CN105177368A

CN105177368A - 高导热高导电的压铸稀土铝合金及其制备方法

Info

Publication number: CN105177368A
Application number: CN201510484485.0A
Authority: CN
Inventors: 李良喜
Original assignee: Gao'an Jinliangxuan Science & Technology Co Ltd
Current assignee: Gao'an Jinliangxuan Science & Technology Co Ltd
Priority date: 2015-08-10
Filing date: 2015-08-10
Publication date: 2015-12-23

Abstract

本发明公开了高导热高导电的压铸稀土铝合金及其制备方法，该铝合金包括如下组分：Si:0.5～2.0wt%，Cu:0.001～0.05wt%，Fe:0.2～0.6wt%，Mn:0.001～0.50wt%，Mg:0.8～3.0wt%，Zn:0.07～0.15wt%，B:0.001～0.05wt%，La:0.05～0.20wt%，Y:0.05～0.2wt%，Ce:0.05～0.2wt%，余量为Al和不超过0.1wt%的杂质。该铝合金的铸造性能良好，导热、导电性能优良，耐腐蚀性能优良，机械性能中等。可应用于3C手机、笔记本电脑外壳、通讯、照明、交通轨道、民用五金等领域。

Description

高导热高导电的压铸稀土铝合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及金属材料技术领域，具体涉及一种高导热高导电的压铸稀土铝合金及其制备方法。

背景技术

铝合金是以铝为基体加入其他元素组成的合金，是结构工程中最常用的材料，具有比重小、传热性好、导电性好、环保、可回收循环利用等特点，被广泛应用于3C、汽车交通运输，家居、航空航天、化工和火箭等各个领域。

现有的压铸（铸造）铝合金中，最常见的为铝硅合金、铝硅铜合金，其中铝-硅类合金占多数。这类合金的压铸性能优良，但机械性能一般，导热、导电性能较差，其导热系数一般不超过100W/m.k，电导率为15ms/m左右，对发热较大导热要求较高，导电要求的产品，如照明、3C和通讯产品、汽车交通等领域的产品，普通压铸铝合金已无法满足应用要求。因此迫切需要研发一种新型压铸铝合金解决这一问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高导热高导电的压铸稀土铝合金及其制备方法，该铝合金的铸造性能良好，导热、导电性能优良，耐腐蚀性能优良，机械性能中等。

为实现上述目的，本发明的技术方案是

一种高导热高导电的压铸稀土铝合金，包括如下组分：

Si:0.5～2.0wt%，

Cu:0.001～0.05wt%，

Fe:0.2～0.6wt%，

Mn:0.001～0.50wt%，

Mg:0.8～3.0wt%，

Zn:0.07～0.15wt%，

B:0.001～0.05wt%，

La:0.05～0.20wt%，

Y:0.05～0.2wt%，

Ce:0.05～0.2wt%，

余量为Al和不超过0.1wt%的杂质。

优选地，Mg与Si的重量比在1.73以下。

进一步地，上述杂质包括V、Cr、Ni、Pb和Ti。

一种高导热高导电的压铸稀土铝合金的制备方法，包括以下步骤：

（1）将纯铝、纯镁、纯锌、铝铜合金、铝铁合金、铝硅合金、铝硼合金、铝锰、镁镧铈合金、镁钇合金预热至150～200℃；

（2）将经步骤（1）处理后的纯铝、纯镁、纯锌、铝铜合金、铝铁合金、铝硅合金、铝锰加入熔炉并全部熔化，熔化温度保证在740～760℃，充分搅拌均匀，搅拌时间为10～15min；

（3）在步骤（2）所获熔体中依次添加除渣剂和用于去除杂质气体的精炼剂；

（4）将步骤（3）所获熔体扒渣静置，让温度保持在700～730℃，而后加入经步骤（1）处理后的铝硼合金、镁镧铈合金、镁钇合金，充分搅拌并充分熔化后，通入氩气精炼10～20min，扒渣；

