CN100473735C - 一种高导电导热、高强度铝合金材料、其制备方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高导电导热、高强度铝合金材料，其包括下述重量百分含量的组分：Mg：0.61～0.65%、Si：0.4～0.45%、稀土元素：0.21～0.3%、B：0.03～0.10%、余量为Al及不可避免的杂质。本发明的新型Al Mg-Si系合金材料在优化6063基础上，提高Mg、Si含量且控制在一个较窄范围之内，同时增加了以铈为主的混合稀土元素及合金元素硼，同时采用完全固溶，使合金材料保持高强度同时具备高导电导热性能。
Description
一种高导电导热、离强度铝合金材料、其制备方法及其应用 技术领域本发明涉及一种铝合金材料，具体地说，涉及一种高导电导热、高强度铝 合金材料、其制备方法及其应用，属于有色金厲材料领域。背暴技术目前电脑CPU、 VGA等散热片、通信交换机散热器等等，多采用6063/T5铝 合金材料，其主要成分：Mg 0.49 ~ 0.9%, Si0.2~0.6%，其抗拉强度^160MP, 屈服强度2llOMPa，延伸率t528。/。，导电率为51.5 ~ 55%IACS，导热率为 202w/m*k。普通6063存在的缺陷是没有控制杂质的含量及Mg、 Si含量范围太宽 无法稳定性能。因此，6063/T5铝合金材料的导电、导热性能还需要进一步提高。随着电脑的快速发展，对CPU散热性能要求越来越高，迫切需要更髙导电 导热性能材料代替传统的6063/T5合金。发明内容本发明的目的是提供一种髙导电导热、髙强度铝合金材料。 本发明的另 一 目的是提供一种髙导电导热、髙强度铝合金材料的制备方法。 本发明的再一目的是提供一种髙导电导热、高强度铝合金材料在散热器或 散热片中的应用。为了实现本发明目的，本发明的一种髙导电导热、高强度铝合金材料，其 包括下述重董百分含i的组分：Mg 0.61 ~ 0.65%、 Si 0.4 ~ 0.45%、稀土元素0.21 ~ 0.3%、 B 0.03 ~ 0.10%、余量为Ai及不可避免的杂质。其中，所述稀土元素以铈（Ce)和镧（La)为主。所述铝合金材料还包括：Mn^0.03%、 Fe^).12%、 V50.03%、 Cr$0.03%、 Ti，30/0、 Zr£0.030/o。其他的杂质应控制单个杂质<0.05%，合计<0.15%。 以上这样杂质要尽量减小在合金材料中的含量。 本发明髙导电导热、高强度铝合金材料的制备方法，包括如下步骤：1) 熔铸先加3~3.5重董份铝硅合金和95~97重量份镅，加热至700 ~ 800'C熔化，再 加1.9 ~ 3.3重量份铝-稀土合金及0.03 ~ O.IO重量份硼，然后加0.63 ~ 0.68重量份 镁，在720~740"下加1.5~2重量份细化剂精炼15~20分钟，再在680〜710。C下 静置13-18分钟后，进行铸造；2) 均质处理然后在560 ~ 580°C下保温3.5 ~ 4.5小时，并以180 ~ 220'C/h冷却速度进行冷却。其中，铝硅（Al-Si)合金中硅含量为12~ 14°/。。铝-稀土 （A1-RE)合金中稀土 （RE)的含量为9~11°/。。所述细化剂釆用A1-Ti-C或A1-Ti-B。使用细化剂可保证组织结构的均匀性。所述精炼用液氮或99.99%气氮加精炼剂的混合精炼法进行精炼。所述的精 炼剂为40%冰晶石Na3AlF6+30y。NaCl+30o/oKCl。本发明高导电导热、髙强度铝合金材料可作为电脑CPU、 VGA等散热片、 通信交换机散热器的原材料。本发明髙导电导热、髙强度铝合金材料在制备散热片或散热器时，加工方 法为：1)挤压工艺先将铝合金材料加热480〜530'C,模具加热460〜510'C，盛锭简加热450~ 470。C，风冷速度150〜20(TC/min，冷却至50〜120。C; 4)时效工艺最后在180 ~ 200°C下保温2 ~ 3小时。本发明散热片或散热器的加工方法可采用本领域散热器的常规设备进行。 本发明高导电导热、髙强度铝合金材料为新型AlMg-Si系合金材料，合金材料保持髙强度同时具备髙导电导热性能，提高CPU散热片等材料的导电导热性能。具有以下优点：1.本发明铝合金材料在优化6063基础上，对强度起主要作用的成分Mg、 Si控制范围比6063合金更窄且含量更髙。2. 同时添加以Ce (铈）为主的混合稀土合金元素，改善材料的组织，消除 或者减少杂质元素（如Fe、 Si、 A1203、 H2)。3. 添加合金元素B消除或者减弱V、 Zr、 Ti等微量元素对材料导电、导热性 能的影响，进一步提高导电、导热性能。4. 采用高温挤压及强风冷却使材料的强化相Mg2Si在材料中完全固溶。5. 本发明铝合金材料的力学性能比传统材料略有增加的基础上，提高导电 及导热率12%以上。具体实施方式以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。 实施例l本实施例的髙导电导热、髙强度铝合金材料采用如下方法制成：1) 熔铸工艺先加3.2公斤铝硅合金（13%Sii)和95.0公斤的铝，加热至770'C熔化，再 加2.6公斤钼-稀土合金（RE的含董10c/。）、 0.04公斤硼及0.67公斤镁，在740'C下 加1.8公斤细化剂Ai-Ti-C精炼15分钟，再在700'C下静置16分钟后进行铸造；所 述精炼用液氮加精炼剂（4()Q/o冰晶石Na3AlF6+30。/。NaCl+30。/。KCl)的混合精炼法 进行精炼；2) 均质处理在570'C保温4h，然后水雾下冷却10分钟，冷却速度为197度/h。由此获得的高导电导热、髙强度铝合金材料，其包括下述重量百分含紫的组 分：Mg0.61%， Si 0.41%, FeO.11%, Ce0.14%， La 0.07%, B0.04%， V 0.012%, Mn 0.016%, Cr 0.015%， Ti0.02%， Zr 0.026%,其余为Al。本实施例髙导电导热、髙强度铝合金材料的性能检测数据如下： 抗拉强度、屈服强度、延伸率的检测采用《GB/T228-2002金属材料室温拉 伸试验方法》，导电率检测采用《YS/T478-200铜及铜合金导电率涡流检测方法》 进行检测，本发明髙导电导热、髙强度铝合金材料的性能为：抗拉强度（t5b) 172MPa，屈服强度（t50.2) 113MPa，延伸率（t5 ) 8.2°/。，导电率59。/oIACS，
由于热传导的载体主要是金属中的电子，因此，本发明的合金具有高的导电率必然具有高导热系数，根据Wiedmann- Franz定律室温下，金属的导热系数X 与导电率a存在关系：VciT-L,式中：L为洛伦系数，对钼L=2.2x 1 ()-8W.^/K, 室温时T-293 K,导热率220w/m-k。本实施例髙导电导热、高强度铝合金材料加工散热片时的加工过程为：1) 挤压工艺铝棒加热52(TC，模具加热500'C,盛锭简加热480'C,风冷速度150度/min, 冷却至65'C。2) 时效工艺 180'C保温3小时。实掩例2本实施例的髙导电导热、髙强度铝合金材料采用如下方法制成：1) 熔铸工艺先加3.5公斤铝硅合金（14%Sii)和97.0公斤的铝，加热至70(TC熔化，再 加1.9公斤钥-稀土合金（RE的含囊im)、 0.07公斤硼及0.68公斤镁，在720。C下 加1.5公斤细化剂A1-Ti-B積炼18分钟，再在710。C下静置13分钟后进行铸造；2) 均质处理在560'C保温4.5h，然后水雾下冷却15分钟，冷却速度为180度/h。本实施例的高导电导热、髙强度铝合金材料，其包括下述重量百分含量的 组分：Mg 0.65%、 Si 0.45%、 Ce 0.21%、 La 0.08%、 B 0.07%、 V 0.012%， Mn 0.016%, Cr 0.015%, Ti 0.013%， Zr0.02%，其余为A1。经检测，材料性能为：抗拉强度（t5b)174MPa，屈服强度（t5 0.2 ) 115MPa， 延伸率（t5 ) 8.0%,导电率58.8。AIACS。本实施例髙导电导热、髙强度铝合金材料加工散热片时的加工过程为：1) 挤压工艺铝棒加热530'C，模具加热510'C，盛锭简加热450'C,风冷速度180度/min， 冷却至120'C。2) 时效工艺 200'C保温2.:5小时。 实施例3本实施例的髙导电导热、髙强度铝合金材料采用如下方法制成：1) 熔铸工艺先加3.0公斤铝硅合金U2。/。Si量）和96.0公斤的铝，加热至800。C熔化，再 加3.3公斤钼-稀土合金（RE的含量9Vq)、 0.06公斤硼及0.63公斤镁，在730t:下加 2.0公斤细化剂A1-Ti-C精炼20分钟，再在68(TC下靜置18分钟后进行铸造；2) 均质处理在580'C保温3.5h,然后水雾下冷却8分钟，冷却速度为220度/h。 本实施例的髙导电导热、髙强度铝合金材料，其包括下述重量百分含量的组分：Mg0.630/o、 Si 0.4%、 Ce0.18%、 La 0.07%、 B 0.06%、 V 0.011%， Mn 0.015%，Cr 0.013%, Ti 0.012%， Zr 0.018%,其余为Al。经检测，材料性能为：抗拉强度（f5b)173MPa，屈服强度（« 0.2 ) 112MPa，延伸率(t5 ) 8,2%,导电率59,2。/。IACS。本实施例高导电导热、高强度铝合金材料加工散热片时的加工过程为：1) 挤压工艺钼棒加热480'C，模具加热460。C,盛锭简加热47(TC,风冷速度200度/min, 冷却至50。C。2) 时效工艺 180'C保温2小时。虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述， 但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是 显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均 属于本发明要求保护的范围。
Claims (13)
1. 一种高导电导热、高强度铝合金材料，其特征在于，其包括下述重量百分含量的组分：Mg 0.61～0.65％、Si 0.4～0.45％、稀土元素0.21～0.3％、B 0.03～0.10％、余量为Al及不可避免的杂质。
2. 根据权利要求l所述的高导电导热、高强度铝合金材料，其特征在于， 所述稀土元素以铈和镧为主。
3. 根据权利要求1或2所述的髙导电导热、高强度铝合金材料，其特征在于， 其还包括：MnS0.03o/o、 Fe^0.12%、 V50.03%、 Cr$0.03o/o、 Ti 50.03%、 Zr^).03%。
4. 一种制备权利要求l-3任意一项所述的高导电导热、高强度锅合金材料的 方法，其特征在于，包括如下步骤：1) 熔铸先加3~3.5重量份铝硅合金和95~97重量份铝，加热至700 ~ 80(TC熔化，再 加1.9 ~ 3.3重量份铝-稀土合金及0.03 ~ O.IO重量份硼，然后加0.63 ~ 0.68重量份 镁，在72(H740。C下加1.5〜2重量份细化剂精炼15〜20分钟，再在680〜710。C下 静置13-18分钟后，进行铸造；2) 均质处理然后在560 ~ 580°C下保温3.5 ~ 4.5小时，并以180 ~ 220。C/h冷却速度进行冷却。
5. 根据权利要求4所述的髙导电导热、高强度铝合金材料的制备方法，其 特征在于，铝硅合金中硅含量为12~14%。
6. 根据权利要求4或5所述的高导电导热、高强度铝合金材料的制备方法， 其特征在于，铝-稀土合金中稀土元素的含量为9~11%。
7. 根据权利要求6所述的髙导电导热、高强度铝合金材料的制备方法，其 特征在于，所述细化剂采用Al-Ti-C或Ai-Ti-B。
8. 根据权利要求4或5所述的髙导电导热、髙强度铝合金材料的制备方法， 其特征在于，所述细化剂采用A1-Ti-C或A1-Ti-B。
9. 根据权利要求4、 5、 7任意一项所述的髙导电导热、高强度铝合金材料 的制备方法，其特征在于，所述精炼用液氮或99.99%气氮加精炼剂的混合精炼法进行精炼。
10. 根据权利要求7所述的髙导电导热、髙强度铝合金材料的制备方法，其 特征在于，所述精炼用液氮或99.99%气氮加精炼剂的混合精炼法进行精炼。
11. 根据权利要求8所述的高导电导热、髙强度铝合金材料的制备方法，其 特征在于，所述精炼用液氮或99.99%气氮加精炼剂的混合精炼法进行精炼。
12. —种权利要求l-3任意一项髙导电导热、髙强度铝合金材料在电脑CPU散 热片、VGA散热片或通信交换机散热器中的应用。
13. 根据权利要求12所述的应用，其特征在于，所述铝合金材料制备散热 片或散热器的加工方法为：1)挤压工艺先将铝合金材料加热480〜530'C,模具加热460〜51(TC,盛锭简加热450~ 47(TC，风冷速度150〜200。C/min,冷却至50- 120。C; 4)时效工艺最后在180 ~ 200'C下保温2 ~ 3小时。
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