CN104233013B - 一种流变压铸散热壳体的铝硅合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种流变压铸散热壳体的铝硅合金，铝硅合金中各个组分的质量百分比为：硅5.5～8.0%，铜0.1～1.5%，锌0.1～2.0%，镍0.1～2.0%，镁0.1～0.8%，铁0.1～1.0%，其余为铝和不可避免的微量杂质。本发明还公开了流变压铸散热壳体的铝硅合金的制备方法，采用棒头将固态的一号金属送入液态的二号金属溶液中，在吹气和搅拌的作用下，能够快速使料勺内的浆料高效混合均匀。本发明铝硅合金具有导热系数高、液态流动性好、适用于散热壳体半固态流变压铸的优点，该制备方法简单易于操作，使铝硅合金具有更高的均匀性和流动性，便于制备流变压铸散热壳体。
Description
技术领域
本发明涉及一种，具体涉及一种流变压铸散热壳体的铝硅合金及其制备方法。
背景技术
通讯设备特别是无线通讯基站功耗越来越大，给安装和运输带来诸多困难。重量和体积已经成为其重要的竞争力要素之一。轻量化、小型化、高散热性能是其发展趋势。
目前无线通讯设备的散热壳体主要采用高速压铸(简称压铸)工艺生产，散热齿和壁的尺寸较厚，一般对于高度超过40mm以上的散热齿，其齿顶厚均在1.6mm以上，因为造成其重量较大。散热壳体的材料常用的材料有日标ADC12、国标YL102或欧标AlSi10Mg，导热系数高的有121W/(m.K)，较低的只有92W/(m.K)，因此，现有的散热壳体总体而言散热性能偏差，需要尺寸更大的散热齿才能满足散热要求，因而体积较大。所以，需要设计一种具有导热系数高、液态流动性好、适用于散热壳体半固态流变压铸的铝硅合金材料。
发明内容
本发明需要解决的技术问题就在于克服现有技术的缺陷，提供一种流变压铸散热壳体的铝硅合金及其制备方法，该铝硅合金具有导热系数高、液态流动性好、适用于散热壳体半固态流变压铸的优点，该制备方法简单易于操作，使铝硅合金具有更高的均匀性和流动性，便于制备流变压铸散热壳体。
为解决上述问题，本发明采用技术方案为：一种流变压铸散热壳体的铝硅合金，所述铝硅合金中各个组分的质量百分比为：硅5.5～8.0％，铜0.1～1.5％，锌0.1～2.0％，镍0.1～2.0％，镁0.1～0.8％，铁0.1～1.0％，其余为铝和不可避免的微量杂质。其中不可避免的微量杂质其含量小于0.2％，是各个原料中所含有的不可去除的杂质，对硅铝合金的性能不产生影响。
铝硅合金中各个组分的质量百分比是经过试验人员进行多次的组分配比试验到的最佳的组分比例，这样的比例能够使铝硅合金具有较高的导热系数、较佳的液态流动性，适用于散热壳体半固态流变压铸，关于该比例范围内的铝硅合金的性能具体参见实施例部分的表1部分。
优选的，铝硅合金中各个组分的质量百分比为：硅6.0～7.5％，铜0.5～1.1％，锌0.6～1.5％，镍0.3～1.6％，镁0.2～0.6％，铁0.3～0.8％，其余为铝和不可避免的微量杂质。这个比例范围为优选的组分比例。
优选的，所述铝硅合金中各个组分的质量百分比为：硅6.5％，铜0.8％，锌0.9％，镍0.8％，镁0.4％，铁0.5％，其余为铝和不可避免的微量杂质。在试验测试中，该比例的铝硅合金具有最佳的导热性能和液态流动性。
一种制备上述铝硅合金的方法，其具体步骤为：
(1)预制一号金属溶液：将一号金属的金属锭加热到液相线以上20℃～50℃后，制得一号金属溶液，在将一号金属溶液浇入带有密集孔洞的石墨棒头中，自然冷却后待用，石墨棒头的孔洞内为凝固的一号金属；
(2)制浆处理：将二号金属的金属锭放入熔炼炉熔炼并过热，过热温度为二号金属液相线以上11℃～22℃，制得二号金属溶液；然后用料勺舀出二号金属溶液，将第(1)步所得的石墨棒头套入可旋转吹气的搅拌棒的下端，再将搅拌棒下端和石墨棒头放入料勺的二号金属溶液内对二号金属液进行吹气搅拌处理，处理时间为22s～135s；处理过程中搅拌棒转速为12～220转/分钟，吹入的惰性气体流速为6～14升/分钟，制得非枝晶的半固态浆料，即得到用于制备流变压铸散热壳体的铝硅合金；搅拌棒下端的气孔与棒头中央的气流通孔连通，吹气时，惰性气体经过气流通孔流入棒头下方的浆料内，对浆料进行冷却和混合。采用将凝固的一号金属放入熔融的二号金属内吹气搅拌处理，能够使一号金属吸收二号金属溶液的热量而熔化，固态的一号金属在二号金属溶液内缓慢熔化产生晶核，在吹气搅拌的作用下，使半固态浆料能够高效混合均匀，确保半固态浆料的均匀性和较佳的流动性，确保压铸操作中的散热壳体的质量；