（5）将步骤（4）所获熔体静置降温至680～700℃后，浇注成锭，获得所述高导热高导电的压铸稀土铝合金。

优选地，步骤（3）中所述的除渣剂和精炼剂的添加量均为步骤（2）所获熔体质量的0.5%。

优选地，所述的除渣剂成分包括硅酸盐；所述的精炼剂为无钠精炼剂，成分包括氯化镁或和氯化钾。

本合金系属于Al-Mg-Si合金系列，是一种中等强度导热、导电压铸稀土铝合金系列。该系列合金主要合金元素为Si、Mg，其主要强化相为Mg₂Si。

本发明在合金中添加了含量为0.001～0.05wt%的B。在纯金属中加入各种合金元素都会降低材料的导热、导电性能，因为不同金属的自由电子不一致，导致晶格畸变，电子运动受限。提升材料强度最有效途径之一是合金化形成强化相固溶体，随着强化相合金元素成分含量的增加，材料强度越高，强化相越多，但电子运动能力受到限制，电子自由程越小，材料的导热、导电性能降低；在合金材料中的V、Ti、Cr、Mn、Ni等过渡族元素在合金中固溶时，这些元素很容易被吸收材料内的自由电子以填充它们不完整的电子层。这种传导电子数目的减少导致热导率降低，它们的存在严重降低了材料的导电、导热性能，必须加以严格控制，B的加入能够与它们形成高熔点难熔化合物沉淀出来，从而降低了影响，获得优良的导热、导电性能；

本发明在合金中添加了稀土元素，含量为0.05～0.20wt%的La和0.05～0.20wt%的Ce。加入稀土可以提高合金材料的导热、导电性能，加入稀土能够与材料中的Si、Fe形成多元化合物，减少Si、Fe在铝中的固溶量，使导热、导电性能有显著提高。其次稀土加入铝合金中有明显的净化，除气和大幅度减少针孔的作用，铝液中的气体主要是氢，占铝液气体中的85%，氢在铝铸件中造成疏松、针孔。试验证明，在铝合金中添加0.1%稀土，除氢效果相当于加0.3%的铝合金无毒精炼剂。另外，在铝合金中添加稀土还将起到减少氧化夹杂的作用，从而可以提高综合性能，尤其疏松和针孔率的减少势必显著提升导热、导电性能；含量0.05～0.20wt%的Y，具有固溶强化作用，在合金中生产固溶强化相，有利于进一步提升合金的机械性能。

本发明在合金中添加了含量为0.2～0.6wt%的Fe，可以减少压铸时粘模；并且Fe对导电、导热影响相对较小。

本发明在合金中添加了Mn，含量0.5%以内的Mn，可以提升材料的机械性能、耐腐蚀性能；当含量>0.5%以后，Mn对导热、导电性能影响较大，导热导电性能线性下降。因此，本发明Mn的含量为0.001～0.50wt%。

本发明中Mg与Si的重量比可以在1.73以下，则硅对Mg₂Si在铝中的固溶度没有影响，可得到较高强度的合金。Si过剩有利于提升合金抗拉强度，获得尽可能多Mg₂Si固溶强化相。从而获得高强度的合金。

本发明的导热、导电压铸稀土铝合金具有强度高，具有铸造性能好，导热、导电性能优良，耐腐蚀性能好等特点,σ_b（抗拉强度）=220~270MPa，σ_S（屈服强度）=140~190MPa，δ（延伸率）=10~18%，导热系数：λ=120~160W/m.k、电导率σ=20~30ms/m)，是照明、3C、通讯和汽车等领域导热产品的理想材料。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本发明具体实施的技术方案是：

实施例1

将纯铝（A00铝）、铝硅合金(AlSi12)、铝铁合金(AlFe10)、纯镁(99.9)、铝铜合金（Al-50Cu)、纯锌（99.95）、铝硼合金(AlB3)、铝锰（Al-Mn10）、纯锌、镁镧铈（Mg-LaCe）、镁钇（Mg-25Y）经配料计算、熔炼和浇注，最终制得的合金主要元素的含量如下所示：

