專利名稱：導熱耐腐蝕鎂合金及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種導熱性好而且耐腐蝕的鎂合金及其制備方法，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結構材料，既要求優良的導熱性能，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。
純鎂的導熱系數為1.55W. (m.K)—、強度大約為10MPa左右；合金化后，強度大 幅度提高，導熱系數顯著降低。例如根據美國鎂及合金手冊(ASMSpecialty Handbook: Magnesium and magnesium Alloys)，含鋁、鋅的鎂合金AZ81，其抗拉強度為275Mpa、2(TC 時的導熱系數為51. 1W. (m.K)—1 ;稀土鎂合金WE43，其強度為250Mpa、2(TC時的導熱系數 為51. 3W. (m.K)—1 ;含鋅、稀土的鎂合金ZE41，其抗拉強度為205Mpa、2(TC時的導熱系數 為123. 1W. (m.K)—1 ;含鋅、銅的鎂合金ZC63，其抗拉強度為210Mpa、2(TC時的導熱系數為 122W. (m.K)—1 ;含銀、稀土的鎂合金QE22，其抗拉強度為260Mpa、2(TC時的導熱系數為113W. (m. K)-、 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)一1。
發明內容
本發明的目的是提供一種導熱率和強度都比較高、而且耐腐蝕的鎂合金，該鎂合 金材料在2(TC條件下，導熱率大于132W. (m.K)—、在標準鹽霧試驗的腐蝕速率《0. 13g/ cm2. 24小時，抗拉強度大于320Mpa、屈服強度大于300Mpa。可以用作航空航天中的電源、電 子器件的散熱系統結構材料。 本發明的另一個目的是提供一種導熱率和強度都比較高而且耐腐蝕的鎂合金的 制備方法。 為實現上述目的，本發明采取以下技術方案 —種導熱耐腐蝕鎂合金，該鎂合金的成分含量為Mn的含量為0. 5 3. 5wt% ， Zn
的含量為0. 05 lwt % ， Ca的含量為0. 05 lwt % ，其余為Mg。 在本發明的導熱耐腐蝕鎂合金中，所述的Mn的含量優選為1. 0 2. Owt%。 在本發明的導熱耐腐蝕鎂合金中，所述的Zn的含量優選為0. 3 0. 6wt%。 在本發明的導熱耐腐蝕鎂合金中，所述的Ca的含量優選為0. 1 0. 5wt%。 —種制備本發明的導熱耐腐蝕鎂合金的方法，該方法包括下述步驟 (1)、以純鎂錠作為鎂合金中的鎂元素的原料，以純Zn錠作為鎂合金中的鋅元素
的原料，以MnC^或者含MnC^的煉鎂精煉劑作為鎂合金中的錳元素的原料，以純Ca塊或者
Mg-Ca中間合金作為鎂合金中的鈣元素的原料，按上述的鎂合金的成分的重量百分比稱取
相應的原料；
其中，在以純Ca塊或者Mg-Ca中間合金作為鎂合金中的鈣元素的原料中，在鎂合 金中的Ca的含量為0. 05 0. 5wt% (不含0. 5wt% )(即Ca含量小于0. 5wt% )的情況 下，原料采用Mg-Ca中間合金；在鎂合金中的Ca的含量為0. 5 (含0. 5wt% ) lwt% (即 Ca含量大于等于0. 5wt % )的情況下，原料采用純Ca塊。 在以MnCl2或者含MnCl2的煉鎂精煉劑作為鎂合金中的錳元素的原料中，在鎂合金 中的Mn的含量為0. 5 lwt% (含lwt% )的情況下，原料采用含MnCl2的煉鎂精煉劑；在 鎂合金中的Mn的含量為1 (不含lwt% ) 3. 5wt^的情況下，原料采用MnCl2。
其中，MnCl2中Mn的含量為44wt % ;含MnC^的煉鎂精煉劑中MnCl2的含量為 5wt% 95wt^，其余95wt% 5wt^是煉鎂精煉劑，其中煉鎂精煉劑的組成為30wt% 65wt % MgCl2+30wt % 60wt % KCl+5wt % 15wt % CaF ;因此MnCl2或者含MnCl2的煉鎂精 煉劑的加入量與合金中Mn的含量計算公式為 公式I 〔MnCl2的加入量〕二〔該鎂合金中Mn的含量〕X 〔該鎂合金總量〕+44wt%;