其中，当一号金属组分为硅：7.5％，铁：0.6％，铝：91.9％时，二号金属的组分为硅：7.9％，锌：0.15％，铜：0.1％，镍：0.1％，镁0.15％，铁：0.6％，铝：91.％，当一号金属组分为硅6.2％、锌：0.6％、铜：0.5％、镍：0.3％、镁：0.2％、铁：0.6％、铝：91.6％时，二号金属组分为硅：6.2％、锌：0.6％、铜：0.5％、镍：0.3％、镁：0.2％、铁：0.6％、铝：91.6％，当一号金属组分为硅：6.6％，锌：0.4％，铜：0.3％，镍：0.1％，镁0.1％，铁：0.5％，铝：92％时，二号金属组分为硅：7.6％，锌：0.4％，铜：0.3％，镍：0.1％，镁0.1％，铁：0.5％，铝：91％。
(3)流变压铸：将料勺中的半固态浆料倒入1000T的压铸机中压铸，压铸温度为585℃～595℃，压铸速度为4m/s，系统压力为15MPa，增压压力为28MPa；压铸后得到流变压铸散热壳体。
优选的，一号金属和二号金属的金属锭均为铝合金锭。一号金属和二号金属均采用铝合金锭，能够确保一号金属溶液和二号金属溶液具有相类似的组分，确保在步骤(2)制浆处理中，使两种溶液能够高效混合均匀，不会因为组分差异大而造成混合不均匀。
优选的，步骤(2)制浆处理的操作中，熔炼二号金属的过热温度为二号金属液相线以上15℃～18℃。液相线以上15℃～18℃的温度范围，在为一号金属熔化提供热量后，在吹气搅拌的处理下，料勺内的二号金属溶液缓慢降温，变为半固态浆料。
优选的，步骤(2)制浆处理的操作中，吹气搅拌处理的处理时间为30s～65s。吹气搅拌处理的时间不宜过长，过长会使得半固态浆料的温度过低而不利于进行后续的压铸操作。
优选的，步骤(2)制浆处理的操作中，吹气搅拌处理过程中搅拌棒转速为25～55转/分钟。
优选的，步骤(2)制浆处理的操作中，吹气搅拌处理中吹入的惰性气体流速为8～11升/分钟。
优选的，步骤(2)制浆处理的操作中，吹气搅拌处理中吹入的惰性气体为氩气；惰性气体流速为10升/分钟。气体流速需要精确控制，流速过大会使料勺内的浆料降温速度过快，而使得浆料的混合效果不佳；气流速度过慢，则使得制备时间过长，生产效率低。经过多次的试验验证，8～11升/分钟的流速为较佳速度，10升/分钟为最佳流速。
本发明的优点和有益效果为：本发明流变压铸散热壳体的铝硅合金，经过多次的试验验证获得的组分比例，该比例的铝硅合金具有较佳的导热系数，能够满足散热壳体对导 热系数的要求，能够减小散热壳体的体积和生产成本；
本发明流变压铸散热壳体的铝硅合金，具有非常好的液体流动性，能够满足在压铸作业中的流动性需求，能够最大限度的确保压铸产品即散热壳体的规整；
本发明流变压铸散热壳体的制备方法，采用棒头将固态的一号金属送入液态的二号金属溶液中，使一号金属熔化后形成晶核，在吹气和搅拌的作用下，能够快速使料勺内的浆料高效混合均匀，确保了半固态浆料的均匀性和生产效率；本发明流变压铸散热壳体的制备方法，采用压铸的作业方式制备散热壳体，在硅铝合金具有极佳的液态流动性的前提下，能够高效制备出规整合格的散热壳体，制备过程简便易于操作。
附图说明
图1为本发明所使用的棒头与料勺配合的结构示意图。
图2为本发明制备方法的流程图。
图1中11是棒头，12是搅拌棒，13是料勺，14是惰性气体产生的气泡，15是激冷晶核，16是枝晶碎断。
具体实施方式
下列实施例将进一步说明本发明。
实施例1
本发明采用技术方案为一种流变压铸散热壳体的铝硅合金，铝硅合金中各个组分的质量百分比为：硅8.0％，铜1.5％，锌2.0％，镍2.0％，镁0.8％，铁1.0％，其余为铝和不可避免的微量杂质。
实施例2
一种流变压铸散热壳体的铝硅合金，铝硅合金中各个组分的质量百分比为：硅5.5％，铜0.1％，锌0.1％，镍0.1％，镁0.1％，铁0.1％，其余为铝和不可避免的微量杂质。
