CN103526082A

CN103526082A - 高导热率铸造铝合金及其制备方法

Info

Publication number: CN103526082A
Application number: CN201310444626.7A
Authority: CN
Inventors: 许德英; 杨昭; 李绍康; 杨续跃; 范卫忠; 彭淳; 潘务晋; 陈学文; 梁树佳
Original assignee: GUANGZHOU JINBANG NONFERROUS ALLOY CO Ltd
Current assignee: GUANGZHOU JINBANG NONFERROUS ALLOY CO Ltd
Priority date: 2013-09-26
Filing date: 2013-09-26
Publication date: 2014-01-22
Anticipated expiration: 2033-09-26
Also published as: CN103526082B

Abstract

本发明公开了一种高导热率铸造铝合金及其制备方法，该铸造铝合金组成按重量百分比包括硅5.0～7.5%，镁0.25～0.5%，硼0.01～0.06%，钛0.005～0.02%，锆0.005～0.02%，铁小于0.2%，铜小于0.2%，锰小于0.1%，锌小于0.1%，其他杂质总量和不大于0.3%，余量为铝。其制备过程中采用氧化硼作为变质剂，再结合钛、锆元素的加入，可制得导热率达210W/(m·K)的铸造铝合金。本发明实现了在现有良好的铸造性能、力学性能以及热处理性能的基础上，显著提高了Al7SiMg铸造铝合金的导热性能，扩大了其工业应用范围。

Description

高导热率铸造铝合金及其制备方法

技术领域

本发明属于金属材料领域，涉及一种高导热率铸造铝合金及其制备方法。

背景技术

铝合金加工性能好，尤其是亚共晶铝硅合金，其不仅加工性能好，而且比重轻，表面美观且耐腐蚀，铸造时铸造性能好，制品综合力学性能好，热处理后强度可以大幅提高，是优良的铸造铝合金，可用于各种各样的形状复杂的部件，在许多领域中得到广泛应用。但随着现代工业特别是航空航天技术的发展，电子行业中对集成电路的散热问题的研究，以及汽车和家电行业中对发热盘、散热器等要求的提高。人们对材料的热传导性能的要求越来越高，传统金属材料的性能已经不能满足实际应用需要, 研发高导热率金属材料，提高材料的热传导性能已经成为一种发展趋势。因此，提高亚共晶铝硅合金的导热率具有重要应用价值。

目前，最常用的亚共晶铝硅合金为AlSi7Mg铝合金，其中ZL101、ZL102等这系列的铝合金是最常用的AlSi7Mg铝合金。其在铸态下导热率约为121 W/(m·K)，抗拉强度约为130MPa左右，在T6热处理态下导热率约为148 W/(m·K)，抗拉强度约为230MPa左右。虽然该系合金导热率在铸造铝合金中较高，但是相对与Al-Mg-Si变形铝合金的导热率还有一定差距。

那么提高Al7SiMg铝合金导热率，扩大Al7SiMg的工业应用范围，实现加工成本较低的压铸工艺代替加工成本较高的挤压型材机加工的工艺，获得性能良好，成本低廉的高导热率Al7SiMg铝合金压铸件越来越为人们所需要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高导热率铸造铝合金，在具备良好铸造性能、力学性能以及热处理性能的同时，还具备较高的导热率。

本发明的另一目的是提供一种高导热率铸造铝合金的制备方法。

本发明所采取的技术方案是：

一种高导热率铸造铝合金，其组分按重量百分比计分别为：硅5.0～7.5%，镁0.25～0.5%，硼0.01～0.06%，钛0.005～0.02%，锆0.005～0.02%，铁小于0.2%，铜小于0.2%，锰小于0.1%，锌小于0.1%，其他杂质总量和不大于0.3%，余量为铝。

一种高导热率铸造铝合金，其组分按重量百分比计分别为：硅6.0～7.0%，镁0.35～0.39%，硼0.048～0.056%，钛0.006~0.008%，锆0.006~0.007%，铁0.15～0.17%，铜0.04～0.07%，锰0.02～0.05%，锌0.04～0.08%，其他杂质总量和不大于0.26～0.3%，余量为铝。

一种高导热率铸造铝合金的制备方法，包括以下步骤：

1）先将纯铝锭进行熔化，当纯铝液温度达到800～850℃时，再加入纯硅，待硅熔化后，再加入剩余中间合金，熔化完全后，静置，最后再加入镁，熔化完全后，进行炉前成分分析，检测合金熔体的成分含量，对成分含量不合格的熔体通过补料或冲淡方式达到合格的范围；

2）把成分含量合格的合金熔体降温到730～750℃，在熔体中通过惰性气体吹入变质剂氧化硼粉末，然后继续用惰性气体除气除渣，再进行炉前成分分析，合格后放水浇铸，即可。