公式II 〔含MnCl2的煉鎂精煉劑的加入量〕={〔該鎂合金中Mn的含量〕X 〔該 鎂合金總量〕} + {44wt% X 〔煉鎂精煉劑中MnCl2的含量〕}。 (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 78(TC，將熔液表面的浮渣清理干凈，向熔 液表面均勻撒上2號熔劑或者煉鎂覆蓋劑，防止鎂燃燒； (3)、根據合金中Mn的含量，利用公式I (使用MnCl2)或者公式II (使用含MnCl2的 煉鎂精煉劑)計算出需要加入的MnCl2或者含MnCl2的煉鎂精煉劑的量，將稱量好的MnCl2 或者含MnCl2的煉鎂精煉劑分批加入到鎂熔液中， 一邊加入一邊攪拌，使MnCl2或者含MnCl2 的煉鎂精煉劑與鎂充分發生置換反應；也就是，當MnCl2或者含MnCl2的煉鎂精煉劑加入到 鎂熔液后，將發生如下置換反應Mg+MnCl2 = MgCl2+Mn，被置換出的單質Mn就成了鎂熔液 中的合金元素，每生成1公斤單質Mn，將大約消耗0. 44公斤Mg ;反應產物MgCl2將與隨后 進行的精煉工藝操作中加入的煉鎂精煉劑反應生成反應渣而與鎂熔液分離；一直到MnCl2 或者含MnCl2的煉鎂精煉劑全部加入到鎂熔液中并反應徹底后，將熔液表面的浮渣清理干 凈，之后，澆注光譜試樣，進行爐前分析，根據試樣的成分和含量決定是否加料調整，直至鎂 合金熔液達到本發明的鎂合金的成分和含量；向熔液表面均勻撒上2號熔劑或者煉鎂覆蓋 劑，防止鎂燃燒； (4)、將預熱爐升溫到160 38(TC，在以Mg-Ca中間合金作為鎂合金中的鈣元素的 原料情況下，將純Zn錠和Mg-Ca中間合金在預熱爐中預熱到100 380°C ，然后分別將預熱 后的純Zn錠和Mg-Ca中間合金沒入鎂熔液中，便于純Zn錠和Mg-Ca中間合金的溶解和擴 散；在以純Ca塊作為鎂合金中的鈣元素的原料情況下，由于純Ca塊是以1公斤為單位密封 封裝于惰性氣體保護的容器中，無須預熱，只需將純Zn錠在預熱爐中預熱到100 380°C， 然后分別將預熱后的純Zn錠和沒有預熱的純Ca塊沒入鎂熔液中，便于純Zn錠和純Ca塊 的溶解和擴散。 (5)、將鎂熔液溫度控制在670 78(TC，待純Zn錠，以及作為鎂合金中的鈣元素 的原料的純Ca塊或者Mg-Ca中間合金完全溶解并均勻分布在鎂熔液中；將鎂熔液在685 75(TC保溫15 60分鐘之后，澆注光譜試樣，進行爐前分析，根據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明的鎂合金的成分和含量；
(6)、將合格的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熔液鑄造成鑄件；
制備本發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，制備本發明的導熱鎂合金的方法也分為兩種，前述的制備本發 明的導熱鎂合金的方法是其中的一種，為第一種本發明的導熱鎂合金的方法。第二種制備 本發明的導熱鎂合金的方法是 —種制備本發明的導熱鎂合金的方法，其中，熔煉過程和第一種本發明的導熱鎂 合金的方法的步驟(1)_(5)相同，故省略，其步驟(6) _(8)為 (6)、將合格的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，進行連續或半 連續鑄造，制備成供后續變形加工用的坯錠； (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 40(TC、保溫3 30小時，具體保溫時間根據坯錠體積的大小確定，坯錠體積越 大保溫時間越長；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)、采用拉伸機將上述步驟制備的板材、管材、型材、棒材或線材進行室溫預拉伸 處理，根據應用背景對屈服強度和延伸率要求，預拉伸的變形量為0. 5 10% ;要求的屈服 強度越高、延伸率越低，預拉伸的變形量越大，反之亦然。 在制備本發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+02 = S02，S的原子量與02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 坩堝中物料以外的空間，計算出氧氣重量和硫磺粉重量。 在制備本發明的導熱鎂合金的方法中，在所述的步驟(2)中，向熔液表面撒的2號 熔劑為30 65wt% MgCl2和35 70wt% KC1 ;煉鎂覆蓋劑為30 63wt% MgCl2和35 68wt% KC1及1 5wt% S。 本發明的優點是本發明的鎂合金在2(TC條件下，導熱率大于132W. (m.K)—、在 標準鹽霧試驗的腐蝕速率《0. 13g/cm2. 24小時，抗拉強度大于320Mpa、最大屈服強度大于 300Mpa。可以用作航空航天中的電源、電子器件的散熱系統結構材料。
具體實施例方式
