CN106498243A - 一种压铸铝合金散热器专用铝合金材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种压铸铝合金散热器专用铝合金材料,该材料的组分和质量百分比为:Si:9.0%~9.4%,Cu:0.5%~0.75%,Mg:0.35%~0.42%,Mn:0.1%~0.25%,Sn:0.01%~0.023%,Ni:0.03%~0.05%,Ti:0.07%~0.1%,Zn:0.9%~1.2%,Fe:0.9%~1.0%,Pb:0.03%~0.04%,Hg:0.0025%~0.003%,Cd:0.001%~0.0015%,稀土元素RE:0.002%~0.025%,Zr:0.15%~0.20%,余量为Al。该技术方案通过优化铝合金中硅、镁、铁、铜、锌的含量,促使铝合金在散热器中的深腔薄壁压铸件成型容易、粘模减少、耐蚀性能增强,并在铝合金中添加稀土元素和锆元素,去除有害元素和气体,纯净铝液,提高其强度、塑性以及耐压性。

Description

一种压铸铝合金散热器专用铝合金材料及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种铝合金材料及其制备方法,尤其是一种压铸铝合金散热器专用铝合金材料及其制备方法。
背景技术
[0002] 传统散热器多为铸铁和钢制两种材质形式,其导热性能差、重量重、体积大、而且散热表面积小,散热效率低,为了增加散热量,往往通过增加散热单元的数量来增加散热表面积,这样不仅需增加成本,而且增加了散热器的体积,导致安装散热器的空间也必须增加,另外铸铁制成的散热器表面粗糙,表面处理难度大,钢铁制成的散热器焊点多,损耗大,生产效率低,两者的外观形状差,产品档次低,容易被腐蚀,使用寿命不长。因此,开发出整体很轻,选用方便,适应性强,性价比良好的铝合金材质形式的散热器,其外观立体感强,表面电涂喷塑后细腻光洁,新颖美观,具有独特的结构美感,并具有良好的传热性能,优于传统铸铁和钢制散热器,但是其在生产、销售、使用过程中仍存在以下不足,需进一步研究解决:
[0003] 1、随终端市场销售价格的不断下调,其产品单片重量已成各产品市场竞争的核心,所以生产优质材料的超簿翼片压铸铝合金散热器已迫在眉睫;
[0004] 2、压铸铝合金散热器其主导散热方式为对流,其铝材材质性能和设计结构能否可以由压铸工艺完成,已成为压铸铝合金散热器发展的重要瓶颈;
[0005] 3、散热器在使用过程中,长期处于高压状态,产品材质的抗压性能是本产品的重要指标之一;
[0006] 4、产品压铸过程中液态铝合金材质的流动性和整体成型的完整性、表面的光洁度、加工可塑性、抗拉强度、相互牵扯而出现反复循环的热应力均能影响压铸铝合金散热器的产品质量;
[0007] 5、产品在压铸成型后开模过程中因毛坯迅速冷却导致变形严重,严重影响其成品外观和后序的加工。
[0008] 然而,现国内生产散热器用的压铸铝合金牌号为ADC12(ADC12为日本铝合金牌号,又称12号铝料,Al-S1-Cu系合金,是一种压铸铝合金,ADC12相当于中国国产的合金代号YL113,合金牌号是YZAlSillCu3),其各元素含量为:ADC12含铝(Al)余量,铜(Cu) 1.5 % 〜3.5 %,硅(Si) 9.6 % 〜12.0 %,镁(Mg)彡 0.3 %,锌(Zn)彡 1.0 %,铁(Fe) ( 1.VAM (Mn) ( 0.5%,镍(Ni) ( 0.5%,锡(Sn) ( 0.3%,钙(Ca) ( 200ppm,铅(Pb)彡 0.1%,镉(Cd)彡 0.005%。