进一步的，步骤1）中所述的中间合金由Al-B、Al-Ti和 Al-Zr三种合金组成。

进一步的，步骤1）中所述静置的时间为8～15min。

进一步的，步骤2）中所述的惰性气体包括氮气、氩气和氖气。

进一步的，步骤2）中所述氧化硼粉末重量为原料总重量的0.03～0.05%。

进一步的，步骤2）中所述除气除渣的时间为5～10min。

本发明的有益效果是：

本发明巧妙地将硼、钛和锆三种元素加入常用的Al7SiMg亚共晶铝硅合金中，这三种元素的结合使用显著提高了Al7SiMg铝合金导热率，扩大了Al7SiMg的工业应用范围，实现了性能良好，成本低廉的高导热率Al7SiMg铝合金压铸件。

本发明制备的高导热率铸造铝合金具有重要的应用价值，可广泛应用于变速箱、发动机、压缩机等部件的构建，其优良的传热性能可减少热应力引起部件的变形和潜在的损坏；还可应用于导热装置、散热器等，其优良的传热效率可促进能源的有效利用，降低能耗。

在本发明中，硅作为合金元素可以提高合金的铸造性能以及力学性能，镁作为合金元素可以与硅结合实现时效强化，硼作为合金元素可以提高导热性能，硼还可以与钛元素与锆元素形成化合物细化铸造组织，上述各元素有效合理的结合，实现了在现有的铸造性能和力学性能以及热处理性能的基础上，显著提高了铸造铝合金的导热性能。

具体实施方式

优选的，一种高导热率铸造铝合金，其组分按重量百分比计分别为：硅6.0～7.0%，镁0.35～0.39%，硼0.048～0.056%，钛0.006~0.008%，锆0.006~0.007%，铁0.15～0.17%，铜0.04～0.07%，锰0.02～0.05%，锌0.04～0.08%，其他杂质总量和不大于0.26～0.3%，余量为铝。

一种高导热率铸造铝合金的制备方法，包括以下步骤：

1）选用天然气反射式熔炼炉进行熔炼，先将纯铝锭进行熔化，当纯铝液温度达到800～850℃时，再加入纯硅，待硅熔化后，再加入剩余中间合金，熔化完全后，静置，最后再加入镁，熔化完全后，进行炉前成分分析，检测合金熔体的成分含量，对成分含量不合格的熔体通过补料或冲淡方式达到合格的范围；

步骤1）中加入的中间合金优选由Al-B、Al-Ti和 Al-Zr三种合金组成。

步骤1）中，中间合金熔化完全后保温静置的时间优选为8～15min，使熔化的液体充分混均。

步骤2）中所述的惰性气体优选为氮气、氩气和氖气。

步骤2）中吹入变质剂氧化硼粉末的重量优选为原料总重量的0.03～0.05%。

步骤2）中惰性气体除气除渣的时间优选为5～10min。

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但并不局限于此。

实施例 1

1）选用5吨天然气反射式熔炼炉进行熔炼，熔炼过程中，先将2700Kg纯铝锭进行熔化，当纯铝液温度达到830℃时，再加入210Kg纯硅，待硅熔化后，再加入剩余中间合金，即50Kg Al-3B、3.6Kg Al-5Ti、1.8Kg Al-10Zr，熔化完全后保温静止10min，最后加入12Kg镁，熔化完全后，进行炉前成分分析，检测合金熔体的成分含量；

2）把成分含量合格的合金熔体降温到740℃，在熔体中通过压力为0.2MPa的氮气吹入重量为所有物质重量和0.04%的变质剂氧化硼粉末，然后继续用氮气除气除渣10min，再进行炉前成分分析，合格后放水浇铸，即可。

实施例 2

1）选用5吨天然气反射式熔炼炉进行熔炼，熔炼过程中，先将2700Kg纯铝锭进行熔化，当纯铝液温度达到800℃时，再加入206Kg纯硅，待硅熔化后，再加入剩余中间合金，即50Kg Al-3B、3.6Kg Al-5Ti、1.8Kg Al-10Zr，熔化完全后保温静止15min，最后加入11Kg镁，熔化完全后，进行炉前成分分析，检测合金熔体的成分含量；

2）把成分含量合格的合金熔体降温到750℃，在熔体中通过压力为0.4MPa的氮气吹入重量为所有物质重量和0.03%的变质剂氧化硼粉末，然后继续用氮气除气除渣10min，再进行炉前成分，合格后放水浇铸，即可。

实施例 3

1）选用5吨天然气反射式熔炼炉进行熔炼，熔炼过程中，先将2700Kg纯铝锭进行熔化，当纯铝液温度达到850℃时，再加入178Kg纯硅，待硅熔化后，再加入剩余中间合金，即50Kg Al-3B、3.6Kg Al-5Ti、1.8Kg Al-10Zr，熔化完全后保温静止10min，最后加入12Kg镁，熔化完全后，进行炉前成分分析，检测合金熔体的成分含量；

