一方面，本发明提供了一种具有高导热性能的稀土镁合金材料，按照质量百分比计算，包括如下成分：0～1.0%的Zn，1.0%～5.0%的Sm，0.1～1.0%的Zr，其余为Mg,其他杂质含量不超过0.5%。另一方面，本发明公开了该稀土镁合金材料的制备方法，包括依次进行的配料、预热处理、熔炼以及压铸成型等步骤，弥补了现有技术的空白，实现大规模工业化生产，使得稀土镁合金材料兼具优越的力学性能和良好的热导性能。该稀土镁合金材料可用于制造电器产品壳体、支架以及LED散热器系统等，制备而成的散热器产品相较于现有的铝合金产品，具有明显的竞争优势。
1.一种高导热性能压铸镁合金材料，其特征在于，按照质量百分比计算，包括如下成分：0.5％的Zn，0.5％的Zr，3.0％的Sm以及95.5％的Mg，余量为杂质；
所述的高导热性能压铸镁合金材料采用如下方法制备获得：S1、按照配方的质量百分比配制各个原料；
S2、将步骤S1中配制的各个原料预热至150℃～250℃以去除湿气，并将熔炼装置清理干净；
S3、对预热后的原料进行熔炼工序，熔炼顺序为：先熔炼Mg料，然后熔炼Zn料，最后熔炼Sm料和Zr料；
S3.1、将Mg料装入熔炼装置中，加热升温至350℃时通入保护气体，继续加热以使Mg料充分熔化；
S3.2、熔炼装置升温至700℃～720℃时，加入Zn料并搅拌以混合均匀；
S3.3、熔炼装置升温至740℃～760℃时，向熔炼装置中添加Sm料和Zr料，充分搅拌以混合均匀，得到合金熔液；
S4、对熔炼工序获得的合金熔液进行精炼和除渣；精炼温度为720℃～740℃，精炼气体为氩气或氮气，精炼时间为15～25min；
S5、将精炼及除渣完毕的合金熔液压铸成型，获得具备特定形状的高导热性能压铸镁合金材料；所述的压铸成型为冷式压铸，浇注温度为700℃～720℃。
2.一种高导热性能压铸镁合金材料，其特征在于，按照质量百分比计算，包括如下成分：1.0％的Zn，1.0％的Zr，4.8％的Sm以及92.7％的Mg，余量为杂质；
所述的高导热性能压铸镁合金材料采用如下方法制备获得：S1、按照配方的质量百分比配制各个原料；
S2、将步骤S1中配制的各个原料预热至150℃～250℃以去除湿气，并将熔炼装置清理干净；
S3、对预热后的原料进行熔炼工序，熔炼顺序为：先熔炼Mg料，然后熔炼Zn料，最后熔炼Sm料和Zr料；
S3.1、将Mg料装入熔炼装置中，加热升温至350℃时通入保护气体，继续加热以使Mg料充分熔化；
S3.2、熔炼装置升温至700℃～720℃时，加入Zn料并搅拌以混合均匀；
S3.3、熔炼装置升温至740℃～760℃时，向熔炼装置中添加Sm料和Zr料，充分搅拌以混合均匀，得到合金熔液；
S4、对熔炼工序获得的合金熔液进行精炼和除渣；精炼温度为720℃～740℃，精炼气体为氩气或氮气，精炼时间为15～25min；
S5、将精炼及除渣完毕的合金熔液压铸成型，获得具备特定形状的高导热性能压铸镁合金材料；所述的压铸成型为冷式压铸，浇注温度为700℃～720℃。
3.一种高导热性能压铸镁合金材料，其特征在于，按照质量百分比计算，包括如下成分：0.2％的Zn，0.25％的Zr，1.5％的Sm以及97.6％的Mg，余量为杂质；
所述的高导热性能压铸镁合金材料采用如下方法制备获得：S1、按照配方的质量百分比配制各个原料；
S2、将步骤S1中配制的各个原料预热至150℃～250℃以去除湿气，并将熔炼装置清理干净；
S3、对预热后的原料进行熔炼工序，熔炼顺序为：先熔炼Mg料，然后熔炼Zn料，最后熔炼Sm料和Zr料；
S3.1、将Mg料装入熔炼装置中，加热升温至350℃时通入保护气体，继续加热以使Mg料充分熔化；
S3.2、熔炼装置升温至700℃～720℃时，加入Zn料并搅拌以混合均匀；
S3.3、熔炼装置升温至740℃～760℃时，向熔炼装置中添加Sm料和Zr料，充分搅拌以混合均匀，得到合金熔液；
S4、对熔炼工序获得的合金熔液进行精炼和除渣；精炼温度为720℃～740℃，精炼气体为氩气或氮气，精炼时间为15～25min；
S5、将精炼及除渣完毕的合金熔液压铸成型，获得具备特定形状的高导热性能压铸镁合金材料；所述的压铸成型为冷式压铸，浇注温度为700℃～720℃。
