CN105296818A - 一种铝合金及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铝合金及其制备方法和应用。以重量百分比计,本发明的铝合金含有硅4-9%,铜0.5-1.5%,铁0.3-1%,稀土元素0-0.1%,钛0-0.3%,镁0-0.5%,硼0-0.05%,锰0-0.1%,锆0-0.1%,铬0-0.1%,锌0-10%,锶0-0.05%,锂0-0.1%,钒0-0.005%和铝77.095-95.2%。本发明提供的铝合金显示出良好的综合机械性能,不仅具有较高的强度和硬度,而且具有较高的延伸率,能够加工成具有各种形状和厚薄的结构元件。更重要的是,本发明提供的铝合金具有良好的导热性能。本发明提供的铝合金适于作为对导热性能要求较高的结构材料,特别是作为电子产品的结构件。
Description
技术领域
本发明涉及一种铝合金及其制备方法和应用。
背景技术
铝合金加工性能好,尤其是亚共晶铝硅合金,不仅加工性能好,而且比重轻,表面美观且耐腐蚀,铸造性能好,制品综合力学性能好,热处理后强度可以大幅度提高,是优良的铸造铝合金,可用于制作形状复杂的部件,在许多领域中得到广泛应用。随着电子产品向轻薄化和多功能化的方向发展,对散热性能的要求越来越高,因此,高热导率铸造铝合金具有重要的应用前景。
电子产品通常需要复杂精密的结构件,因此压铸合金成为常用的结构件。然而,目前最常用的压铸铝合金是ADC12,该合金具有良好的铸造性能、机械强度及耐蚀性能,因此得到广泛应用。但该合金的热导率较低,只有92W/(m·K),不能满足现有电子产品散热要求。
综上,开发一种既具有优良的机械性能又具有高导热系数的铸造铝合金具有重要应用价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铝合金,该铝合金不仅具有良好的综合机械性能,而且具有高的导热性能。
根据本发明的第一个方面,本发明提供了一种铝合金,以该铝合金的总量为基准,以重量百分比计,该铝合金含有以下元素:
根据本发明的第二个方面,本发明提供了一种铝合金,以该铝合金的总量为基准,以重量百分比计,该铝合金含有以下元素:
根据本发明的第三个方面,本发明提供了一种铝合金的制备方法,该方法包括将铝合金原料先后进行熔炼和铸造,其中,所述铝合金原料的组成使得得到的铝合金为本发明提供的铝合金。
根据本发明的第四个方面,本发明提供了所述铝合金作为导热结构材料的应用。
本发明提供的铝合金显示出良好的综合机械性能,不仅具有较高的强度和硬度,而且具有较高的延伸率,同时还具有良好的铸造性能。本发明的铝合金通过压铸工艺能够被加工成具有各种形状和厚薄的结构元件。更重要的是,本发明提供的铝合金具有良好的导热性能,导热系数一般为110W/(m·K)以上,优选条件下能够达到130W/(m·K)以上,甚至能够达到140W/(m·K)以上。
本发明提供的铝合金适于作为对导热性能要求较高的结构材料,特别是作为电子产品的结构件。
具体实施方式
根据本发明的铝合金,以该铝合金的总量为基准,以重量百分比计,该铝合金含有以下元素:
本发明的铝合金含有硅元素(Si)。硅元素的主要作用是改善铝合金的流动性,此外,硅晶粒的化学稳定性好且具有较高的硬度(HV870-1050),随铝合金中硅元素含量的增加,能够提高合金的抗拉强度及硬度,使铝合金具有比纯铝更高的耐蚀性和耐磨性。但是,铝合金中硅元素含量过高时,对铝合金的导热性能产生不利影响。根据本发明的铝合金,以铝合金的总量为基准,以重量百分比计,硅元素的含量为4-9%,优选为5-7%。
本发明的铝合金含有铜元素(Cu)。铜元素在铝合金中主要用于改善机械强度及抗腐蚀性能。Cu加入到Al-Si合金中会形成α固溶体、CuAl2和Si相。α相分别与CuAl2和Si构成两相共晶体,同时这三个相又可共同构成三相共晶体。当铜作为强化相固溶于铝基体中或以颗粒状化合物存在时,可显著提高铝合金的强度和硬度。但是,过量铜会降低铝合金的导热性能。根据本发明的铝合金,以铝合金的总量为基准,以重量百分比计,铜元素的含量为0.5-1.5重量%。
本发明的铝合金含有铁元素(Fe)。铁最主要的有益作用是减少粘模,与Si和Al形成Al-Si-Fe系晶析物,有助于分散强化。以铝合金的总量为基准,以重量百分比计,铁元素的含量为0.3%以上时,可以发挥上述效果。优选地,以铝合金的总量为基准,以重量百分比计,铁元素的含量为0.5%以上。但是,在铁元素的含量过高时,则会对铝合金的机械性能和导热性能产生不利影响。根据本发明的铝合金,以铝合金的总量为基准,以重量百分比计,铁元素的含量为1%以下,优选为0.9%以下。
