專利名稱：一種導熱鎂合金和其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種導熱鎂合金和其制備方法，屬于金屬材料領域。

背景技術：
航空航天中的電源、電子器件的散熱系統(tǒng)結構材料，既要求優(yōu)良的導熱性能，同時還必須具有密度小、強度高。因此，高強度、高導熱鎂合金具有重要的應用背景。
純鎂的導熱系數(shù)為1.55W.(m.K)-1，強度大約為10MPa左右；合金化后，強度大幅度提高，導熱系數(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，其抗拉強度為275Mpa、20℃時的導熱系數(shù)為51.1W.(m.K)-1稀土鎂合金WE43，其強度為250Mpa、20℃時的導熱系數(shù)為51.3W.(m.K)-1；含鋅、稀土的鎂合金ZE41，其抗拉強度為205Mpa、20℃時的導熱系數(shù)為123.1W.(m.K)-1；含鋅、銅的鎂合金ZC63，其抗拉強度為210Mpa、20℃時的導熱系數(shù)為122W.(m.K)-1；含銀、稀土的鎂合金QE22，其抗拉強度為260Mpa、20℃時的導熱系數(shù)為113W.(m.K)-1。
目前已有的鎂合金，導熱率高的比如ZE41、QE22，其強度都小于265Mpa；而強度較高的比如AZ81、WE43，其導熱率都小于55W.(m.K)-1。


發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種導熱率和強度都比較高的鎂合金，該鎂合金材料在20℃條件下，導熱率大于120W.(m.K)-1，抗拉強度大于340Mpa、屈服強度大于310Mpa?？梢杂米骱娇蘸教熘械碾娫础㈦娮悠骷纳嵯到y(tǒng)結構材料。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種導熱率和強度都比較高的鎂合金的制備方法。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術方案 一種導熱鎂合金，該鎂合金的成分含量為Zn的含量為2.5～11wt％，Zr的含量為0.15～1.5wt％，Ag的含量為0.1～2.5wt％，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同時都不等于0，或者Nd、La、Pr同時都為0(即同時含Nd、La、Pr中的3種，或者不含Nd、La和Pr 3種)，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，鎂合金的成份中含Ce的同時又都含有Nd、La和Pr 3種，即技術方案中的Nd、La、Pr同時都不等于0；鎂合金中的成份Ce在以純Ce錠方式加入時，鎂合金的成份中只含Ce，不含有Nd、La和Pr 3種，即技術方案中的Nd、La、Pr同時都為0。
在本發(fā)明的導熱鎂合金中，所述的Zn的含量優(yōu)選為3.5～6.5wt％。
在本發(fā)明的導熱鎂合金中，所述的Zr的含量優(yōu)選為0.45～1.0wt％。
在本發(fā)明的導熱鎂合金中，所述的Ag的含量優(yōu)選為0.5～1.5wt％。
在本發(fā)明的導熱鎂合金中，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)明的導熱鎂合金的方法，該方法包括下述步驟 (1)、以純鎂錠、純Zn錠、Mg-Zr中間合金、純Ag錠或者Mg-Ag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，不同生產廠家以及同一個生產廠家不同時間生產的富鈰混合稀土，其中Nd、La和Pr的含量可能也不相同，但是基本上都在一個范圍之內，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，在保護氣體的保護下完全熔化，將鎂熔液溫度控制在680～800℃，將熔液表面的浮渣清理干凈，向熔化爐通入保護氣體； (3)、將預熱爐升溫到160～580℃，將純Zn錠、Mg-Zr中間合金、純Ag錠或者Mg-Ag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加料筐中，加料筐為低碳鋼或高鉻鋼制成，其上密布著大量的小孔，將上述原料連同盛放這些原料的加料筐一起放入預熱爐中，預熱到100～580℃； (4)、將預熱后的純Zn錠、Mg-Zr中間合金、純Ag錠或者Mg-Ag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連同盛放這些原料的加料筐一起沒入鎂熔液中，便于純Zn錠、Mg-Zr中間合金、純Ag錠或者Mg-Ag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的溶解和擴散； (5)、將鎂熔液溫度控制在720～800℃，待Zn、Mg-Zr中間合金、Ag或者Mg-Ag