4.根据权利要求1～3任一项所述的一种高导热性能压铸镁合金材料，其特征在于，所述的Mg料为Mg锭，所述的Zn料为Zn锭，所述的Sm料为Mg‑20Sm中间合金，所述的Zr料为Mg‑
5.权利要求1～3任一项所述的高导热性能压铸镁合金材料在电器产品壳体、支架以及LED散热器系统中的应用。
一种高导热性能压铸镁合金材料及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明属于材料技术领域，具体涉及一种高导热性能压铸镁合金材料及其制备方法。
背景技术
[0002] 随着3C产品、通讯电子、LED照明及航空航天等领域的发展，市场上对散热材料的需求量急剧增加，并且对材料的散热性能提出了更高的要求，以确保产品的寿命及工作稳
定性。电子器件逐步朝着轻薄化的方向发展，轻薄化的发展势头要求电子器件壳体材料兼
具密度小、比强度和比热度高、减震性好、电磁屏蔽性能好的特性。
[0003] 目前，通常采用铜合金或铝合金作为制备电子器件或散热器件的材料。铜合金成本较高且密度高，无法满足轻薄化的发展需求。纯铝或者导热系数高的铝合金无法通过压
铸工艺来实现批量化生产，而是采用塑性变形的方法制备电子器件或散热器件等产品，但
散热器件具有叠层多、结构复杂、轻薄的特点，塑性变形的工艺制造散热器件难度高而成本
高；此外，能够采用压铸工艺的铝合金中往往需要添加大量的Si元素，而添加Si元素会导致
铝合金的热导率下降，如常见的压铸铝合金ADC12，热导率仅为96 W/(m·k)。
[0004] 镁的密度仅为1.74g/cm3，约为铝密度的2/3以及铁密度的1/4；镁在25℃下的热导率为156W/(m·k)，在常见商用金属材料中仅次于铜和铝；此外，镁的比热导率与铝相当，因
此，将镁作为制备电子器件或散热器件的材料具有明显竞争优势。由于铸态纯镁的抗拉强
度为11.5MPa左右，变形态纯镁的抗拉强度液为20MPa左右，无法满足产品在力学性能方面
的要求，所以需要通过合金强化等方式来提高金属镁的力学性能，但在金属镁基质中添加
合金元素会造成导热性能的下降，例如：在25℃下，常用铸造镁合金AZ91D的屈服强度为
150MPa，但热导率仅为72W/(m·k)。
[0005] 因此，迫切需要研发一种新型的镁合金材料，能够解决现有技术中存在的问题，具有产业化应用价值。
发明内容
[0006] 本发明针对现有技术的不足之处，提供了一种高导热性能压铸镁合金材料及其制备方法，通过在金属镁基质中引入Sm和Zr稀土元素来改善镁合金的铸造性能，并且结合Zn
元素对镁合金的强化作用，赋予镁合金兼具优越的力学性能和良好的热导性能。
[0007] 本发明通过以下技术方案实现目的：一种高导热性能压铸镁合金材料，按照质量百分比计算，包括如下成分：0～1.0%的Zn，1.0%～5.0%的Sm，0.1～1.0%的Zr，其余为Mg, 其
他杂质含量不超过0.5%。
[0008] 进一步的，一种高导热性能压铸镁合金材料，按照质量百分比计算，包括如下成分：0.5%的Zn，0.5%的Zr，3.0%的Sm以及95.7%的Mg，余量为杂质。
[0009] 进一步的，上述镁合金材料能够应用于电器产品壳体、支架以及LED散热器系统的制造工业中，具有良好的导热效果。
[0010] 本发明还公开了上述高导热性能压铸镁合金材料的制备方法，具体包括如下步骤：
[0011] S1、按照配方的质量百分比配制各个原料；
[0012] S2、将步骤S1中配制的各个原料预热以去除湿气，并将熔炼装置清理干净；
[0013] S3、对预热后的原料进行熔炼工序，熔炼顺序为：先熔炼Mg料，然后熔炼Zn料，最后熔炼Sm料和Zr料；
[0014] S4、对熔炼工序获得的合金熔液进行精炼和除渣；
[0015] S5、将精炼及除渣完毕的合金熔液压铸成型，获得具备特定形状的高导热性能压铸镁合金材料。
[0016] 进一步的，所述的Mg料为Mg锭，所述的Zn料为Zn锭，所述的Sm料为Mg‑20Sm中间合金，所述的Zr料为Mg‑25Zr中间合金。
[0017] 进一步的，在所述步骤S2中，预热温度为150℃～250℃。
[0018] 进一步的，在所述步骤S3中，熔炼工序具体包括如下步骤：
[0019] S3.1、将Mg料装入熔炼装置中，加热升温至350℃时通入保护气体，继续加热以使Mg料充分熔化；
[0020] S3.2、熔炼装置升温至700℃～720℃时，加入Zn料并搅拌以混合均匀；
[0021] S3.3、熔炼装置升温至740℃～760℃时，向熔炼装置中添加Sm料和Zr料，充分搅拌以混合均匀，得到合金熔液。
[0022] 进一步的，在所述步骤S4中，精炼温度为720℃～740℃，精炼气体为氩气或氮气，精炼时间为15～25min。
[0023] 进一步的，在所述的步骤S5中，所述的压铸成型为冷式压铸，浇注温度为700℃～720℃。
[0024] 本发明的有益效果为：
[0025] 1、本发明公开了一种兼具优异的力学性能和良好导热性能的镁合金材料，其热导率大于100 W/(m·k)，抗拉强度不小于220MPa，屈服强度不小于140MPa，延伸率不小于9%，
该材料是在Mg基质中引入Sm和Zr稀土元素来改善镁合金的铸造性能，并且结合Zn元素强化
材料的力学性能，通过压铸工艺实现大规模工业化生产，具有广泛的应用前景；
[0026] 2、本发明的镁合金材料可用于制备电器产品壳体、支架以及LED散热器系统等器件，将其制备而成的散热器产品加热至200℃后置于25℃下，降温至40℃仅需81s，散热性能
相较于现有镁合金材料具有明显的竞争优势；
[0027] 3、本发明采用压铸工艺将镁合金材料制备成电子器件或散热器件等产品，弥补了现有技术的空白，相较于现有的铝合金产品，具有散热性能更佳、降低生产难度、力学性能
优越的特点。
附图说明
[0028] 图1为实施例一中的稀土镁合金材料制造而成的散热器产品。
具体实施方式
[0029] 为了便于理解本发明，下面将结合附图和具体的实施例对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明较佳的实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并
不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内
容理解的更加透彻全面。
[0030] 除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具
体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。
[0031] 实施例一
[0032] 本实施例提供了一种高导热性能压铸镁合金材料，并公开了该镁合金材料的制备方法，以及该镁合金材料通过压铸成型工艺得到散热器产品。本实施例的散热器产品相较
于现有的铝合金产品，具有明显的竞争优势。
[0033] 本实施例的镁合金材料按照质量百分比计算，包括如下成分：0.5%的Zn，0.5%的Zr，3.0%的Sm以及95.5%的Mg，余量为杂质。
[0034] 本实施例还提供了上述高导热性能压铸镁合金材料的制备方法，选取市售的纯Mg锭（纯度为99.9%）、纯Zn锭（纯度为99.9%）、Mg‑20Sm中间合金以及Mg‑25Zr中间合金作为原
料。熔炼装置为配设有炉体的坩埚。
[0035] 该制备方法具体包括如下步骤：
[0036] S1、清理纯Mg锭表面的氧化皮，按照配方的质量百分比配制纯Mg锭、纯Zn锭、Mg‑20Sm中间合金以及Mg‑25Zr中间合金；
[0037] S2、将坩埚、炉壁及炉盖表面清理干净，然后将各个原料预热至200℃以去除湿气；
[0038] S3、对预热后的原料进行熔炼工序，熔炼顺序为：先熔炼纯Mg锭，然后熔炼纯Zn锭，最后添加Mg‑20Sm和Mg‑25Zr中间合金，得到合金熔液；
[0039] S4、对合金熔液进行精炼，以获得纯净熔液；
[0040] S5、对精炼后的熔液进行捞渣或抽提纯净熔液等除渣工序；
[0041] S6、将完成除渣的熔液压铸成型，以获得特定形状的高散热性能稀土镁合金材料。
[0042] 对上述步骤需要说明的是，在所述的步骤S3中，熔炼工序具体包括如下步骤：
[0043] S3.1、将Mg料装入熔炼装置中，加热升温至350℃时通入保护气体，继续加热以使Mg料充分熔化；
[0044] S3.2、当坩埚升温至700℃时加入纯Zn锭，然后人工搅拌10min以混合均匀；
[0045] S3.3、当坩埚升温至740℃时添加Mg‑20Sm和Mg‑25Zr中间合金，然后人工搅拌20min以充分混合均匀，得到合金熔液；