2）把成分含量合格的合金熔体降温到730℃，在熔体中通过压力为0.3MPa的氮气吹入重量为所有物质重量和0.05%的变质剂氧化硼粉末，然后继续用氮气除气除渣5min，再进行炉前成分分析，合格后放水浇铸，即可。

实施例 4

1）选用5吨天然气反射式熔炼炉进行熔炼，熔炼过程中，先将2700Kg纯铝锭进行熔化，当纯铝液温度达到830℃时，再加入190Kg纯硅，待硅熔化后，再加入剩余中间合金，即50Kg Al-3B、3.6Kg Al-5Ti、1.8Kg Al-10Zr，熔化完全后保温静止10min，最后加入13Kg镁，熔化完全后，进行炉前成分分析，检测合金熔体的成分含量；

2）把成分含量合格的合金熔体降温到750℃，在熔体中通过压力为0.4MPa的氮气吹入重量为所有物质重量和0.04%的变质剂氧化硼粉末，然后继续用氮气除气除渣8min，再进行炉前成分分析，合格后放水浇铸，即可。

下面对实施例中制备的高导热率铸造铝合金作进一步性能检测。

根据制备过程中炉前分析所得的数据，实施例1～4制得的高导热率铸造铝合金各成分含量如表1所示，从表1可以看出除硼、钛和锆元素外，实施例1～4制得的高导热率铸造铝合金的其成分含量与常用的ZL101铸造铝合金均相近。

表1 实施例1～4制备的高导热率铸造铝合金和ZL101铸造铝合金成分表

为检测实施例中所制备的铸造铝合金的导热率，根据国标GB，在实施例1～4的浇铸时浇取Φ12mm的标准拉伸试棒和ø10mm×30mm的圆棒，用于力学性能和热导率测试，此状态试样为铸态（F）试样。部分铸态试样棒进行T6处理，称热T6处理态试样棒。分别测量各实施例和对照组中铝合金在铸态和T6态下的导热率、屈服强度、抗拉强度和延伸率，所得结果见表2 所示。由表2可知，本发明的高导热率铸造铝合金的导热率达201～210W/(m·K)，而对照组的ZL101铸造铝合金的T6态导热率约为146W/(m·K)，由此可见，本发明的铸造铝合金的导热率得到显著的提升；另外，实施例中制备的高导热率铸造铝合金与对照组的ZL101铸造铝合金的其他性能指标均相近（见表2）。上述检测数据说明，本发明制备的高导热率铸造铝合金在确保现有良好的屈服强度、抗拉强度和延伸率同时，具有更高的导热率，显著提高了Al7SiMg铸造铝合金的导热性能，扩大了其工业应用范围。

表2 铸造铝合金性能表

以上的实施例说明了本发明的技术方案，本领域技术人员应当理解，可以由上述的技术方案进行变形或等同替换，均能够得到本发明的其它实施例。

Claims

1.一种高导热率铸造铝合金，其特征在于：其组分按重量百分比计分别为：硅5.0～7.5%，镁0.25～0.5%，硼0.01～0.06%，钛0.005～0.02%，锆0.005～0.02%，铁小于0.2%，铜小于0.2%，锰小于0.1%，锌小于0.1%，其他杂质总量和不大于0.3%，余量为铝。

2.一种高导热率铸造铝合金，其特征在于：其组分按重量百分比计分别为：硅6.0～7.0%，镁0.35～0.39%，硼0.048～0.056%，钛0.006~0.008%，锆0.006~0.007%，铁0.15～0.17%，铜0.04～0.07%，锰0.02～0.05%，锌0.04～0.08%，其他杂质总量和不大于0.26～0.3%，余量为铝。

3.权利要求2所述的一种高导热率铸造铝合金的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的一种高导热率铸造铝合金的制备方法，其特征在于：步骤1）中所述的中间合金由Al-B、Al-Ti和 Al-Zr三种合金组成。

5.根据权利要求3所述的一种高导热率铸造铝合金的制备方法，其特征在于：步骤1）中所述静置的时间为8～15min。

6.根据权利要求3所述的一种高导热率铸造铝合金的制备方法，其特征在于：步骤2）中所述的惰性气体选自氮气、氩气和氖气。

7.根据权利要求3所述的一种高导热率铸造铝合金的制备方法，其特征在于：步骤2）中所述氧化硼粉末重量为原料总重量的0.03～0.05%。

8.根据权利要求3所述的一种高导热率铸造铝合金的制备方法，其特征在于：步骤2）中所述除气除渣的时间为5～10min。