低膨胀高导热镁合金的制备及其性能调控机理

Magnesium alloys have vide application prospect in making of electronic devices, such as LED heat- radiator. For used in heat conducting or radiating, not only magnesium alloys are needed for their light weight, but also they should have high thermal conductivity and low coefficient of thermal expansion (CTE). However, the magnesium alloys that nowadays can be used in engineering have low thermal conductivity and high CTE, and can not fulfill the requirement of industry for high thermal conductivity and low CTE at the same time. In this proposal, the studies on design priciples of this kind of alloys,intraduction of second phases or multi-phases of compounds with low CTE, and preparation with melting method have been proposed. The studies on preparation and forming technologies of Mg alloys are unified in this research,and the regulation and control of microstructure and thermal properties of Mg alloys with melt treatment and different casting forming processes will be investigated. Mechanism of regulation and control of thermal properties of Mg alloys with heat treatment processes,the relationships of microstructures, mechanical properties and thermal properties will be deeply studied. Thereby the regulation principal and methods for microstructure and thermal properties of Mg alloys will be obtained, which will be the theoretical and technical foundations for preparation and foming technology of new kind of Mg alloys. This reseach will be propitious to promote the application of Mg alloys in some emerging fields, such as in LED lighting devices, aerospace and electric vehicles.

镁合金在LED散热器等电子器件领域具有广泛应用前景。作为导热、散热部件，不仅利用镁合金的轻量化，也需要镁合金具有高导热和低热膨胀性能。然而目前能够工程化应用的镁合金的热导率偏低、膨胀性大，不能满足工业生产对同时兼具低膨胀和高导热性能的要求。本申请提出研究该类镁合金的成分设计及制备原理，并提出在组织中引入低膨胀性的第二相或多相织构，大幅降低膨胀系数。项目利用熔炼方法制备镁合金材料，并将镁合金的制备与成形加工技术进行一体化研究，探索利用熔体处理及不同的铸造成形工艺调控微观组织及热物理性能的方法。研究后续热处理工艺调控热物理性能的机理，并对微观组织与力学性能、热物理性能的关系进行深入解析研究，从而获得该类镁合金的设计原理、组织与热物理性能的调控原理及方法，为新型镁合金材料的制备与成形奠定理论及技术基础。本项目有利于促进镁合金在一些新兴领域的应用，如LED照明器件、航空航天及电动汽车等领域。

镁合金在LED散热器等电子器件领域具有广泛应用前景。作为导热、散热部件，不仅利用镁合金的轻量化，也需要镁合金具有高导热和低热膨胀性能。然而目前能够工程化应用的镁合金的热导率偏低、膨胀性大，不能满足工业生产对同时兼具低膨胀和高导热性能的要求。本项目通过研究该类镁合金的成分设计及制备原理，并通过在组织中引入低膨胀性的第二相或多相织构，构成新型镁合金或镁基复合材料，大幅降低膨胀系数的同时具有高的热导率。项目利用熔炼方法制备出4类镁合金材料，即Mg-Si与Mg-Si-Ca合金、SiCP/Mg镁基复合材料与混杂增强型（SiCP +Mg2Si）/Mg镁基复合材料、BN/Mg镁基复合材料与混杂增强型（BN +LPSO）/Mg镁基复合材料、Mg-Zn-Cu-Zr镁合金。四类材料都各具特点，可以应用于不同的场合。其中，混杂增强的（10 vol% SiCP +10 vol% Mg2Si）/Mg复合材料的综合热物理性能较好，热导率可达132.42 W/(m·K)，而在20-100℃热膨胀系数18.95×10-6/K，比纯镁的热膨胀系数降低了27%；Mg-5Zn-2.5Cu-0.4Zr镁合金的热导率高，时效处理后达到135.54W/(m·K)，而热膨胀系数为21.08×10-6 K-1，相比纯镁下降了18.9%。.将镁合金的制备与成形加工技术进行一体化研究，建立了利用熔体处理及不同的铸造成形工艺调控微观组织及热物理性能的方法。探明了熔体超声处理、重力铸造及挤压铸造对镁合金材料的热物理性能的影响规律。研究了后续热处理工艺调控热物理性能的机理，并对微观组织与力学性能、热物理性能的关系进行深入解析研究，从而获得该类镁合金的设计原理、组织与热物理性能的调控原理及方法，为新型镁合金材料的制备与成形奠定理论及技术基础。本项目有利于促进镁合金在一些新兴领域的应用，如LED照明器件、航空航天及电动汽车等领域。