Si：0.5wt%，

Cu：0.005wt%，

Fe：0.32wt%，

Mn：0.04wt%，

Mg：0.8wt%，

Zn：0.08wt%，

B：0.005wt%，

La：0.098wt%，

Ce：0.052wt%，

Y：0.05wt%，

剩余为Al和不超过0.1wt%的杂质。

测试室温性能如下：

σ_b（抗拉强度）=221MPa，σ_S（屈服强度）=140MPa，δ（延伸率）=17.6%。导热系数：λ=162w/m.k，电导率：σ=29.5ms/m。

实施例2

Si：1.1wt%，

Cu：0.008wt%，

Fe：0.52wt%，

Mn：0.1wt%，

Mg：1.6wt%，

Zn：0.10wt%，

B：0.009wt%，

La：0.126wt%，

Ce：0.08wt%，

Y：0.09wt%，

剩余为Al和不超过0.1wt%的杂质。

测试室温性能如下：

σ_b（抗拉强度）=238MPa，σ_S（屈服强度）=155MPa，δ（延伸率）=16%。导热系数：λ=146w/m.k，电导率：σ=25.6ms/m。

实施例3

Si：1.6wt%，

Cu：0.02wt%，

Fe：0.50wt%，

Mn：0.25wt%，

Mg：2.5wt%，

Zn：0.10wt%，

B：0.015wt%，

La：0.15wt%，

Ce：0.09wt%，

Y：0.13wt%，

剩余为Al和不超过0.1wt%的杂质。

测试室温性能如下：

σ_b（抗拉强度）=255MPa，σ_S（屈服强度）=168MPa，δ（延伸率）=12.3%。导热系数：λ=134w/m.k，电导率：σ=23.9ms/m。

实施例4

Si：2.0wt%，

Cu：0.05wt%，

Fe：0.58wt%，

Mn：0.45wt%，

Mg：3.0wt%，

Zn：0.15wt%，

B：0.035wt%，

La：0.20wt%，

Y：0.18wt%，

Ce：0.20wt%，

剩余为Al和不超过0.1wt%的杂质。

测试室温性能如下：

σ_b（抗拉强度）=272MPa，σ_S（屈服强度）=188MPa，δ（延伸率）=9.8%，导热系数：λ=122w/m.k，电导率：σ=20.3ms/m。

本发明高导热高导电的压铸稀土铝合金的制备方法，包括以下步骤：

步骤（3）中所述的除渣剂和精炼剂的添加量均为步骤（2）所获熔体质量的0.5%。

所述的除渣剂成分包括硅酸盐；所述的精炼剂为无钠精炼剂，成分包括氯化镁或和氯化钾。

本发明是以普通压铸铝合金常用的元素进行了优选科学组合，同时加上微量稀土元素合金化技术，需严格按照下述四原则进行处理：

（1）严格控制材料中对强度影响较大的杂质元素；

（2）保证对合金铸造性能良好效果的元素含量，再辅以添加适量的轻重稀土元素组合，轻稀土除去金中的氢、氧、硫、氮、氯等非金属杂质和铁、钴、铜、镍等金属杂质以及氧化物夹渣，进一步提升合金材料的铸造性能，利用重稀土元素的固溶强化作用，在合金中产生固溶强化相，进一步提升合金的机械性能。

（3）严格控制对材料导热、导电影响较大的V、Ti、Ni、Cr和Mn元素；V、Cr、Ni、Pb和Ti总重量占合金的重量比不得超过0.1%。

（4）在保证一定强度要求下，尽可能减少Si、Mg两种元素的含量，减少固溶强化相的形成，以获得高导热、导电合金。

本发明具有以下有益效果：

（1）合金具有高的导热、导电性能；

（2）合金具有良好的铸造性能；

（3）在保证（1）、（2）的条件下，添加轻稀土元素，除去合金中夹气夹杂，从而获得中等强度，导热、导电性能优良的压铸稀土铝合金。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种高导热高导电的压铸稀土铝合金，其特征在于，包括如下组分：

Si:0.5～2.0wt%，

Cu:0.001～0.05wt%，

Fe:0.2～0.6wt%，

Mn:0.001～0.50wt%，

Mg:0.8～3.0wt%，

Zn:0.07～0.15wt%，

B:0.001～0.05wt%，

La:0.05～0.20wt%，

Y:0.05～0.2wt%，

Ce:0.05～0.2wt%，

余量为Al和不超过0.1wt%的杂质。

2.根据权利要求1所述的高导热高导电的压铸稀土铝合金，其特征在于，Mg与Si的重量比在1.73以下。

3.根据权利要求2所述的高导热高导电的压铸稀土铝合金，其特征在于，上述杂质包括V、Cr、Ni、Pb和Ti。

4.权利要求1-3任一项所述的高导热高导电的压铸稀土铝合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的高导热高导电的压铸稀土铝合金的制备方法，其特征在于，步骤（3）中所述的除渣剂和精炼剂的添加量均为步骤（2）所获熔体质量的0.5%。

6.根据权利要求5所述的高导热高导电的压铸稀土铝合金的制备方法，其特征在于，所述的除渣剂成分包括硅酸盐；所述的精炼剂为无钠精炼剂，成分包括氯化镁或和氯化钾。