实施例3
一种流变压铸散热壳体的铝硅合金，铝硅合金中各个组分的质量百分比为：硅6.5％，铜0.8％，锌0.9％，镍0.8％，镁0.4％，铁0.5％，其余为铝和不可避免的微量杂质。
实施例4
一种流变压铸散热壳体的铝硅合金的制备方法，该制备方法的步骤如下：其中一号金属和二号金属的组分见表1中所列组分的质量百分比；
(1)预制一号金属溶液：将一号金属的金属锭加热到液相线以上50℃后，制得一号金属溶液，在将一号金属溶液浇入带有密集孔洞的石墨棒头中，自然冷却后待用，石墨棒头的孔洞内为凝固的一号金属；
(2)制浆处理：将二号金属的金属锭放入熔炼炉熔炼并过热，过热温度为二号金属液相线以上22℃，制得二号金属溶液；然后用料勺舀出二号金属溶液，将第(1)步所得的石墨棒头套入可旋转吹气的搅拌棒的下端，再将搅拌棒下端和石墨棒头放入料勺的二号金属溶液内对二号金属液进行吹气搅拌处理，处理时间为22s；处理过程中搅拌棒转速为220转/分钟，吹入的惰性气体流速为14升/分钟，吹气搅拌处理中吹入的惰性气体为氩气，制得非枝晶的半固态浆料，即得到用于制备流变压铸散热壳体的铝硅合金；
(3)流变压铸：将料勺中的半固态浆料倒入1000T的压铸机中压铸，压铸温度为585℃～595℃，压铸速度为4m/s，系统压力为15MPa，增压压力为28MPa；压铸后得到流变压铸散热壳体。
实施例5
一种流变压铸散热壳体的铝硅合金的制备方法，该制备方法的步骤如下：其中一号金属和二号金属的组分见表1中所列组分的质量百分比；
(1)预制一号金属溶液：将一号金属的金属锭加热到液相线以上20℃后，制得一号金属溶液，在将一号金属溶液浇入带有密集孔洞的石墨棒头中，自然冷却后待用，石墨棒头的孔洞内为凝固的一号金属；
(2)制浆处理：将二号金属的金属锭放入熔炼炉熔炼并过热，过热温度为二号金属液相线以上11℃，制得二号金属溶液；然后用料勺舀出二号金属溶液，将第(1)步所得的石墨棒头套入可旋转吹气的搅拌棒的下端，再将搅拌棒下端和石墨棒头放入料勺的二号金属溶液内对二号金属液进行吹气搅拌处理，处理时间为135s；处理过程中搅拌棒转速为12转/分钟，吹入的惰性气体流速为6升/分钟，吹气搅拌处理中吹入的惰性气体为氩气，制得非枝晶的半固态浆料，即得到用于制备流变压铸散热壳体的铝硅合金；
(3)流变压铸：将料勺中的半固态浆料倒入1000T的压铸机中压铸，压铸温度为585℃～595℃，压铸速度为4m/s，系统压力为15MPa，增压压力为28MPa；压铸后得到流变压铸散热壳体。
实施例6
一种流变压铸散热壳体的铝硅合金的制备方法，该制备方法的步骤如下：其中一号金属和二号金属的组分见表1中所列组分的质量百分比；
(1)预制一号金属溶液：将一号金属的金属锭加热到液相线以上35℃后，制得一号金属溶液，在将一号金属溶液浇入带有密集孔洞的石墨棒头中，自然冷却后待用，石墨棒头的孔洞内为凝固的一号金属；
(2)制浆处理：将二号金属的金属锭放入熔炼炉熔炼并过热，过热温度为二号金属液相线以上18℃，制得二号金属溶液；然后用料勺舀出二号金属溶液，将第(1)步所得的石墨棒头套入可旋转吹气的搅拌棒的下端，再将搅拌棒下端和石墨棒头放入料勺的二号金属溶液内对二号金属液进行吹气搅拌处理，处理时间为65s；处理过程中搅拌棒转速为55转/分钟，吹入的惰性气体流速为10升/分钟，吹气搅拌处理中吹入的惰性气体为氩气，制得非枝晶的半固态浆料，即得到用于制备流变压铸散热壳体的铝硅合金；
(3)流变压铸：将料勺中的半固态浆料倒入1000T的压铸机中压铸，压铸温度为585℃～595℃，压铸速度为4m/s，系统压力为15MPa，增压压力为28MPa；压铸后得到流变压铸散热壳体。
针对实施例4、实施例5、实施例6制备得到的散热壳体，对其进行的性能测试，具体测试结果见表1，具体测试方法为：
(1)力学性能：采用室温拉伸实验法(GB/T 228.1)，设备为拉伸试验机，在室温下对直径为10mm的标准试样进行测试。测试结果见表1。
(2)导热性能：采用闪光导热分析仪LFA 447Nanoflash仪器测试热扩散系数。遵照的标准为ASTM E1461；采用功率补偿型差示扫描量热DSC8000测试比热容。
导热系数＝热扩散系数*比热容*密度；测试结果见表1。