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730～800℃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，進行爐前分析，根據(jù)試樣的成分和含量決定是否加料調整，直至鎂合金熔液達到本發(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或壓鑄機中，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行固溶處理，其固溶處理過程是將鑄件加熱到350～500℃、保溫3～30小時，淬水； (8)、將固溶處理后的鑄件進行時效處理，其時效處理過程是將鑄件加熱到155～235℃、保溫2～46小時。
制備本發(fā)明的導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行后處理、另一種是對澆注后的坯錠進行后處理，因此，因不同的后處理過程，制備本發(fā)明的導熱鎂合金的方法也分為兩種，前述的制備本發(fā)明的導熱鎂合金的方法是其中的一種，為第一種本發(fā)明的導熱鎂合金的方法。第二種制備本發(fā)明的導熱鎂合金的方法是 一種制備本發(fā)明的導熱鎂合金的方法，其中，熔煉過程和第一種本發(fā)明的導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晶器中，進行連續(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行均勻化熱處理，其均勻化熱處理過程是將坯錠加熱到350～500℃、保溫3～30小時，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、線材或各種鍛件進行時效處理，其時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155～235℃、保溫2～36小時。
在制備本發(fā)明的導熱鎂合金的方法中，在所述的步驟(2)中，純鎂錠在保護氣體的保護下熔化中，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化成二氧化硫為準，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氣的保護下完全熔化，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。在實際操作中，根據(jù)坩堝的容積和純鎂錠的總體積，計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，計算出氧氣重量和硫磺粉重量。
在制備本發(fā)明的導熱鎂合金的方法中，在所述的步驟(2)中，向熔化爐通入的保護氣體優(yōu)選為含有0.2～0.5體積％SF6的N2。以下簡稱為保護氣體(0.2～0.5％SF6+N2)。
本發(fā)明的優(yōu)點是本發(fā)明的鎂合金在20℃條件下，導熱率大于120W.(m.K)-1，抗拉強度大于340Mpa、屈服強度大于310Mpa?？梢杂米骱娇蘸教熘械碾娫础㈦娮悠骷纳嵯到y(tǒng)結構材料。

具體實施例方式 實施例11000公斤Mg-2.5Zn-1.5Zr-2.5Ag-3.5Ce導熱鎂合金(即該鎂合金的成分含量為2.5wt％Zn、1.5wt％Zr、2.5wt％Ag、3.5wt％Ce，余量為Mg)及其板材軋制制備方法。
1、純Zn錠、Mg-30Zr中間合金、純Ag錠、純Ce錠預熱 采用預熱爐將25公斤純Zn錠、50公斤Mg-30Zr中間合金、25公斤純Ag錠、35公斤純Ce錠預熱到120～180℃，其中純Zn錠、Mg-30Zr中間合金(即該中間合金的成分含量為30wt％Zr、余量為Mg)、純Ag錠、純Ce錠都盛放在加料筐中，連同加料筐一起放入預熱爐中預熱。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。
2、純鎂錠熔化 將全部865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化成二氧化硫為準。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氣的保護下完全熔化，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，向熔化爐通入保護氣體(0.2～0.5％SF6+N2)； 3、合金化 將預熱后的純Zn錠、Mg-30Zr中間合金、純Ag錠、純Ce錠連同盛放它們的加料筐一起沒入鎂熔液中，將鎂熔液溫度控制在780～790℃，待Zn、Mg-Zr中間合金、Ag、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，進行爐前分析，如果成分和含量不合格，可加料調整，直至合格； 4、坯錠澆鑄 用熔體轉移泵將鎂合金熔液輸送到結晶器中，進行半連續(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效處理 將上述步驟制備的坯錠進行均勻化熱處理，就是將坯錠加熱到450～500℃、保溫26～30小時，出爐后直接采用板材軋機將均勻化熱處理后的坯錠軋制變形加工成板材，然后將該板材進行時效處理，時效處理就是將該板材加熱到215～235℃、保溫2～5小時小時。
