本發(fā)明涉及金屬材料領域，具體涉及一種高導熱稀土鎂合金及其制備方法。
背景技術：
：在一些特殊的領域，如航天航空或者高精密電子儀器制造等領域，有些部件必須采用具有高導熱性能的材料，導熱率越大，越有利于將自身產(chǎn)生的熱量迅速導出，同時減小構件在熱載荷作用下的變形，使其工作穩(wěn)定。在民用領域，一些產(chǎn)品仍然急需提高散熱效率，如，led、3c產(chǎn)品、核心芯片(cpu)等，在這些產(chǎn)品中，散熱問題成為阻礙其不斷發(fā)展的瓶頸。相對于傳統(tǒng)的鋁合金等散熱材料，鎂合金散熱快、效果好，且鎂合金的質(zhì)量更輕，金屬鎂資源豐富可持續(xù)發(fā)展。所以越來越多的科技工作者及企業(yè)把高導熱鎂合金作為未來散熱材料研究開發(fā)的重點方向。然而，目前對鎂合金的研究主要集中于作為結構材料的應用，對鎂合金的導熱性能不管是基礎研究還是產(chǎn)品開發(fā)都還有待進一步的發(fā)展。鎂合金熱導率對材料的組織形態(tài)非常敏感，而材料組織形態(tài)與成分及加工方法密切相關。純鎂的熱導率大概為158w/(m.k)，隨著合金元素的加入，固溶于鎂基體中的原子會導致鎂合金熱導率急劇降低。因此，商業(yè)上廣泛應用的az(鋁鋅)系鎂合金其熱導率遠小于100w/(m.k)，從而限制了鎂合金作為散熱材料的使用。稀土元素(y、ce、nd等)可以顯著提高鎂合金的力學性能，但同樣會降低其熱導率，如we(鐿、稀土)系鎂合金的室溫熱導率小于60w/(m.k)。基于此，開發(fā)一種強度高導熱性能良好且成本低密度小的鎂合金顯得尤為重要。技術實現(xiàn)要素：本發(fā)明針對現(xiàn)有鎂合金無法兼顧高強度、高熱導率的技術問題，提供了一種高導熱稀土鎂合金及其制備方法。本發(fā)明提供的基礎方案為：一種高導熱稀土鎂合金，含有鋅2.5-3.5wt.％；鋯0.15-0.35wt.％；釤0-1.5wt.％；其余為鎂和不可避免雜質(zhì)。另，上述wt.％的含義為重量百分比；不可避免雜質(zhì)主要是因為在冶煉的行業(yè)中，雜質(zhì)的含量通常是不可避免的，只能說通過優(yōu)化工藝減少雜質(zhì)，或者是工藝改進，利用一些的雜質(zhì)提升合金品質(zhì)，如生鐵和鋼的區(qū)別就是對碳元素的利用優(yōu)化。本發(fā)明的原理及優(yōu)點在于：mg-zn系鎂合金是目前工業(yè)上應用最為廣泛的鎂合金之一，具有較好的熱導率；鋯(zr，特別說明，本文中鋯與zr等同)可顯著細化晶粒從而提高力學性能且在鎂中固溶度小，對熱導率影響較小；稀土sm(釤，特別說明，本文中釤與sm等同)的添加，析出mg-zn-sm稀土相，一方面可起第二相強化作用從而提高力學性能；另一方面，稀土相的析出會消耗固溶于鎂基體內(nèi)的zn原子，從而進一步提高mg-zn系鎂合金的熱導率。通過添加適量的稀土元素sm對mg-zn系鎂合金進行合金化。所制備的含sm稀土鎂合金，因稀土sm添加含量較低，使最終合金密度不會顯著增加，保留了鎂合金低成本和質(zhì)輕的優(yōu)點，含sm稀土相的析出能提高zk(鋅鋯)系鎂合金的改善鎂合金力學性能并提高熱導率。本發(fā)明提供的一種高強高導熱變形稀土鎂合金，通過在鎂合金中添加適量的稀土元素可顯著提高鎂合金的熱導率及力學性能。進一步，該鎂合金中含有鋅2.5-3.5wt.％；鋯0.15-0.35wt.％；釤0.1wt.％，其余為鎂和不可避免雜質(zhì)。進一步，該鎂合金中含有鋅2.5-3.5wt.％；鋯0.15-0.35wt.％；釤0.15wt.％，其余為鎂和不可避免雜質(zhì)。進一步，該鎂合金中含有鋅2.5-3.5wt.％；鋯0.15-0.35wt.％；釤0.25wt.％，其余為鎂和不可避免雜質(zhì)。進一步，該鎂合金中含有鋅2.5-3.5wt.％；鋯0.15-0.35wt.％；釤0.36wt.％，其余為鎂和不可避免雜質(zhì)。進一步，該鎂合金中含有鋅2.5-3.5wt.％；鋯0.15-0.35wt.％；釤1.44wt.％，其余為鎂和不可避免雜質(zhì)。一種高導熱稀土鎂合金的制備方法，包括如下步驟：1)按含有鋅2.5-3.5wt.％；鋯0.15-0.35wt.％；釤0-1.5wt.％；其余為鎂的成分含量稱取純鎂錠、純鋅粒、mg-zr中間合金、mg-sm中間合金、備用；2)將步驟1)稱取的原材料分別在200℃進行干燥預熱2h，備用；3)將步驟2)預熱好的純鎂錠放入不銹鋼坩堝中，在保護氣體的保護下加熱升溫，保護氣體為co2和sf6混合氣體，待鎂完全熔化后添加步驟2)預熱好的純鋅粒、mg-zr中間合金及mg-sm中間合金，保溫10-20min；待合金全部熔化后攪拌均勻并除去表面浮渣，然后靜置10min，再將熔體澆注金屬型模具中，所述金屬模具在澆注前，已經(jīng)升溫至350℃進行預熱，然后自然冷卻，得到鎂合金鑄錠；4)將步驟3)的鎂錠進行熱擠壓變形，從而獲得變形鎂合金。