常用的LED散熱器材料主要是鋁合金以及銅合金等，但是其成本較高，對于大功率照明(如室外大型路燈等)器件來說，其散熱器占的比重較大，重量大，存在著較大的安全問題。而鎂合金作為目前實際應用中最輕的金屬結構材料，它具優良的導熱性能，同時具有高的比強度及比剛度。純鎂的導熱系數為純鎂常溫下的熱導率為155 W· (m-K)-1,純鋁常溫下的熱導率為237 W· (π^ΙΟΛ可見，鎂合金的導熱率為鋁合金的約65. 4 %。然而，鎂合金的比重是鋁合金比重的約64.07 %。由此可以推斷，同等重量的鎂合金導熱性能略好于鋁合金。因此，在考慮成本、安全性等原則下，鎂合金作為LED散熱器材料具有很大的應用前景。—般來說，鎂合金進行合金化后，其強度大幅度提高，導熱系數隨加入的合金元素不同，其降低程度也略不同，總體呈下降趨勢。如根據美國鎂及合金手冊(Magnesium and magnesium Alloys),含鋅、稀土的鎂合金觀41，其抗拉強度為205 MPa、20°C時的導熱系數為123. 1 W· (nrK)-1 ；含銀、稀土的鎂合金QE22，其抗拉強度為沈0 MPa、20°C時的導熱系數為113 W· (H^K)-1。CN 101709418 A (一種導熱鎂合金及其制備方法)中含鋅、硅的鎂合金，其抗拉強度為沈5 380 MPa、20°C時的導熱系數大于120 W· (ι^Κ)—1等。目前已有的鎂合金，導熱率高的比如觀41、QE22以及CN 101709418 A (一種導熱鎂合金及其制備方法)中含鋅、硅的鎂合金，其生產成本較高，其CN 101709418 A (—種導熱鎂合金及其制備方法)中含鋅、硅的鎂合金制備工藝更加復雜。

發明內容
本發明的目的是提供一種導熱率、具有較高強度及良好耐熱性能的Mg-Sn-Ca鑄造鎂合金，該鑄造鎂合金材料在25°C條件下，導熱率大于120 W· (ι^ΚΓ1，抗拉強度為160^200 MPa，延伸率大于5%。可以用作LED照明光源、電子器件的散熱器結構材料。為實現上述目的，本發明采取以下技術方案。1)將鎂錠、錫錠、鋅錠及鎂鈣中間合金和鎂鋯中間合金按照目標合金中組分含量的質量百分比進行配料，并放入烘干箱中預熱至120°C左右。2)將全部的純鎂錠放在電阻爐中的熔化坩堝中，在通入N2和SF6混合氣體保護情況下，將鎂錠熔液溫度控制在75(T780°C。3)待步驟2)中的鎂錠熔化后，將溫度調至730°C左右，保溫5分鐘后放入步驟1) 中預熱好的純錫錠，和鎂鈣中間合金。或待步驟2)中的鎂錠熔化后，將溫度調至730°C左右，保溫5分鐘后放入步驟1) 中預熱好的純錫錠，鎂鈣中間合金及鎂鋯中間合金。或待步驟2)中的鎂錠熔化后，將溫度調至730°C左右，保溫5分鐘后放入步驟1) 中預熱好的純錫錠，鎂鈣中間合金和純鋅錠。4)步驟3)保溫15分鐘，保證加入的合金充分熔化后，再充分攪拌廣2分鐘，以保證合金液充分混合。5)攪拌后靜置15分鐘以上后測溫，保證合金液溫度穩定在720°C左右，撇渣，然后澆注入預熱的金屬型模具中。即得到目標合金。步驟2)所述的N2和SF6混合保護氣體中SF6的體積分數為0. 01°/Γ %。步驟5)所述的金屬型模具預熱至Μ0160 °C。本發明的優點及有益效果如下。1、本發明導熱鑄造鎂合金，在25°C條件下，導熱率大于120 W· (π^ΚΓ1，抗拉強度可達到16(T200MPa，延伸率大于5%，具有較高導熱性能，以及較高的強度和良好的耐熱性， 易于推廣應用。可以用作LED照明光源、電子器件的散熱器結構材料。2、與現有鎂合金相比，本發明具有實質性特點和顯著進步，該發明生產工藝簡單、 生產效率高、合金成本相對較低。
具體實施例方式下面通過對比例和實施例對本發明進一步詳細說明。對比例1 含鋁、鋅的鎂合金AZ91。通過查閱文獻得鑄態抗拉強度為275 MPa，延伸率為6.0%。其導熱系數由本實驗室測得。首先，將純Mg、純Al、純Si在烘干箱中預熱至 120°C左右；然后，將純Mg在N2與SF6混合氣體的保護下放入坩堝中，待熔化后將溫度調至 730°C，放入純Al、純Si，保溫15分鐘后，進行攪拌1至2分鐘，以保證合金液充分混合；攪拌后靜置15分鐘，待合金熔液溫度穩定在720 °C后，撇渣，然后澆注入預熱的金屬型模具中，得到鑄態AZ91合金。測其導熱率為45. 1W· (m.K)—1。對比例2 含鋅、稀土的鎂合金觀41，根據美國鎂及合金手冊(Magnesium and magnesium Alloys),其抗拉強度為 205 MPa、20°C時的導熱系數為 123. 1 W· (m.K)-1。對比例3 含銀、稀土的鎂合金QE22，根據美國鎂及合金手冊(Magnesium and magnesium Alloys),其抗拉強度為沈0 MPa、20°C時的導熱系數為113 W· (m.K)-1。實施例1 一種含Sn、Ca元素的導熱鑄造鎂合金，合金成分為lwt. % Sn，0. 5wt. % Ca，剩余部分為Mg和不可避免的雜質。