(3)平面度：采用三坐标测试仪测试平面上的16个点的Z向坐标，可得平面度数据。测试结果见表1。
表1
由表1中的测试数据可以看出，本发明的三个实施例所取得的产品，具有较佳的力学性能、导热性能和平面度，其性能能够满足散热壳体的性能要求，极大的减小散热壳体的体积，提高其散热效率，并且具有较佳的抗拉强度。
最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (7)
1.一种制备铝硅合金的方法，其特征在于，该制备方法的步骤为：
(1)预制一号金属溶液：将一号金属的金属锭加热到液相线以上20℃～50℃后，制得一号金属溶液，在将一号金属溶液浇入带有密集孔洞的石墨棒头中，自然冷却后待用，石墨棒头的孔洞内为凝固的一号金属；
(2)制浆处理：将二号金属的金属锭放入熔炼炉熔炼并过热，过热温度为二号金属液相线以上11℃～22℃，制得二号金属溶液；然后用料勺舀出二号金属溶液，将第(1)步所得的石墨棒头套入可旋转吹气的搅拌棒的下端，再将搅拌棒下端和石墨棒头放入料勺的二号金属溶液内对二号金属液进行吹气搅拌处理，处理时间为22s～135s；处理过程中搅拌棒转速为12～220转/分钟，吹入的惰性气体流速为6～14升/分钟，制得非枝晶的半固态浆料，即得到用于制备流变压铸散热壳体的铝硅合金；
其中，搅拌棒下端的气孔与棒头中央的气流通孔连通，吹气时，惰性气体经过气流通孔流入棒头下方的浆料内，对浆料进行冷却和混合；
其中，采用将凝固的一号金属放入熔融的二号金属内吹气搅拌处理，能够使一号金属吸收二号金属溶液的热量而熔化，固态的一号金属在二号金属溶液内缓慢熔化产生晶核，在吹气搅拌的作用下，使半固态浆料能够高效混合均匀，确保半固态浆料的均匀性和较佳的流动性，确保压铸操作中的散热壳体的质量；并且，其中，所述一号金属组分为硅：7.5％，铁：0.6％，铝：91.9％，所述二号金属的组分为硅：7.9％，锌：0.15％，铜：0.1％，镍：0.1％，镁0.15％，铁：0.6％，铝：91.％；或者所述一号金属组分为硅6.2％、锌：0.6％、铜：0.5％、镍：0.3％、镁：0.2％、铁：0.6％、铝：91.6％，所述二号金属组分为硅：6.2％、锌：0.6％、铜：0.5％、镍：0.3％、镁：0.2％、铁：0.6％、铝：91.6％；或者所述一号金属组分为硅：6.6％，锌：0.4％，铜：0.3％，镍：0.1％，镁0.1％，铁：0.5％，铝：92％，所述二号金属组分为硅：7.6％，锌：0.4％，铜：0.3％，镍：0.1％，镁0.1％，铁：0.5％，铝：91％；
(3)流变压铸：将料勺中的半固态浆料倒入1000T的压铸机中压铸，压铸温度为585℃～595℃，压铸速度为4m/s，系统压力为15MPa，增压压力为28MPa；压铸后得到流变压铸散热壳体。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，一号金属和二号金属的金属锭均为铝合金锭。
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)制浆处理的操作中，熔炼二号金属的过热温度为二号金属液相线以上15℃～18℃。
4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)制浆处理的操作中，吹气搅拌处理的处理时间为30s～65s。
5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)制浆处理的操作中，吹气搅拌处理过程中搅拌棒转速为25～55转/分钟。
6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)制浆处理的操作中，吹气搅拌处理中吹入的惰性气体流速为8～11升/分钟。
7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)制浆处理的操作中，吹气搅拌处理中吹入的惰性气体为氩气；惰性气体流速为10升/分钟。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |