【摘 要】
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现代社会已经进入了高信息化、高数据化和高智能化的时代,每时每刻都有惊人的数据量发生交换,完成这些数据交换的电子元器件在工作中产生大量的热量,这些热量对其高效稳定地运行产生很不利的影响,因此良好的散热环境显得尤为重要。开发一种具有轻质化高热传导能力的镁合金对于导热元器件来说具有较为实际的意义。本文研发了机械式负压吸铸装置,采用负压吸铸法制备了可直接用于定向凝固的铸态试棒。实验以Mg-x Zn-Mn合
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现代社会已经进入了高信息化、高数据化和高智能化的时代,每时每刻都有惊人的数据量发生交换,完成这些数据交换的电子元器件在工作中产生大量的热量,这些热量对其高效稳定地运行产生很不利的影响,因此良好的散热环境显得尤为重要。开发一种具有轻质化高热传导能力的镁合金对于导热元器件来说具有较为实际的意义。本文研发了机械式负压吸铸装置,采用负压吸铸法制备了可直接用于定向凝固的铸态试棒。实验以Mg-x Zn-Mn合金和Mg-Zn-x Ag合金为研究对象,研究了铸态、定向凝固、深冷工艺、时效工艺和深冷+时效双级处理等不同工艺方法下的不同组织形貌和析出行为对镁合金导热性能的影响规律,确定了获得最佳热导率的工艺参数;模拟出了柱状晶形貌与热导率之间的数学关系式;研究了不同工艺方式对镁合金抗腐蚀能力大小的影响规律,最终得到高热导率并具备良好抗腐蚀性能的镁合金。具体如下:研究了溶质含量对铸态镁合金热导率的影响规律。随着Ag或Zn含量增加,溶质再分配偏析现象增强。Mg-Zn-x Ag合金中Mg25.04Ag7.96比例增加,晶粒细化,晶粒度由0.5级细化到2级。Mg-x Zn-Mn合金中Mg2Zn11和Mg Zn2增加,晶界上形成大量共晶组织,晶粒度由1级细化到3级。过量的Zn含量,使凝固时固-液界面成分过冷严重以至于在α-Mg枝晶间析出α-Mn颗粒。溶质含量对析出行为和形核率有明显的影响,改变了晶粒度以及第二相形貌和数量。基于以上因素以及Mg与各溶质原子半径差的因素,铸态Mg-Zn-x Ag比铸态Mg-x Zn-Mn合金的热导率高。以及由于α-Mg基体中溶质固溶比析出第二相对合金的热导率影响大,导致合金随着溶质含量的增加,热导率呈幂函数趋势下降。定向凝固工艺改变了Mg-Zn-x Ag合金和Mg-x Zn-Mn合金的组织形态,定向凝固拉升速度越低,则柱状晶轴向平均长度?与横截面晶粒度G′的比值B越大,柱状晶的生长方向和定向凝固拉升速度方向之间的夹角越小,柱状晶形态就越好,从而提高了合金热导率。定向凝固拉升速度V=15μm/s的Mg-Zn-1Ag合金的热导率比铸态的高约为28%。因此通过控制和调整拉升速度则可获得较为理想的晶体形貌,从而获得较高热导率。通过对定向凝固Mg-x Zn-Mn合金的实验数据分析和拟合处理,得到了合金热导率与晶体形貌之间的数学关系式:λ=9.0043ln（B）+78.484。利用定向凝固Mg-Zn-x Ag合金的热导率与晶体形貌对该数学关系式进行了验证,验证结果为热导率的计算值和实验测量值平均偏差小于3%。通过深冷工艺研究了组织形貌、析出行为以及内部缺陷对镁合金热导率的影响规律。Mg-x Zn-Mn合金在深冷环境下极大的降低了析出相的驱动能,球状和杆状的Mg2Zn11和Mg Zn2第二相析出速度缓慢,晶界处形成了少量共晶组织,α-Mg基体纯化有限。但是基体内冷缩变形能集聚显著,密排六方结构α-Mg晶体中的（1010）、（0002）和（1012）晶面发生了向（1011）晶面偏转以及晶粒破碎,导致晶粒细化并形成少量亚晶组织,组织内部的缺陷团聚冷缩。经过48h深冷处理,Mg-1Zn-Mn和Mg-3Zn-Mn合金的热导率有一定程度的提升,比铸态的分别提高了6.3%和5.6%。通过时效工艺进一步分析了组织形貌和析出行为对镁合金热导率的影响规律,升高时效温度明显加快了第二相的析出速度以及快速改变了析出相的形貌。随着时效温度的升高,快速的消耗了Mg-3Zn-Mn合金内固溶Zn原子,第二相大量增多,α-Mg基体显著纯化,190℃时Mg2Zn11相中的Zn被激活析出与周边α-Mg结合,完成向Mg Zn2相的转变,晶界上α-Mg+Mg Zn2共晶组织明显增加。优化了提高Mg-3Zn-Mn合金热导率的时效工艺,经过2h*200℃时效处理,热导率比铸态的提高了11.7%。为开发高导热性能并兼顾良好抗腐蚀性能的镁合金,研究了不同工艺对Mg-x Zn-Mn合金抗腐蚀性能的影响。深冷工艺可以有效改善低溶质含量镁合金的抗腐蚀能力;时效工艺对镁合金抗腐蚀性能的影响具有双面性。分析得到理想的工艺方式为:定向凝固+4h深冷+2h*160℃时效处理,得到定向凝固Mg-3Zn-Mn合金导热能力进一步提升了8.3%,抗腐蚀性能提高了32%,最终获得高导热性能同时又具有良好抗腐蚀性能的镁合金。
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