首先，將純Mg、純Sn、鎂鈣合金放在烘干箱中預熱至120°C左右；然后，將純Mg在 N2與SF6混合氣體的保護下放入坩堝中，待熔化后將溫度調至730°C，放入純Sn、鎂鈣中間合金，保溫15分鐘后，進行攪拌1至2分鐘，以保證合金液充分混合；攪拌后靜置15分鐘，待合金熔液溫度穩定在720 °C后，撇渣，然后澆注入預熱的金屬型模具中，得到鑄態 Mg-lwt. %Sn-0. 5wt.%Ca合金。本實施例合金的導熱率為136.7 W· (πι·Κ) ―1，其鑄態抗拉強度為158. 6 MPa，延伸率為7. 6 %。實施例2 —種含Sn、Ca、Si元素的導熱鑄造鎂合金，合金成分為3wt. %Sn， 1. 5wt. %Ca，0. 5wt. %Zn，剩余部分為Mg和不可避免的雜質。首先，將純Mg、純Sn、純Si和鎂鈣中間合金在烘干箱中預熱至120°C左右；然后， 將純Mg在N2與SF6混合氣體的保護下放入坩堝中，待熔化后將溫度調至730°C，放入純Sn、 純Si和鎂鈣中間合金，保溫15分鐘后，進行攪拌，以保證合金液充分混合；攪拌后靜置15 分鐘，待合金熔液溫度穩定在720°C后，撇渣，然后澆注入預熱的金屬型模具中，得到鑄態 Mg-3wt. %Sn-l. 5wt. %Ca -0. 5wt. %Zn 合金。本實施例合金的導熱率為 127. 2 W* (m*K) ―1， 抗拉強度為175. 5MPa，延伸率為5. 9%。實施例3 —種含Sn、Ca、Si元素的導熱鑄造鎂合金，合金成分為3wt. %Sn， 1. 5wt. %Ca，1. 5wt. %Zn，剩余部分為Mg和不可避免的雜質。首先，將純Mg、純Sn、純Si和鎂鈣中間合金在烘干箱中預熱至120°C左右；然后， 將純Mg在N2與SF6混合氣體的保護下放入坩堝中，待熔化后將溫度調至730°C，放入純Sn、 純Si和鎂鈣中間合金，保溫15分鐘后，進行攪拌，以保證合金液充分混合；攪拌后靜置15 分鐘，待合金熔液溫度穩定在720°C后，撇渣，然后澆注入預熱的金屬型模具中，得到鑄態 Mg-3wt. %Sn-l. 5wt. %Ca -1. 5wt. %Zn 合金。本實施例合金的導熱率為 130. 1 W* (m*K) ^1, 抗拉強度為186. 7MPa，延伸率為6%。實施例4 一種含Sn、Ca、&元素的導熱鑄造鎂合金，合金成分為3wt. %Sn， 1. 5wt. %Ca，0. 5wt. %Zr，剩余部分為Mg和不可避免的雜質。首先，將純Mg、純Sn、鎂鈣中間合金和鎂鋯中間合金在烘干箱中預熱至120°C左右；然后，將純Mg在隊與SF6混合氣體的保護下放入坩堝中，待熔化后將溫度調至730°C， 放入純Sn、鎂鈣中間合金和鎂鋯中間合金，保溫15分鐘后，進行攪拌，以保證合金液充分混合；攪拌后靜置15分鐘，待合金熔液溫度穩定在720°C后，撇渣，然后澆注入預熱的金屬型模具中，得到鑄態Mg-3wt. %Sn-l. 5wt. %Ca_0. 5wt. %Zr合金。本實施例合金的導熱率為 126. 3W. (m.K)、抗拉強度為192. 4MPa，延伸率是6. 2%。附表對比例和實施例的力學性能及導熱系數對比如下表。
權利要求
1.一種Mg-Sn-Ca導熱鑄造鎂合金，該鎂合金的成分含量為Sn的含量為0.2、wt%, Ca的含量為0. 5 2%，其余為Mg。
2.根據權利要求1所述的一種導熱鑄造鎂合金，其特征在于該鎂合金的成分中含有質量百分比為0.5 5 wt%的Si。
3.根據權利要求1所述的一種導熱鑄造鎂合金，其特征在于該鎂合金的成分中含有質量百分比為0.2 1 wt%的&。
4.根據權利要求1所述的一種導熱鑄造鎂合金，其特征在于合金中含有質量百分比為0. 001% 1%的微量合金元素，如Mn、Ca、Zr、Si、Ba、RE等。
5.根據權利要求1所述的一種導熱鑄造鎂合金，其特征在于合金中含有不可避免的雜質，如 Cu、Ni、iie、Be。
全文摘要
一種導熱鑄造鎂合金，該鎂合金的成分含量為Sn的含量為0.2~5wt%，Ca的含量為0.5~2wt%，Zn的含量為0.5~5wt%，Zr的含量為0.2~1wt%，其余為Mg。以純鎂錠、純鋅錠、純錫錠、鎂鈣中間合金和鎂鋯中間合金為原料，將純鎂錠進行熔化，加入合金元素Zn、Sn、Ca和Zr進行合金化；制成鑄件，或制成鑄錠。本發明的鎂合金在25℃條件下，導熱率大于120W (m K)-1，抗拉強度為160~200MPa，其塑性大于5%。具有較高的導熱性能，及較高的強度和良好的耐熱性能。另外，鑄造鎂合金的制備工藝簡單、可靠，易于推廣應用。可以用作LED照明光源、電子器件等的散熱器結構材料。
文檔編號C22C23/00GK102560210SQ201210084808
公開日2012年7月11日 申請日期2012年3月28日 優先權日2012年3月28日
發明者王春明, 肖素芬, 陳云貴 申請人:四川大學