本發(fā)明的Mg-2.5Zn-1.5Zr-2.5Ag-3.5Ce鎂合金經過均勻化熱處理、板材軋制變形以及時效處理后具有如下性能在20℃條件下，導熱率大約為125W.(m.K)-1，抗拉強度為360～370Mpa、屈服強度大于325～335Mpa。
實施例21000公斤Mg-11Zn-0.15Zr-0.1Ag-0.3Ce導熱鎂合金(即該鎂合金的成分含量為11wt％Zn、0.15wt％Zr、0.1wt％Ag、0.3wt％Ce，余量為Mg)及其壓鑄零件制備方法。
1、純Zn錠、Mg-30Zr中間合金、Mg-25Ag中間合金、Mg-30Ce中間合金預熱 采用預熱爐將110公斤純Zn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、4公斤Mg-25Ag(即該中間合金的成分含量為25wt％Ag、余量為Mg)中間合金、10公斤Mg-30Ce中間合金(即該中間合金的成分含量為30wt％Ce、余量為Mg)預熱到530～570℃，其中純Zn錠、Mg-30Zr中間合金、Mg-25Ag中間合金、Mg-30Ce中間合金都盛放在加料筐中，連同加料筐一起放入預熱爐中預熱。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。
2、純鎂錠熔化 將全部871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化成二氧化硫為準。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氣的保護下完全熔化，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，向熔化爐通入保護氣體(0.2～0.5％SF6+N2)； 3、合金化 將預熱后的純Zn錠、Mg-30Zr中間合金、Mg-25Ag中間合金、Mg-30Ce中間合金連同盛放它們的加料筐一起沒入鎂熔液中，將鎂熔液溫度控制在780～790℃，待純Zn錠、Mg-30Zr中間合金、Mg-25Ag中間合金、Mg-30Ce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，進行爐前分析，如果成分和含量不合格，可加料調整，直至合格； 4、壓鑄成形 根據(jù)鑄件重量，用熔體定量轉移泵將鎂合金熔液分批澆注到冷室壓鑄機的壓室中，壓鑄成鑄件。
5、熱處理 熱處理包括固溶處理和時效處理；固溶處理就是將上述步驟壓鑄的鑄件加熱到350～380℃、保溫25～28小時，淬水；然后將固溶處理后的鑄件進行時效處理，時效處理就是將鑄件加熱到155～175℃、保溫32～36小時。
本發(fā)明的Mg-11Zn-0.15Zr-0.1Ag-0.3Ce鎂合金經過壓鑄成型和熱處理后具有如下性能在20℃條件下，導熱率大約為120W.(m.K)-1，抗拉強度為340～350Mpa、屈服強度大于320～325Mpa。
實施例31000公斤Mg-3.5Zn-0.45Zr-1.5Ag-3Ce-1.5Nd-2.5La-0.5Pr(即該鎂合金的成分含量為3.5wt％Zn、0.45wt％Zr、1.5wt％Ag、3wt％Ce、1.5wt％Nd、2.5wt％La、0.5wt％Pr，余量為Mg)導熱鎂合金及其棒材、管材、型材或線材擠壓制備方法。
1、純Zn錠、Mg-30Zr中間合金、純Ag錠、富鈰混合稀土錠預熱 采用預熱爐將35公斤純Zn錠、15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)、15公斤純Ag錠、75公斤富鈰混合稀土錠預熱到260～360℃，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％；純Ag錠、Mg-Zr中間合金、富鈰混合稀土錠都盛放在加料筐中，連同加料筐一起放入預熱爐中預熱。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。