本發(fā)明提供的鎂合金制備方法簡單、成本低。進一步，保護氣體中co2與sf6氣體的體積為99︰1。經(jīng)過試驗驗證，這樣的比例的保護氣體，在能夠達到較好的保護效果的同時，成本也較低。進一步，擠壓變形的擠壓溫度為350℃，擠壓比為28：1，擠壓速率為200mm/min。這樣的操作，是為了在成品中，更好的形成mg-zn-sm稀土相。擠壓比(extrusionratio)是指擠壓筒腔的橫斷面面積同擠壓制品總橫斷面面積之比，也叫擠壓系數(shù)。擠壓比是擠壓生產(chǎn)中用于表示金屬變形量大小的參數(shù)。附圖說明圖1是本發(fā)明實施例1的鎂合金在光學顯微鏡(om)下的表層結構示意圖(50μm)；圖2是本發(fā)明實施例1的鎂合金在電子顯微鏡(sem)下的掃描圖(4μm)；圖3是本發(fā)明實施例1的鎂合金在鑄態(tài)(步驟3中的熔鑄狀態(tài))時的xrd衍射圖。具體實施方式下面通過具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細的說明：實施例1一種高導熱稀土鎂合金，該鎂合金中含有鋅2.5wt.％；鋯0.15wt.％；釤0.05wt.％；其余為鎂和不可避免雜質(zhì)。該鎂合金采用如下方法制備，該制備方法包括如下步驟：1)按含有鋅2.5wt.％；鋯0.15wt.％；釤0.05wt.％的成分含量稱取純鎂錠、純鋅粒、mg-zr中間合金、mg-sm中間合金、備用；2)將步驟1)稱取的原材料分別在200℃進行干燥預熱2h，備用；3)將步驟2)預熱好的純鎂錠放入不銹鋼坩堝中，在保護氣體的保護下加熱升溫，保護氣體為co2和sf6混合氣體，保護氣體中co2與sf6氣體的體積為99︰1，待鎂完全熔化后添加步驟2)預熱好的純鋅粒、mg-zr中間合金及mg-sm中間合金，保溫10-20min；待合金全部熔化后攪拌均勻并除去表面浮渣，然后靜置10min，再將熔體澆注金屬型模具中，所述金屬模具在澆注前，已經(jīng)升溫至350℃進行預熱，然后自然冷卻，得到鎂合金鑄錠。4)將步驟3)的純鎂錠進行熱擠壓變形，從而獲得變形鎂合金，擠壓變形的擠壓溫度為350℃，擠壓比為28：1，擠壓速率為200mm/min。從圖1和圖2中可以看出本實施例提供的合金，表面無明顯瑕疵，排布緊密，力學性能(抗拉強度、屈服強度等)理論上應該十分優(yōu)異。從圖3中可以明顯看出合金中形成較多的mg-zn-sm稀土相，mg-zn-sm稀土相能夠較好的提高合金的強度。實施例2-7與實施例1相比，不同之處僅在于，該鎂合金中僅釤的含量不同。具體含量如下表所示：鋅含量(wt.％)鋯含量(wt.％)釤含量(wt.％)實施例22.50.150.1實施例32.50.150.15實施例42.50.150.25實施例52.50.150.36實施例62.50.151.44實施例72.50.151.5對比例1與實施例1相比，不同之處僅在于，該鎂合金中釤為0。對比例2與實施例1相比，不同之處僅在于，該鎂合金中含釤1.8wt.％。上述所有實施例和對比例采用相同的方法進行測試。組織形態(tài)通過光學顯微鏡(om)及掃描電子顯微鏡(sem)進行觀察；熱導率通過k＝α·ρ·cp計算，其中熱擴散系數(shù)α在耐馳lfa447閃光法導熱分析儀上進行測試，密度ρ通過archimedes法測量，利用neumann-kopp法則計算合金的比熱容cp；力學性能在高精密電子拉伸機上進行。表2為所有實施例和所有對比例所提供的鎂合金的密度、屈服強度、抗拉強度、延伸率和熱導率。從表1中對比實施例1與對比例2，可以得出結論，添加過量的sm元素，會使得合金的密度增大，在一些對密度有要求的領域(如航空航天)，材料應用會比較困難。對比實施例1-7與對比例1和2的屈服強度、抗拉強度，可以得出結論，不添加或者添加過量的sm元素都會使得合金的屈服強度、抗拉強度降低。主要原因我們分析，可能是當sm添加量較高時，合金組織不均勻，使合金中存在一些未完全熔化的含sm碎片，導致力學性能變差。對比實施例1-7與對比例1和2的熱導率，可以得出結論，sm元素的添加量，在一定范圍內(nèi)能夠提升合金的熱導率，添加過量后又會影響熱導率的提升，存在一個峰值。但是我們也可以得出結論，不添加或者添加過量的sm元素都會使得合金的熱導率降低。另外，因稀土sm價格便宜且添加含量<1.5wt％，因此合金成本較低。以上所述的僅是本發(fā)明的實施例，方案中公知的具體結構及特性等常識在此未作過多描述。應當指出，對于本領域的技術人員來說，在不脫離本發(fā)明結構的前提下，還可以作出若干變形和改進，這些也應該視為本發(fā)明的保護范圍，這些都不會影響本發(fā)明實施的效果和專利的實用性。本申請要求的保護范圍應當以其權利要求的內(nèi)容為準，說明書中的具體實施方式等記載可以用于解釋權利要求的內(nèi)容。當前第1頁12