[0046] S3.4、将合金熔液在760℃下保温1h。
[0047] 在上述的步骤S3.1中，按照体积分数计算，所述的保护气体包括如下成分：99.5%的CO2和0.05%的SF6。
[0048] 在所述的步骤S4中，待合金溶液温度下降至740℃时，通入氩气进行精炼，精炼时3/
间为15min，氩气的流量为0.4m h。精炼结束后合金熔液的温度为735℃，并将合金熔液静置
22min后在进行除渣工序。
[0049] 在所述的步骤S5中，除渣工序采用捞渣或抽液装置抽取纯净熔液的方式，从而得到纯净的镁合金液体进行后续的压铸成型工艺。
[0050] 在所述的步骤S6中，镁合金液体成型采用的是冷式压铸工艺，产品模具温度控制在290℃，浇注温度控制在707℃左右，将镁合金液体倾倒入压铸机的浇室中，压铸成为所需
的产品形状。如图1所示，模具采用的是散热器产品模具，镁合金液体压铸成型为散热器产
品，该散热器产品力学性能和导热性能指标详见下表1。
[0051] 实施例二
[0052] 本实施例提供了一种高导热性能压铸镁合金材料，并公开了该镁合金材料的制备方法，以及该镁合金材料通过压铸成型工艺得到散热器产品。本实施例的散热器产品相较
于现有的铝合金产品，具有明显的竞争优势。
[0053] 本实施例的镁合金材料按照质量百分比计算，包括如下成分：1.0%的Zn，1.0%的Zr，4.8%的Sm以及92.7%的Mg，余量为杂质。
[0054] 本实施例的镁合金材料和散热器产品制备方法与实施例一相同。其中，散热器产品力学性能和导热性能指标详见下表1。
[0055] 实施例三
[0056] 本实施例提供了一种高导热性能压铸镁合金材料，并公开了该镁合金材料的制备方法，以及该镁合金材料通过压铸成型工艺得到散热器产品。本实施例的散热器产品相较
于现有的铝合金产品，具有明显的竞争优势。
[0057] 本实施例的镁合金材料按照质量百分比计算，包括如下成分：0.20%的Zn，0.25%的Zr，1.5%的Sm以及97.6%的Mg，余量为杂质。
[0058] 本实施例的镁合金材料和散热器产品制备方法与实施例一相同。本实施例的镁合金材料和散热器产品制备方法与实施例一相同。其中，散热器产品力学性能和导热性能指
标详见下表1。
[0059] 对比例一
[0060] AZ91D为现有技术中常用的铸造镁合金，采用AZ91D镁合金压铸成型散热器产品，压铸成型方法以及所用模具均与实施例一～实施例三相同。
[0061] 对比例二
[0062] ADC12为现有技术中常用的铝合金压铸件，为Al‑Si‑Cu系合金，其被广泛应用于3C产品、通讯电子、LED照明及航空航天等领域中，是制备电子器件或散热器件的主要材料。采
用ADC12铝合金压铸成型散热器产品，压铸成型方法以及所用模具均与实施例一至实施例
三相同。
[0063] 将实施例一至实施例三的三种镁合金材料、对比例一的AZ91D镁合金材料以及对比例二的铝合金材料制备而成的五种散热器产品，分别进行力学性能测试和散热性能测
试。散热性能测试是将五种散热器产品置于恒温炉内加热至200℃，然后同时取出并放置于
25℃的环境下自然降温，测量六种散热器产品降温至40℃所需的时间，结果详见下表1：
[0064] 表1 五种散热器产品的力学和散热性能测试结果
[0065]
[0066] 从表1可知，实施例一至实施例四的散热器产品的散热性能相较于对比例一和对比例二具有明显的竞争优势。其中，实施例一为最佳实施例，实施例一散热器产品的散热速
率相较于对比例一提升了35.8%，相较于对比例二提升了24.7%。此外，实施例一的散热器产
品兼具良好的力学性能，与对比例一和对比例二的力学性能指标接近，因此，实施例的散热
器产品整体性能指标相较于现有产品具有明显的优势。
[0067] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，并非对本发明作任何形式上的限制。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若
干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