2、純鎂錠熔化 將全部860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化成二氧化硫為準。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氣的保護下完全熔化，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，向熔化爐通入保護氣體； 3、合金化 將預熱后的純Zn錠、Mg-30Zr中間合金、純Ag錠、富鈰混合稀土錠連同盛放它們的加料筐一起沒入鎂熔液中，將鎂熔液溫度控制在780～790℃，待純Zn錠、Mg-30Zr中間合金、純Ag錠、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，進行爐前分析，如果成分和含量不合格，可加料調整，直至合格； 4、坯錠澆鑄 用熔體轉移泵將鎂合金熔液澆注到充分預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效處理 將上述步驟制備的坯錠進行均勻化熱處理，就是將坯錠加熱到410～430℃、保溫10～15小時，出爐后直接采用擠壓機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、型材或者線材進行時效處理，時效處理就是將該棒材、管材、型材或者線材加熱到180～200℃、保溫5～6小時。
本發(fā)明的Mg-3.5Zn-0.45Zr-1.5Ag-3Ce-1.5Nd-2.5La-0.5Pr鎂合金經過均勻化熱處理，棒材、管材、型材或線材擠壓變形加工以及時效處理后具有如下性能在20℃條件下，導熱率大約為127W.(m.K)-1，抗拉強度為350～355Mpa、屈服強度為320～325Mpa。
實施例41000公斤Mg-4Zn-0.6Zr-1Ag-1.1Ce-0.3Nd-0.5La-0.1Pr(即該鎂合金的成分含量為4wt％Zn、0.6wt％Zr、1wt％Ag、1.1wt％Ce、0.3 wt％Nd、0.5wt％La、0.1wt％Pr，余量為Mg)導熱鎂合金及其零件鍛造制備方法。
1、純Zn錠、Mg-30Zr中間合金、純Ag錠、富鈰混合稀土錠預熱 采用預熱爐將40公斤純Zn錠、20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)、10公斤純Ag錠、20公斤富鈰混合稀土錠預熱到260～360℃，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％；純Zn錠、Mg-30Zr中間合金、純Ag錠、富鈰混合稀土錠都盛放在加料筐中，連同加料筐-起放入預熱爐中預熱。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。
2、純鎂錠熔化 將全部910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化成二氧化硫為準。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氣的保護下完全熔化，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，向熔化爐通入保護氣體； 3、合金化 將預熱后的純Zn錠、Mg-30Zr中間合金、純Ag錠、富鈰混合稀土錠連同盛放它們的加料筐-起沒入鎂熔液中，將鎂熔液溫度控制在780～790℃，待純Zn錠、Mg-30Zr中間合金、純Ag錠、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，進行爐前分析，如果成分和含量不合格，可加料調整，直至合格； 4、坯錠澆鑄 用熔體轉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效處理 將上述步驟制備的坯錠進行均勻化熱處理，就是將坯錠加熱到435～460℃、保溫15～17小時，出爐后直接采用鍛壓機將均勻化熱處理后的坯錠鍛造變形加工成零件，然后將該零件進行時效處理，時效處理就是將該零件加熱到190～210℃、保溫7～9小時。
本發(fā)明的Mg-4Zn-0.6Zr-1Ag-1.1Ce-0.3Nd-0.5La-0.1Pr鎂合金經過均勻化熱處理、零件鍛造變形加工以及時效處理后具有如下性能在20℃條件下，導熱率大約為125W.(m.K)-1，抗拉強度為355～365Mpa、屈服強度為325～335Mpa。
實施例51000公斤Mg-4.5Zn-0.9Zr-0.5Ag-0.9Ce-0.3Nd-0.6La-0.2Pr(即該鎂合金的成分含量為4.5wt％Zn、0.9wt％Zr、0.5wt％Ag、0.9wt％Ce、0.3wt％Nd、0.6wt％La、0.2wt％Pr，余量為Mg)導熱鎂合金及其棒材或線材擠壓與拉拔制備方法。
1、純Zn錠、Mg-30Zr中間合金、純Ag錠、富鈰混合稀土錠預熱 采用預熱爐將45公斤純Zn錠、30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)、5公斤純Ag錠、20公斤富鈰混合稀土錠預熱到260～360℃，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％；純Ag錠、Mg-Zr中間合金、富鈰混合稀土錠都盛放在加料筐中，連同加料筐一起放入預熱爐中預熱。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。
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化成二氧化硫為準。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氣的保護下完全熔化，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，向熔化爐通入保護氣體； 3、合金化 將預熱后的純Zn錠、Mg-30Zr中間合金、純Ag錠、富鈰混合稀土錠連同盛放它們的加料筐一起沒入鎂熔液中，將鎂熔液溫度控制在780～790℃，待純Zn錠、Mg-30Zr中間合金、純Ag錠、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，進行爐前分析，如果成分和含量不合格，可加料調整，直至合格； 4、坯錠澆鑄 用熔體轉移泵將鎂合金熔液澆注到充分預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效處理 將上述步驟制備的坯錠進行均勻化熱處理，就是將坯錠加熱到425～450℃、保溫10～15小時，出爐后直接采用擠壓機將均勻化熱處理后的坯錠擠壓變形加工成棒材或者線材，然后再采用拉拔機將該棒材或者線材進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行時效處理，時效處理就是將該棒材或者線材加熱到180～200℃、保溫5～6小時。
本發(fā)明的Mg-4.5Zn-0.9Zr-0.5Ag-0.9Ce-0.3Nd-0.6La-0.2Pr導熱鎂合金經過均勻化熱處理、棒材或線材擠壓與拉拔變形加工以及時效處理后具有如下性能在20℃條件下，導熱率大約為123W.(m.K)-1，抗拉強度為380～400Mpa、屈服強度為370～390Mpa。
實施例61000公斤Mg-5.5Zn-0.9Zr-0.5Ag-0.9Ce-0.3Nd-0.6La-0.2Pr(即該鎂合金的成分含量為5.5wt％Zn、0.9wt％Zr、0.5wt％Ag、0.9wt％Ce、0.3wt％Nd、0.6wt％La、0.2wt％Pr，余量為Mg)導熱鎂合金及其及其擠壓鑄造零件制備方法。
1、純Zn錠、Mg-30Zr中間合金、純Ag錠、富鈰混合稀土錠預熱 采用預熱爐將55公斤純Zn錠、30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)、5公斤純Ag錠、20公斤富鈰混合稀土錠預熱到260～360℃，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％；純Ag錠、Mg-Zr中間合金、富鈰混合稀土錠都盛放在加料筐中，連同加料筐一起放入預熱爐中預熱。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。
2、純鎂錠熔化 將全部890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化成二氧化硫為準。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氣的保護下完全熔化，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，向熔化爐通入保護氣體； 3、合金化 將預熱后的純Zn錠、Mg-30Zr中間合金、純Ag錠、富鈰混合稀土錠連同盛放它們的加料筐一起沒入鎂熔液中，將鎂熔液溫度控制在780～790℃，待純Zn錠、Mg-30Zr中間合金、純Ag錠、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，進行爐前分析，如果成分和含量不合格，可加料調整，直至合格； 4、擠壓鑄造成形 根據(jù)鑄件重量，用熔體定量轉移泵將鎂合金熔液分批澆注到擠壓鑄造機的壓室中，擠壓鑄造成鑄件。
5、熱處理 熱處理包括固溶處理和時效處理；固溶處理就是將上述步驟擠壓鑄造的鑄件加熱到435～460℃、保溫28～30小時，淬水；然后將固溶處理后的鑄件進行時效處理，時效處理就是將鑄件加熱到165～180℃、保溫42～46小時。
本發(fā)明的Mg-5.5Zn-0.9Zr-0.5Ag-0.9Ce-0.3Nd-0.6La-0.2Pr鎂合金經過擠壓鑄造成型和熱處理后具有如下性能在20℃條件下，導熱率大約為121W.(m.K)-1，抗拉強度為340～350Mpa、屈服強度為315～325Mpa。
實施例71000公斤Mg-6.5Zn-0.9Zr-0.5Ag-1Ce-0.2Nd-0.6La-0.2Pr(即該鎂合金的成分含量為6.5wt％Zn、0.9wt％Zr、0.5wt％Ag、1wt％Ce、0.2wt％Nd、0.6wt％La、0.2wt％Pr，余量為Mg)導熱鎂合金及其及其低壓鑄造零件制備方法。