實施例1 :1000公斤Mg-0. 5Mn-lZn-0. 05Ca導熱耐腐蝕鎂合金(即該鎂合金的成 分含量為0. 5wt% Mn、lwt% Zn和0. 05wt% Ca，余量為Mg)及其板材軋制制備方法。
1、備料和將純Zn錠和Mg-10% Ca中間合金預熱(Mg_10% Ca中間合金的成分含 量為10wt% Ca，余量為Mg) 首先按照該鎂合金的成分含量計算需要的純鎂錠、純Zn錠、含MnCl2的煉鎂精煉 齊U、 Mg-Ca中間合金等所有原料的量，即10公斤純Zn錠、5公斤Mg-10% Ca中間合金、57 公斤含20% MnCl2的煉鎂精煉劑。 采用預熱爐將10公斤純Zn錠、5公斤Mg_10% Ca中間合金預熱到350 380°C 。
2、純鎂錠熔化 將全部983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685 72(TC，打開坩堝蓋，將熔液表面的浮渣清理 干凈，向熔液表面均勻撒上2號熔劑或者煉鎂覆蓋劑，防止鎂燃燒；
3 、添加合金元素Mn 合金元素Mn是通過加入含20% MnCl2的煉鎂精煉劑，利用MnCl2與鎂發生置換反 應Mg+MnCl2 = MgCl^Mn、生成的單質Mn就成了鎂熔液中的合金元素；將稱量好的57公斤 含20% MnCl2的煉鎂精煉劑分批加入到鎂熔液中， 一邊加入一邊攪拌，使含MnCl2的煉鎂精 煉劑與鎂充分發生置換反應， 一直到57公斤含20% MnCl2的煉鎂精煉劑全部加入到鎂熔液 中并反應徹底后，將熔液表面的浮渣清理干凈，之后，澆注光譜試樣，進行爐前分析，根據試 樣的成分和含量決定是否加料調整，直至鎂合金熔液中Mn達到0. 5wt% ;向熔液表面均勻 撒上2號熔劑或者煉鎂覆蓋劑，防止鎂燃燒；
4、添加合金元素Zn、Ca 將預熱后的10公斤純Zn錠、5公斤Mg-10% Ca中間合金分別沒入上述鎂熔液中， 將鎂熔液溫度控制在680 700°C ，待純Zn錠、Mg-10% Ca中間合金完全溶解后，再在685 715t:保溫15 30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；
5、坯錠澆鑄 用熔體轉移泵將鎂合金熔液輸送到結晶器中，進行半連續鑄造，制備成板材軋制 加工用的坯錠。 6 、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385 400°C 、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。
7、板材預拉伸處理 采用拉伸機將上述步驟制備的板材進行變形量為1 3%室溫預拉伸處理。
本發明的Mg-0. 5Mn_ 1 Zn-0. 05Ca鎂合金經過均勻化熱處理、板材軋制變形以及 0. 5 3%室溫預拉伸處理后具有如下性能在2(TC條件下，導熱率大約為132W. (m.K)—、 在標準鹽霧試驗的腐蝕速率《0. 13g/cm2. 24小時，抗拉強度為325 335Mpa、屈服強度為
7300 310Mpa，可以用作航空航天中的電源、電子器件的散熱系統結構材料。
實施例2 :1000公斤Mg-O. 5Mn_0. 8Zn_0. ICa導熱耐腐蝕鎂合金(即該鎂合金的成 分含量為0. 5wt% Mn、0. 8wt% Zn和0. lwt% Ca，余量為Mg)及其壓鑄零件制備方法。
1、備料和將純Zn錠和Mg-10% Ca中間合金預熱(Mg-10% Ca中間合金的成分含 量為10wt% Ca，余量為Mg) 首先按照該鎂合金的成分含量計算需要的純鎂錠、純Zn錠、含MnCl2的煉鎂精煉 劑、Mg-Ca中間合金等所有原料的量，即8公斤純Zn錠、10公斤Mg-10% Ca中間合金、57 公斤含20% MnCl2的煉鎂精煉劑。 采用預熱爐將8公斤純Zn錠、10公斤Mg-10% Ca中間合金預熱到350 380°C 。
2、純鎂錠熔化 將全部980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685 72(TC，打開坩堝蓋，將熔液表面的浮渣清理 干凈，向熔液表面均勻撒上2號熔劑或者煉鎂覆蓋劑，防止鎂燃燒；
3 、添加合金元素Mn 合金元素Mn是通過加入含20% MnCl2的煉鎂精煉劑，利用MnCl2與鎂發生置換反 應Mg+MnCl2 = MgCl^Mn、生成的單質Mn就成了鎂熔液中的合金元素；將稱量好的57公斤 含20% MnCl2的煉鎂精煉劑分批加入到鎂熔液中， 一邊加入一邊攪拌，使含MnCl2的煉鎂精 煉劑與鎂充分發生置換反應， 一直到57公斤含20% MnCl2的煉鎂精煉劑全部加入到鎂熔液 中并反應徹底后，將熔液表面的浮渣清理干凈，之后，澆注光譜試樣，進行爐前分析，根據試 樣的成分和含量決定是否加料調整，直至鎂合金熔液中Mn達到0. 5wt% ;向熔液表面均勻 撒上2號熔劑或者煉鎂覆蓋劑，防止鎂燃燒；
