Sn和Sr对LED散热器用AZ31镁合金组织和导热性能的影响

摘要

镁合金以其质轻、散热性好且具备良好的电磁屏蔽性能等优势，成为有望代替铝合金的亟待发展成熟的散热材料。AZ31镁合金作为常用的变形镁合金，由于其较好的挤压成型性能和力学性能，是制备 LED散热器的理想材料。但AZ31镁合金中主要合金元素Al在Mg基体中固溶度高，且固溶原子对合金热量传递时电子的散射作用最为显著，因而其不利于合金的导热性能的发挥。
　　本文在AZ31合金的基础上，添加合金元素Sn和Sr，利用X射线衍射仪、金相显微镜、导热仪、扫描电子显微镜及能谱仪等设备，研究了不同添加量 Sn和Sr对AZ31镁合金的第二相组成、形貌及分布和导热系数的影响；确定了复合添加Sn和Sr元素的四种成分梯度的AZ31镁合金，并进行不同变形程度的热挤压加工，研究了挤压前预热处理及变形程度对添加合金元素Sn和Sr的AZ31镁合金的显微组织和导热系数的影响；对挤压态的合金试样进行0~48h的200℃人工时效处理，研究了人工时效对挤压态合金导热系数的影响；利用优化后的合金成分和加工工艺试制了LED散热器产品，并对产品实际工作时的散热性能进行了研究。主要研究结果如下：
　　添加合金元素Sn和Sr后，铸态AZ31镁合金显微组织中出现了片状的Al4Sr和颗粒状的Mg2Sn第二相，合金基体中固溶原子Al的含量降低，固溶原子在热传递过程中对电子散射作用减弱，AZ31镁合金的导热性能得到改善，使合金导热系数升高；复合添加Sn和Sr时合金的导热系数提高显著，AZ31镁合金添加1.0wt.％Sn和0.8wt.%Sr时，合金的导热系数由未添加时的98.5w/(m·k)提高到114.2W/(m·K)。
　　挤压前预热处理使合金的第二相发生部分溶解，基体中固溶原子的含量增加，挤压后空冷过程中，合金冷却速度较快，固溶溶质原子来不及析出，室温下合金处于饱和固溶体状态，而固溶原子对电子的散射作用强烈，不利于热量在合金内的传导，使合金的导热系数降低。
　　相同挤压温度和挤压速度下，对所选复合添加Sn和Sr元素四种成分含量的AZ31镁合金进行不同挤压比的热挤压加工，挤压比为16时，合金在热挤压后只发生动态回复，相同成分的挤压态合金的导热系数比固溶态低；挤压比为25时，除AZ31+1.5Sn+1.2Sr合金因发生动态再结晶而挤压态导热系数高于固溶态外，其余三种成分的合金挤压态的导热系数均低于固溶态；挤压比为44，四种合金均发生动态再结晶，相同成分的挤压态合金的导热系数均高于比固溶态时的导热系数。
　　挤压态合金经过48小时200℃人工时效处理之后，挤压比为44的合金由于变形程度大，挤压过程中发生动态再结晶，合金在挤压过程中的晶格畸变等缺陷得到恢复的程度较大，固溶原子时效析出后，合金的导热系数升高的也较多；时效前期（0~8h）合金的导热系数升高速度较快，时效至8h时合金的导热系数相比铸态已基本得到恢复。
　　由AZ31添加合金元素Sn和Sr的合金（AZ31+1.0Sn+0.8Sr合金）制作的散热器的散热效果优于相同结构参数的AZ31镁合金和6063铝合金散热器的散热效果。

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1 绪论

1.1 引言

1.2 LED灯及LED灯具散热问题

1.3 材料的散热性能

1.4 常用散热器材料及特点

1.5 镁合金散热器成型工艺及常用变形镁合金

1.6 镁及镁合金作为散热器材料的优势及研究现状

1.7 课题的提出及研究内容

1.8 研究的技术路线图

2 实验过程及研究方法

2.1 实验材料及设备

2.2 挤压加工

2.3 人工时效处理

2.4 实验分析方法

3 Sn和Sr对AZ31镁合金显微组织和导热性能的影响

3.1 Sn和Sr对铸态AZ31镁合金的组织的影响

3.2 Sn和Sr对AZ31镁合金导热性能的影响

3.4 本章小结

4 挤压及人工时效对合金显微组织和导热性能的影响

4.1 挤压前预热处理对合金显微组织和导热性能的影响

4.2 变形程度及人工时效对合金显微组织和导热性能的影响

4.3 本章小结

5 散热器成品性能测试与分析

5.1 散热器型材制备

5.2 散热器产品散热性能

5.3 本章小结

6 主要结论

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果

致谢