1、純Zn錠、Mg-30Zr中間合金、純Ag錠、富鈰混合稀土錠預熱 采用預熱爐將65公斤純Zn錠、30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)、5公斤純Ag錠、20公斤富鈰混合稀土錠預熱到260～360℃，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％；純Ag錠、Mg-Zr中間合金、富鈰混合稀土錠都盛放在加料筐中，連同加料筐一起放入預熱爐中預熱。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。
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化成二氧化硫為準。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氣的保護下完全熔化，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，向熔化爐通入保護氣體； 3、合金化 將預熱后的純Zn錠、Mg-30Zr中間合金、純Ag錠、富鈰混合稀土錠連同盛放它們的加料筐一起沒入鎂熔液中，將鎂熔液溫度控制在780～790℃，待純Zn錠、Mg-30Zr中間合金、純Ag錠、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，進行爐前分析，如果成分和含量不合格，可加料調整，直至合格； 4、低壓鑄造成形 用熔體轉移泵將上述步驟熔煉的鎂合金熔液轉移到低壓鑄造機保溫爐的坩堝中，低壓鑄造成鑄件。
5、熱處理 熱處理包括固溶處理和時效處理；固溶處理就是將上述步驟低壓鑄造的鑄件加熱到395～420℃、保溫27～29小時，淬水；然后將固溶處理后的鑄件進行時效處理，時效處理就是將鑄件加熱到165～180℃、保溫42～46小時。
本發(fā)明的Mg-6.5Zn-0.9Zr-0.5Ag-1Ce-0.2Nd-0.6La-0.2Pr鎂合金經過低壓鑄造成型和熱處理后具有如下性能在20℃條件下，導熱率大約為121W.(m.K)-1，抗拉強度為340～350Mpa、屈服強度為310～315Mpa。
權利要求
1.一種導熱鎂合金，其特征在于該鎂合金的成分含量為Zn的含量為2.5～11wt％，Zr的含量為0.15～1.5wt％，Ag的含量為0.1～2.5wt％，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同時都不等于0，或者Nd、La、Pr同時都為0，其余為Mg。
2.根據(jù)權利要求1所述的導熱鎂合金，其特征在于所述的Zn的含量為3.5～6.5wt％。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的導熱鎂合金，其特征在于所述的Zr的含量為0.45～1.0wt％。
4.根據(jù)權利要求3所述的導熱鎂合金，其特征在于所述的Ag的含量為0.5～1.5wt％。
5.根據(jù)權利要求4所述的導熱鎂合金，其特征在于所述的Ce的含量為1.5～3.0wt％。
6.根據(jù)權利要求5所述的導熱鎂合金，其特征在于所述的Nd、La、Pr的總含量為0～3.5wt％。
7.一種制備導熱鎂合金的方法，該方法包括下述步驟
(1)、以純鎂錠、純Zn錠、Mg-Zr中間合金、純Ag錠或者Mg-Ag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行備料，按權利要求1所述的鎂合金的成分的重量百分比進行備料；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，在保護氣體的保護下完全熔化，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氣體；
(3)、將預熱爐升溫到160～580℃，將純Zn錠、Mg-Zr中間合金、純Ag錠或者Mg-Ag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加料筐中，加料筐為低碳鋼或高鉻鋼制成，其上密布著大量的小孔，將上述原料連同盛放這些原料的加料筐一起放入預熱爐中，預熱到100～580℃；
(4)、將預熱后的純Zn錠、Mg-Zr中間合金、純Ag錠或者Mg-Ag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連同盛放這些原料的加料筐一起沒入鎂熔液中，便于純Zn錠、Mg-Zr中間合金、純Ag錠或者Mg-Ag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的溶解和擴散；
(5)、將鎂熔液溫度控制在720～800℃，待Zn、Mg-Zr中間合金、Ag或者Mg-Ag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730～800℃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，進行爐前分析，根據(jù)試樣的成分和含量決定是否加料調整，直至鎂合金熔液達到本發(fā)明的鎂合金的成分和含量；
(6)、將鎂合金熔液澆注到預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或壓鑄機中，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，淬水；
(8)、將固溶處理后的鑄件進行時效處理，其時效處理過程是將鑄件加熱到170～250℃、保溫2～46小時。
8.一種制備導熱鎂合金的方法，該方法包括下述步驟
(1)、以純鎂錠、純Zn錠、Mg-Zr中間合金、純Ag錠或者Mg-Ag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行備料，按權利要求1所述的鎂合金的成分的重量百分比進行備料；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，在保護氣體的保護下完全熔化，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氣體；
(3)、將預熱爐升溫到160～580℃，將純Zn錠、Mg-Zr中間合金、純Ag錠或者Mg-Ag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加料筐中，加料筐為低碳鋼或高鉻鋼制成，其上密布著大量的小孔，將上述原料連同盛放這些原料的加料筐一起放入預熱爐中，預熱到100～580℃；
(4)、將預熱后的純Zn錠、Mg-Zr中間合金、純Ag錠或者Mg-Ag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連同盛放這些原料的加料筐一起沒入鎂熔液中，便于純Zn錠、Mg-Zr中間合金、純Ag錠或者Mg-Ag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的溶解和擴散；
(5)、將鎂熔液溫度控制在720～800℃，待Zn、Mg-Zr中間合金、Ag或者Mg-Ag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730～800℃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，進行爐前分析，根據(jù)試樣的成分和含量決定是否加料調整，直至鎂合金熔液達到本發(fā)明的鎂合金的成分和含量；
(6)、將鎂合金熔液澆注到預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晶器中，進行連續(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行均勻化熱處理，其均勻化熱處理過程是將坯錠加熱到350～500℃、保溫3～30小時，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、線材或各種鍛件進行時效處理，其時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155～235℃、保溫2～36小時。
9.根據(jù)權利要求7或8所述的制備導熱鎂合金的方法，其特征在于在所述的步驟(2)中，純鎂錠在保護氣體的保護下熔化中，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化成二氧化硫為準，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氣的保護下完全熔化，再打開坩堝蓋。
10.根據(jù)權利要求9所述的制備導熱鎂合金的方法，其特征在于在所述的步驟(2)中，向熔化爐通入的保護氣體為含有0.2～0.5體積％SF6的N2。
全文摘要
一種導熱鎂合金及其制備方法，該鎂合金的成分含量為Zn的含量為2.5～11wt％，Zr的含量為0.15～1.5wt％，Ag的含量為0.1～2.5wt％，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同時都不等于0，或者Nd、La、Pr同時都為0，其余為Mg。以純Mg錠、純Zn錠、Mg-Zr中間合金、純Ag錠或者Mg-Ag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，進行固溶處理、時效處理；或制成坯錠，進行均勻化熱處理，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、線材或各種鍛件時效處理。本發(fā)明的鎂合金在20℃條件下，導熱率大于120W.(m.K)-1，抗拉強度大于340Mpa、屈服強度大于310Mpa?？梢杂米骱娇蘸教熘械碾娫础㈦娮悠骷纳嵯到y(tǒng)結構材料。
文檔編號C22C1/03GK101113502SQ20071012145
公開日2008年1月30日 申請日期2007年9月6日 優(yōu)先權日2007年9月6日
發(fā)明者奎 張, 李興剛, 劉顯東, 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