在铝合金中添加稀土元素(RE)可以细化晶粒,减少气体和夹杂,改善流动性和铸造工艺性。根据本发明的铝合金优选含有稀土元素。一般地,以铝合金的总量为基准,以重量百分比计,稀土元素的含量为0.01%以上。但是,在铝合金中稀土元素的含量过高时,会对铝合金的机械强度和导热性能产生不利影响。根据本发明的铝合金,以铝合金的总量为基准,以重量百分比计,稀土元素的含量为0.1%以下,优选为0.08%以下,更优选为0.05%以下。本发明对于所述稀土元素的种类没有特别限定,所述稀土元素可以为Y、Sc、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu中的一种或两种以上。
在铝合金中引入少量镁(Mg)可以细化晶粒,显著提高合金强度、硬度,减少粘模的倾向,使压铸件表面光滑。根据本发明的铝合金优选含有镁元素。一般地,以铝合金的总量为基准,以重量百分比计,镁元素的含量为0.05%以上,优选为0.1%以上。但是,过量镁元素的存在会明显降低铝合金的导热性能。根据本发明的铝合金,以铝合金的总量为基准,以重量百分比计,镁元素的含量为0.5%以下,优选为0.4%以下。
在铝合金中引入少量锶元素(Sr)和/或钛元素(Ti)可以起到细化晶粒的作用,改善铝合金的塑性变形能力。根据本发明的铝合金优选含有锶元素和/或钛元素。一般地,以铝合金的总量为基准,以重量百分比计,锶元素的含量为0.005%以上,优选为0.01%以上。以铝合金的总量为基准,以重量百分比计,锶元素的含量为0.05%以下,优选为0.03%以下,更优选为0.02%以下。以铝合金的总量为基准,以重量百分比计,钛元素的含量为0.05%以上,优选为0.1%以上。以铝合金的总量为基准,以重量百分比计,钛元素的含量为0.3%以下,优选为0.2%以下。
在铝合金中引入少量硼元素(B)也可以起到细化晶粒的作用,同时还能进一步改善铝合金的导热性能。根据本发明的铝合金优选含有硼元素。一般地,以铝合金的总量为基准,以重量百分比计,硼元素的含量为0.005%以上,优选为0.01%以上。以铝合金的总量为基准,以重量百分比计,硼元素的含量为0.05%以下,优选为0.03%以下,更优选为0.02%以下。
在铝合金中引入适量的锌元素(Zn)能够改善铝合金的机械性能和铸造性能。根据本发明的铝合金优选含有锌元素。一般地,以铝合金的总量为基准,以重量百分比计,锌元素的含量为0.1%以上,优选为0.5%以上。但是,过量锌元素的存在会对铝合金的导热性能产生不利影响。以铝合金的总量为基准,以重量百分比计,锌元素的含量为10%以下,优选为8%以下。
优选地,以铝合金的总量为基准,以重量百分比计,本发明的铝合金含有选自稀土元素、镁、锶、钛、锌和硼中的一种或两种以上元素。更优选地,以铝合金的总量为基准,以重量百分比计,本发明的铝合金含有以下元素中的一种或两种以上,
在铝合金中引入铬(Cr)和锆(Zr)也能起到细化晶粒的作用,但是铬和锆会对铝合金的导热性能产生不利影响。根据本发明的铝合金,以铝合金的总量为基准,以重量百分比,铬元素的含量为0.1%以下,优选为0.05%以下,更优选为0.02%以下,进一步优选为0.01%以下。根据本发明的铝合金,以铝合金的总量为基准,以重量百分比,锆元素的含量为0.1%以下,优选为0.05%以下。
根据本发明的铝合金,以铝合金的总量为基准,以重量百分比计,锂元素的含量为0.1%以下,优选为0.05%以下,更优选为0.02%以下。根据本发明的铝合金,以铝合金的总量为基准,以重量百分比,钒元素的含量为0.005%以下。根据本发明的铝合金,以铝合金的总量为基准,以重量百分比计,铝合金中锰元素的含量为0.1%以下,优选为0.08%以下,更优选为0.05%以下,进一步优选为0.03%以下。
根据本发明的铝合金允许存在少量其它金属元素,如Na、K、Be、Ca、Ba、Ga、In、Ge、Sn、Sb、Bi、Nb、Mo、W、Tc、Ru、Ni、Pd、Pt、Ag和Au中的一种、两种或三种以上。以铝合金的总量为基准,以重量百分比计,上述其它金属元素的总量一般不高于1%,优选不高于0.5%,更优选不高于0.2%。所述其它金属元素一般来源于制备合金时合金原料中的杂质。
根据本发明的铝合金,铝元素(Al)的含量可以随合金元素的量进行调整。
根据本发明的铝合金的一个优选实例中,以该铝合金的总量为基准,以重量百分比计,该铝合金含有以下元素:
根据该优选的实例,所述铝合金可以含有上述其它金属元素中的一种或两种以上,也可以不含有上述其它金属元素。
可以采用常用的各种方法来制备本发明的铝合金。具体地,可以将铝合金原料先后进行熔炼和铸造,其中,所述铝合金原料的组成使得得到的铝合金为本发明的铝合金。
根据预期的铝合金组成来确定铝合金原料的组成的方法是本领域所公知的,本文不再详述。
本发明提供的铝合金不仅具有良好的综合机械性能,屈服强度能够达到150MPa以上,一般在150-190MPa之间,延伸率能够达到2%以上,一般在2-5%之间;而且具有优异的导热性能,导热系数能够达到110W/(m·K)以上,优选条件下在135-165W/(m·K)之间。
本发明的铝合金特别适于作为导热结构材料,如各种电子产品的结构件。
以下结合实施例详细说明本发明,但不因此限定本发明的范围。
以下实施例和对比例中,分别采用以下方法测定制备的铝合金的硬度、屈服强度、延伸率和导热系数。
(1)硬度:采用维式硬度计,将直径为12.7mm且厚度为3mm的铝合金圆片在压入力为3kg,保压时间为15s下,测试3次以上,取得到的数据的平均值为该铝合金的硬度,单位HV。
(2)拉伸性能:根据ISO6892-1中规定的测试方法,采用万能力学试验机进行拉伸试验,得到屈服强度和延伸率,其中,屈服强度为产生0.2%残余变形的屈服极限,延伸率为断裂延伸率。
(3)导热系数:根据ASTME1461-07中规定的测试方法,采用激光闪射法对直径为12.7mm且厚度为3mm的铝合金圆片进行测试。
实施例1-15用于说明本发明。
实施例1
按照表1的组成配制铝合金原料。将铝合金原料熔炼铸锭,得到的铸锭在160T冷式压铸机上进行金属型铸造,从而得到本发明的铝合金的压铸体。其中,熔汤温度为750℃,压射速度为2m/s,模具温度为200℃,铸件尺寸为200mm×30mm×3mm。
测定制备的铝合金的表面硬度、导热系数、屈服强度以及延伸率,结果在表2中列出。
实施例2-15
采用与实施例1相同的方法制备铝合金的压铸体,不同的是,按照表1的组成配制铝合金原料。
测定制备的铝合金的表面硬度、导热系数、屈服强度以及延伸率,结果在表2中列出。
对比例1-12
采用与实施例1相同的方法制备铝合金的压铸体,不同的是,按照表1的组成配制铝合金原料。
测定制备的铝合金的表面硬度、导热系数、屈服强度以及延伸率,结果在表2中列出。
表2的结果显示,根据本发明的铝合金不仅具有良好的综合机械性能,而且具有高的导热性能。
将实施例1与对比例3进行比较可以看出,在铝合金中硅元素含量较高时,铝合金的导热性能不佳。
将实施例1与对比例4和6进行比较可以看出,在铝合金中铜元素含量过低时,铝合金的机械性能不佳;反之,则对铝合金的导热性能产生不利影响。
将实施例1与对比例5和12进行比较可以看出,在铝合金中铁元素含量过低时,铝合金的机械性能不佳;反之,则对铝合金的导热性能产生不利影响。
将实施例1、5、12和15与对比例7进行比较可以看出,铝合金中锰元素的存在对铝合金的导热性能具有负面影响,应当控制铝合金中锰元素的含量。将实施例7和8与对比例9进行比较可以看出,在铝合金中引入钒元素对铝合金的导热性能具有不利影响,应当控制铝合金中钒元素的含量。将实施例1和9与对比例10进行比较看出,锂元素的存在对铝合金的导热性能具有负面影响,应当控制铝合金中锂元素的含量。将实施例2、6和7与对比例8进行比较可以看出,在铝合金中引入铬元素对铝合金的导热性能具有不利影响,应当控制铝合金中铬元素的含量。
Claims (10)
1.一种铝合金,以该铝合金的总量为基准,以重量百分比计,该铝合金含有以下元素:
2.一种铝合金,以该铝合金的总量为基准,以重量百分比计,该铝合金含有以下元素:
3.根据权利要求1或2所述的铝合金,其中,以该铝合金的总量为基准,以重量百分比计,该铝合金中锰元素的含量为0.08%以下。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的铝合金,其中,以该铝合金的总量为基准,以重量百分比计,该铝合金中锂元素的含量为0.05%以下,优选为0.02%以下。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的铝合金,其中,以该铝合金的总量为基准,以重量百分比计,该铝合金中铬元素的含量为0.05%以下,优选为0.01%以下。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的铝合金,其中,以该铝合金的总量为基准,以重量百分比计,该铝合金中锆元素的含量为0.05%以下。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的铝合金,其中,以该铝合金的总量为基准,以重量百分比计,该铝合金含有选自稀土元素、镁、锶、钛、锌和硼中的一种或两种以上元素。
8.根据权利要求7所述的铝合金,其中,以该铝合金的总量为基准,以重量百分比计,该铝合金含有以下元素中的一种或两种以上,
9.一种铝合金的制备方法,该方法包括将铝合金原料先后进行熔炼和铸造,其中,所述铝合金原料的组成使得得到的铝合金为权利要求1-8中任意一项所述的铝合金。
10.权利要求1-8中任意一项所述的铝合金作为导热结构材料的应用。
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