4、添加合金元素Zn、Ca 將預熱后的8公斤純Zn錠、10公斤Mg-10X Ca中間合金分別沒入上述鎂熔液中， 將鎂熔液溫度控制在700 720°C ，待純Zn錠、Mg-10% Ca中間合金完全溶解后，再在700 72(TC保溫15 30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；
5、壓鑄成形 將上述鎂合金熔液溫度控制在680 70(TC，并進行保溫；根據鑄件重量，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。 本發明的Mg-O. 5Mn-0.8Zn-0. ICa導熱耐腐蝕鎂合金經過壓鑄成型后具有如下
性能在2(TC條件下，導熱率大約為133W. (m. K)—、在標準鹽霧試驗的腐蝕速率《0. 13g/
cm2. 24小時，抗拉強度為225 255Mpa、屈服強度為200 210Mpa，可以用作航空航天中的
電源、電子器件的散熱系統結構材料。 實施例3 :1000公斤Mg-3. 5Mn_0. 05Zn_lCa導熱耐腐蝕鎂合金(即該鎂合金的成 分含量為3. 5wt% Mn、0. 05wt% Zn和lwt% Ca，余量為Mg)及其棒材、管材、型材或線材擠 壓制備方法。 1 、備料和將純Zn錠預熱
首先按照該鎂合金的成分含量計算需要的純鎂錠、純Zn錠、MnC^、純Ca塊等所有 原料的量，即0. 5公斤純Zn錠、10公斤純Ca塊、80公斤MnCl2。 采用預熱爐將0. 5公斤純Zn錠預熱到350 380°C ，純Ca塊以1公斤為單位密封
封裝于惰性氣體保護的容器中，無須預熱。
2、純鎂錠熔化 將全部970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685 72(TC，打開坩堝蓋，將熔液表面的浮渣清理 干凈，向熔液表面均勻撒上2號熔劑或者煉鎂覆蓋劑，防止鎂燃燒；
3 、添加合金元素Mn 合金元素Mn是通過加入MnCl2，利用MnCl2與鎂發生置換反應Mg+MnCl2 = MgCl^Mn、生成的單質Mn就成了鎂熔液中的合金元素；將稱量好的80公斤MnCl2分批加入 到鎂熔液中， 一邊加入一邊攪拌，使MnCl2與鎂充分發生置換反應， 一直到80公斤MnCl2全 部加入到鎂熔液中并反應徹底后，將熔液表面的浮渣清理干凈，之后，澆注光譜試樣，進行 爐前分析，根據試樣的成分和含量決定是否加料調整，直至鎂合金熔液中Mn達到3. 5wt% ; 向熔液表面均勻撒上2號熔劑或者煉鎂覆蓋劑，防止鎂燃燒；
4、添加合金元素Zn、Ca 將預熱后的0. 5公斤純Zn錠、10公斤純Ca塊分別沒入上述鎂熔液中，將鎂熔液溫 度控制在760 780°C ，待純Zn錠、純Ca塊完全溶解后，再在730 75(TC保溫35 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；
5、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 續擠壓變形加工用的坯錠。 6、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 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350 360°C 、保溫
3 5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。 7、棒材、管材、型材或線材預拉伸處理 采用拉伸機將上述步驟制備的棒材、管材、型材或線材進行變形量為6 10%室 溫預拉伸處理。 本發明的Mg-3. 5Mn-0. 05Zn_lCa導熱耐腐蝕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預拉伸處理后具有如下性能在2(TC條件下，導熱率大 約為137W. (m. K)—、在標準鹽霧試驗的腐蝕速率《0. 13g/cm2. 24小時，抗拉強度為330 350Mpa、屈服強度為315 325Mpa，可以用作航空航天中的電源、電子器件的散熱系統結構 材料。 實施例4 :1000公斤Mg-2Mn-0. 3Zn_0. 5Ca導熱耐腐蝕鎂合金(即該鎂合金的成分 含量為2wt% Mn、0. 3wt% Zn和0. 5wt% Ca，余量為Mg)及其零件鍛造制備方法。
1 、備料和純Zn錠預熱 首先按照該鎂合金的成分含量計算需要的純鎂錠、純Zn錠、MnC^、純Ca塊等所有 原料的量，即3公斤純Zn錠、5公斤純Ca塊、45公斤MnCl2。 采用預熱爐將3公斤純Zn錠預熱到350 380°C ，純Ca塊以1公斤為單位密封封
裝于惰性氣體保護的容器中，無須預熱。
2、純鎂錠熔化 將全部981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685 72(TC，打開坩堝蓋，將熔液表面的浮渣清理 干凈，向熔液表面均勻撒上2號熔劑或者煉鎂覆蓋劑，防止鎂燃燒；
3 、添加合金元素Mn 合金元素Mn是通過加入MnCl2，利用MnCl2與鎂發生置換反應Mg+MnCl2 = MgCl^Mn、生成的單質Mn就成了鎂熔液中的合金元素；將稱量好的45公斤MnCl2分批加入 到鎂熔液中， 一邊加入一邊攪拌，使MnCl2與鎂充分發生置換反應， 一直到45公斤MnCl2全 部加入到鎂熔液中并反應徹底后，將熔液表面的浮渣清理干凈，之后，澆注光譜試樣，進行 爐前分析，根據試樣的成分和含量決定是否加料調整，直至鎂合金熔液中Mn達到2wt% ;向 熔液表面均勻撒上2號熔劑或者煉鎂覆蓋劑，防止鎂燃燒；
4、添加合金元素Zn、Ca 將預熱后的3公斤純Zn錠、5公斤純Ca塊分別沒入上述鎂熔液中，將鎂熔液溫度 控制在700 720。C，待純Zn錠、純Ca塊完全溶解后，再在700 72(TC保溫35 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；
5、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鍛造變形加工 用的坯錠。 6 、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365 375°C 、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。
本發明的Mg-2Mn-0. 3Zn_0. 5Ca導熱耐腐蝕鎂合金經過均勻化熱處理、零件鍛造 變形加工后具有如下性能在2(TC條件下，導熱率大約為136W. (m.K)—、在標準鹽霧試驗的 腐蝕速率《0. 13g/cm2. 24小時，抗拉強度為315 325Mpa、屈服強度為285 295Mpa，可 以用作航空航天中的電源、電子器件的散熱系統結構材料 實施例5 :1000公斤Mg-lMn-O. 6Zn_0. 2Ca導熱耐腐蝕鎂合金(即該鎂合金的成分 含量為lwt% Mn、0. 6wt% Zn和0. 2wt% Ca，余量為Mg)及其管材、棒材或線材擠壓與拉拔 制備方法。 1、備料和將純Zn錠和Mg-10% Ca中間合金預熱(Mg_10% Ca中間合金的成分含 量為10wt% Ca，余量為Mg) 首先按照該鎂合金的成分含量計算需要的純鎂錠、純Zn錠、含MnCl2的煉鎂精煉
10劑、Mg-Ca中間合金等所有原料的量，即6公斤純Zn錠、20公斤Mg-10% Ca中間合金、28 公斤含80% MnCl2的煉鎂精煉劑。 采用預熱爐將6公斤純Zn錠、20公斤Mg_10% Ca中間合金預熱到355 380°C 。
2、純鎂錠熔化 將全部970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685 72(TC，打開坩堝蓋，將熔液表面的浮渣清理 干凈，向熔液表面均勻撒上2號熔劑或者煉鎂覆蓋劑，防止鎂燃燒；
3、添加合金元素Mn 合金元素Mn是通過加入含80% MnCl2的煉鎂精煉劑，利用MnCl2與鎂發生置換反 應Mg+MnCl2 = MgCl^Mn、生成的單質Mn就成了鎂熔液中的合金元素；將稱量好的28公斤 含80% MnCl2的煉鎂精煉劑分批加入到鎂熔液中，一邊加入一邊攪拌，使含MnCl2的煉鎂精 煉劑與鎂充分發生置換反應， 一直到28公斤含80% MnCl2的煉鎂精煉劑全部加入到鎂熔液 中并反應徹底后，將熔液表面的浮渣清理干凈，之后，澆注光譜試樣，進行爐前分析，根據試 樣的成分和含量決定是否加料調整，直至鎂合金熔液中Mn達到lwt% ;向熔液表面均勻撒 上2號熔劑或者煉鎂覆蓋劑，防止鎂燃燒；
4、添加合金元素Zn、Ca 將預熱后的6公斤純Zn錠、20公斤Mg_10% Ca中間合金分別沒入上述鎂熔液中， 將鎂熔液溫度控制在690 720°C ，待純Zn錠、Mg-10% Ca中間合金完全溶解后，再在700 72(TC保溫15 30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；
5、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 續擠壓變形加工用的坯錠。 6、均勻化熱處理，管材、棒材或者線材擠壓與拉拔變形加工 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375 385t:、保溫 18 21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管材、棒材 或者線材，然后再采用拉拔機將該管材、棒材或者線材進行拉拔變形加工成直徑更小的管 材、棒材或者線材。 7、管材、棒材或線材預拉伸處理 采用拉伸機將上述步驟制備的棒材、管材、型材或線材進行變形量為0. 5 2%室 溫預拉伸處理。 本發明的Mg-lMn-O. 6Zn-0. 2Ca導熱耐腐蝕鎂合金經過均勻化熱處理，管材、棒材 或線材擠壓變形加工與拉拔變形加工以及預拉伸處理后具有如下性能在2(TC條件下，導 熱率大約為134W. (m. K)—、在標準鹽霧試驗的腐蝕速率《0. 13g/cm2. 24小時，抗拉強度為 335 355Mpa、屈服強度為325 335Mpa，可以用作航空航天中的電源、電子器件的散熱系 統結構材料。 實施例6 :1000公斤Mg-O. 7Mn-0. 6Zn_0. 3Ca導熱耐腐蝕鎂合金(即該鎂合金的成分含量為0. 7wt% Mn、0. 6wt% Zn和0. 3wt% Ca，余量為Mg)及其擠壓鑄造零件制備方法。
1、備料和將純Zn錠和Mg-10% Ca中間合金預熱(Mg_10% Ca中間合金的成分含 量為10wt% Ca，余量為Mg) 首先按照該鎂合金的成分含量計算需要的純鎂錠、純Zn錠、含MnCl2的煉鎂精煉 齊U、 Mg-Ca中間合金等所有原料的量，即6公斤純Zn錠、30公斤Mg-10% Ca中間合金、40 公斤含40% MnCl2的煉鎂精煉劑。 采用預熱爐將6公斤純Zn錠、30公斤Mg_10% Ca中間合金預熱到365 380°C 。
2、純鎂錠熔化 將全部960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685 72(TC，打開坩堝蓋，將熔液表面的浮渣清理 干凈，向熔液表面均勻撒上2號熔劑或者煉鎂覆蓋劑，防止鎂燃燒；
3、添加合金元素Mn 合金元素Mn是通過加入含40% MnCl2的煉鎂精煉劑，利用MnCl2與鎂發生置換反 應Mg+MnCl2 = MgCl^Mn、生成的單質Mn就成了鎂熔液中的合金元素；將稱量好的40公斤 含40% MnCl2的煉鎂精煉劑分批加入到鎂熔液中，一邊加入一邊攪拌，使含MnCl2的煉鎂精 煉劑與鎂充分發生置換反應， 一直到40公斤含40% MnCl2的煉鎂精煉劑全部加入到鎂熔液 中并反應徹底后，將熔液表面的浮渣清理干凈，之后，澆注光譜試樣，進行爐前分析，根據試 樣的成分和含量決定是否加料調整，直至鎂合金熔液中Mn達到0. 7wt% ;向熔液表面均勻 撒上2號熔劑或者煉鎂覆蓋劑，防止鎂燃燒；
4、添加合金元素Zn、Ca 將預熱后的6公斤純Zn錠、30公斤Mg_10% Ca中間合金分別沒入上述鎂熔液中， 將鎂熔液溫度控制在725 755°C ，待純Zn錠、Mg-10% Ca中間合金完全溶解后，再在725 735t:保溫35 50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；
5、擠壓鑄造成形 將上述鎂合金熔液溫度控制在695 715t:，并進行保溫；根據鑄件重量，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。 本發明的Mg-O. 7Mn-0. 6Zn_0. 3Ca導熱耐腐蝕鎂合金經過擠壓鑄造成型后具有如
下性能在2(TC條件下，導熱率大約為134W. (m. K)—、在標準鹽霧試驗的腐蝕速率《0. 13g/
em2. 24小時，抗拉強度為235 265Mpa、屈服強度為205 215Mpa，可以用作航空航天中的
電源、電子器件的散熱系統結構材料。 實施例7 :1000公斤Mg-O. 8Mn-0. 6Zn_0. 4Ca導熱耐腐蝕鎂合金(即該鎂合金的成 分含量為0. 8wt% Mn、0. 6wt% Zn和0. 4wt% Ca，余量為Mg)及其低壓鑄造零件制備方法。
1、備料和將純Zn錠和Mg-10% Ca中間合金預熱(Mg_10% Ca中間合金的成分含 量為10wt% Ca，余量為Mg) 首先按照該鎂合金的成分含量計算需要的純鎂錠、純Zn錠、含MnCl2的煉鎂精煉 齊U、 Mg-Ca中間合金等所有原料的量，即6公斤純Zn錠、40公斤Mg-10% Ca中間合金、30公斤含60% MnCl2的煉鎂精煉劑。 采用預熱爐將6公斤純Zn錠、40公斤Mg_10% Ca中間合金預熱到360 380°C 。
2、純鎂錠熔化 將全部953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695 725t:，打開坩堝蓋，將熔液表面的浮渣清理 干凈，向熔液表面均勻撒上2號熔劑或者煉鎂覆蓋劑，防止鎂燃燒；
3、添加合金元素Mn 合金元素Mn是通過加入含60% MnCl2的煉鎂精煉劑，利用MnCl2與鎂發生置換反 應Mg+MnCl2 = MgCl^Mn、生成的單質Mn就成了鎂熔液中的合金元素；將稱量好的30公斤 含60% MnCl2的煉鎂精煉劑分批加入到鎂熔液中，一邊加入一邊攪拌，使含MnCl2的煉鎂精 煉劑與鎂充分發生置換反應， 一直到30公斤含60% MnCl2的煉鎂精煉劑全部加入到鎂熔液 中并反應徹底后，將熔液表面的浮渣清理干凈，之后，澆注光譜試樣，進行爐前分析，根據試 樣的成分和含量決定是否加料調整，直至鎂合金熔液中Mn達到0. 8wt% ;向熔液表面均勻 撒上2號熔劑或者煉鎂覆蓋劑，防止鎂燃燒；
4、添加合金元素Zn、Ca 將預熱后的6公斤純Zn錠、40公斤Mg_10% Ca中間合金分別沒入上述鎂熔液中， 將鎂熔液溫度控制在735 760°C ，待純Zn錠、Mg-10% Ca中間合金完全溶解后，再在735 75(TC保溫35 50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；
5、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， 將鎂合金熔液溫度控制在705 725t:，并進行保溫，低壓鑄造成鑄件。
本發明的Mg-O. 8Mn-0. 6Zn_0. 4Ca導熱耐腐蝕鎂合金經過壓鑄成型后具有如下 性能在2(TC條件下，導熱率大約為133W. (m. K)—、在標準鹽霧試驗的腐蝕速率《0. 13g/ cm2. 24小時，抗拉強度為225 255Mpa、屈服強度為200 210Mpa，可以用作航空航天中的 電源、電子器件的散熱系統結構材料。
權利要求
一種導熱耐腐蝕鎂合金，該鎂合金的成分含量為Mn的含量為0.5～3.5wt％，Zn的含量為0.05～1wt％，Ca的含量為0.05～1wt％，其余為Mg。
2. 根據權利要求1所述的導熱耐腐蝕鎂合金，其特征在于所述的Mn的含量為1. 0 2. 0wt%。
3. 根據權利要求1或2所述的導熱耐腐蝕鎂合金，其特征在于所述的Zn的含量為 0. 3 0. 6wt%。
4. 根據權利要求1或2所述的導熱耐腐蝕鎂合金，其特征在于所述的Ca的含量為 0. 1 0. 5wt%。
5. —種制備權利要求1所述的導熱耐腐蝕鎂合金的方法，其特征在于，該方法包括下 述步驟(1) 、以純鎂錠作為鎂合金中的鎂元素的原料，以純Zn錠作為鎂合金中的鋅元素的原 料，以MnCl2或者含MnCl2的煉鎂精煉劑作為鎂合金中的錳元素的原料，以純Ca塊或者 Mg-Ca中間合金作為鎂合金中的鈣元素的原料，按上述的鎂合金的成分的重量百分比稱取 相應的原料；(2) 、將全部純鎂錠以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 78(TC，將熔液表面的浮渣清理干凈，向熔液表面均 勻撒上2號熔劑或者煉鎂覆蓋劑，防止鎂燃燒；(3) 、將稱量好的MnCl2或者含MnCl2的煉鎂精煉劑分批加入到鎂熔液中， 一邊加入一 邊攪拌，使MnCl2或者含MnCl2的煉鎂精煉劑與鎂充分發生置換反應；一直到MnCl2或者含 MnCl2的煉鎂精煉劑全部加入到鎂熔液中并反應徹底后，將熔液表面的浮渣清理干凈，之 后，澆注光譜試樣，進行爐前分析，根據試樣的成分和含量決定是否加料調整，直至鎂合金 熔液達到權利要求1所述的鎂合金的成分和含量；向熔液表面均勻撒上2號熔劑或者煉鎂 覆蓋劑，防止鎂燃燒；(4) 、將預熱爐升溫到160 38(TC，在以Mg-Ca中間合金作為鎂合金中的鈣元素的原料 情況下，將純Zn錠和Mg-Ca中間合金在預熱爐中預熱到100 380°C ，然后分別將預熱后的 純Zn錠和Mg-Ca中間合金沒入鎂熔液中；在以純Ca塊作為鎂合金中的鈣元素的原料情況 下，只需將純Zn錠在預熱爐中預熱到100 38(TC，然后分別將預熱后的純Zn錠和沒有預 熱的純Ca塊沒入鎂熔液中；(5) 、將鎂熔液溫度控制在670 780°C ，待純Zn錠，以及作為鎂合金中的鈣元素的原料 的純Ca塊或者Mg-Ca中間合金完全溶解并均勻分布在鎂熔液中；將鎂熔液在685 750°C 保溫15 60分鐘之后，澆注光譜試樣，進行爐前分析，根據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權利要求1所述的鎂合金的成分和含量；(6) 、將合格的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熔液鑄造成鑄件；
6. —種制備權利要求1所述的導熱耐腐蝕鎂合金的方法，其特征在于，該方法包括下 述步驟(1)、以純鎂錠作為鎂合金中的鎂元素的原料，以純Zn錠作為鎂合金中的鋅元素的原 料，以MnCl2或者含MnCl2的煉鎂精煉劑作為鎂合金中的錳元素的原料，以純Ca塊或者Mg-Ca中間合金作為鎂合金中的鈣元素的原料，按上述的鎂合金的成分的重量百分比稱取 相應的原料；(2) 、將全部純鎂錠以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 78(TC，將熔液表面的浮渣清理干凈，向熔液表面均 勻撒上2號熔劑或者煉鎂覆蓋劑，防止鎂燃燒；(3) 、將稱量好的MnCl2或者含MnCl2的煉鎂精煉劑分批加入到鎂熔液中， 一邊加入一 邊攪拌，使MnCl2或者含MnCl2的煉鎂精煉劑與鎂充分發生置換反應；一直到MnCl2或者含 MnCl2的煉鎂精煉劑全部加入到鎂熔液中并反應徹底后，將熔液表面的浮渣清理干凈，之 后，澆注光譜試樣，進行爐前分析，根據試樣的成分和含量決定是否加料調整，直至鎂合金 熔液達到權利要求1所述的鎂合金的成分和含量；向熔液表面均勻撒上2號熔劑或者煉鎂 覆蓋劑，防止鎂燃燒；(4) 、將預熱爐升溫到160 38(TC，在以Mg-Ca中間合金作為鎂合金中的鈣元素的原料 情況下，將純Zn錠和Mg-Ca中間合金在預熱爐中預熱到100 380C，然后分別將預熱后的 純Zn錠和Mg-Ca中間合金沒入鎂熔液中；在以純Ca塊作為鎂合金中的鈣元素的原料情況 下，只需將純Zn錠和在預熱爐中預熱到100 380°C ，然后分別將預熱后的純Zn錠和沒有 預熱的純Ca塊沒入鎂熔液中；(5) 、將鎂熔液溫度控制在670 780°C ，待純Zn錠，以及作為鎂合金中的鈣元素的原料 的純Ca塊或者Mg-Ca中間合金完全溶解并均勻分布在鎂熔液中；將鎂熔液在685 750°C 保溫15 60分鐘之后，澆注光譜試樣，進行爐前分析，根據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權利要求1所述的鎂合金的成分和含量；(6) 、將合格的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，進行連續或半連續鑄造， 制備成供后續變形加工用的坯錠；(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 40(TC、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) 、采用拉伸機將上述步驟制備的板材、管材、型材、棒材或線材進行室溫預拉伸處 理，預拉伸的變形量為0. 5 10%。
7.根據權利要求5或6所述的制備導熱耐腐蝕鎂合金的方法，其特征在于在所述的 步驟(2)中的將全部純鎂錠以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 護下完全熔化的過程是在純鎂錠碼放在熔化坩堝之前，先在熔化坩堝底部均勻撒上硫磺 粉，在純鎂錠碼放在熔化坩堝之后，再在純鎂錠在表面均勻撒上硫磺粉，硫磺粉的量以氧化 燃燒后能將熔化坩堝中的氧全部轉化成二氧化硫為準，用坩堝蓋將熔化坩堝密閉，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。
全文摘要
一種導熱耐腐蝕鎂合金，該鎂合金的成分含量為Mn的含量為0.5～3.5wt％，Zn的含量為0.05～1wt％，Ca的含量為0.05～1wt％，其余為Mg。以純鎂錠；純Zn錠；MnCl2或者含MnCl2的煉鎂精煉劑；純Ca塊或者Mg-Ca中間合金為原料，純鎂錠熔化、添加合金元素Mn以及Zn、Ca、合金化；制成鑄件；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，預拉伸處理。本發明的鎂合金在20℃條件下，導熱率大于132W.(m.K)-1，在標準鹽霧試驗的腐蝕速率≤0.13g/cm2.24小時，抗拉強度大于320MPa、屈服強度大于300MPa。。可以用作航空航天中的電源、電子器件的散熱系統結構材料。
文檔編號C22C23/04GK101792878SQ20091007761
公開日2010年8月4日 申請日期2009年2月1日 優先權日2009年2月1日
發明者葉志坤, 張奎, 徐玉磊, 李興剛, 李永軍, 鄧廣寧, 馬鳴龍 申請人:北京有色金屬研究總院