[0009] 国外生产压铸铝合金的牌号为EN-AB46100,其各元素含量为:EN-AB46100含铝(Al)余量,铜(Cu) 1.5 % 〜2.5 %,硅(Si) 10.0 % 〜12.0 %,镁(Mg)彡 0.3 %,锌(Zn)彡 1.7 %,铁(Fe)彡 0.45 % 〜1.0 %,锰(Mn)彡 0.55 %,镍(Ni)彡 0.45 %,锡(Sn)彡 0.25%,钙(Ca)彡 200ppm,铅(Pb)彡 0.25%,镉(Cd)彡 0.005%。
[0010] 在生产技术和工艺方面,我国压铸铝合金采暖散热器的厂家众多,水平差异较大,但普遍存在的问题有铝合金元素差异大、产品压铸过程中侧翼片成型不好,废品率高。
发明内容
[0011] 有鉴于此,本发明的目的是为了提供一种通过优化铝合金中硅、镁、铁、铜、锌的含量,促使铝合金在散热器中的深腔薄壁压铸件成型容易、粘模减少、耐蚀性能增强,并在铝合金中添加稀土元素和锆元素,去除有害元素和气体,纯净铝液,提高其强度、塑性以及耐压性的一种压铸铝合金散热器专用铝合金材料,以及该钢铝复合型散热器专用铝合金材料的制备方法。
[0012] 为了实现上述目的,本发明采用的技术方案是:
[0013] 一种压铸铝合金散热器专用铝合金材料,该材料的组分和质量百分比为:Si:
9.0 % 〜9.4 %,Cu:0.5 % 〜0.75 %,Mg:0.35 % 〜0.42 %,Mn:0.I % 〜0.25 %,Sn:
0.01 % 〜0.023 %,Ni:0.03 % 〜0.05 %,T1:0.07 % 〜0.1 %,Zn:0.9 % 〜1.2 %,Fe:
0.9%〜1.0%,Pb:0.03%〜0.04%,Hg:0.0025%〜0.003%,Cd:0.001%〜0.0015%,稀土元素 RE:0.002%〜0.025%, Zr:0.15%〜0.20%,余量为 Al。
[0014] 优选地,上述的一种压铸铝合金散热器专用铝合金材料,其中所述稀土元素RE为单一稀土元素或混合稀土元素。
[0015] 优选地,上述的一种压铸铝合金散热器专用铝合金材料的制备方法,其包括如下步骤:
[0016] 第一步:在上述元素比例范围内,选定一组元素比例,再根据需要配制的合金总量,推算出所需的每种单质金属的质量,或者中间合金的质量,编制合金生产配料表,并按配料表选足备料;
[0017] 第二步:往熔炼炉中加入适量的铝锭或熔融铝液,加热使之完全融化并保温;熔化过程在封闭环境内完成;
[0018] 第三步:按配方比例先加入Mg、Mn、Sn、N1、T1、Zn、Fe、Hg、Zr纯金属或Al-Mg、Al-Mn, Al-Sn, Al-N1、Al-T1、Al-Zn, Al-Fe, Al-Hg, Al-Zr 中间合金,搅拌均匀后再加入 Cu、Cd纯金属或Al-Cu、Al-Cd中间合金,再加入S1、Pb和稀土元素RE,搅拌均勾;
[0019] 第四步:对上述合金熔体进行炉内精炼,精炼后进行保温并压铸,进一步进行清理除渣、时效、钝化等处理,获得新型Al合金,并对获得的新型Al合金进行物相分析、组织观察和性能检测。
[0020] 本发明的有益效果主要体现在以下几个方面:
[0021] (I)娃是改善液态招合金流动性的主要元素,从共晶到过共晶都能得到好的流动性,但结晶后析出的硅较粗大,易形成硬点,延伸率降低,切削性变差;镁可提高产品的防腐性、抑制晶粒间的腐蚀,铝镁合金的耐蚀性好,因此ADC5、ADC6是耐蚀性合金,但其凝固范围较大,易产生的热脆性,使压铸件产生裂纹和疏松,难以压铸成型。该技术方案在高硅铝合金中加入适当镁的量,使其既提高铝合金的耐腐蚀性能又不产生热脆性。
[0022] 压铸铝合金中铁含量较低时不易脱模,造成模具使用寿命降低,随着含铁量的增加粘模现象减少,但含铁量太高,会生成针状金属化合物FeAl3,虽然压铸冷速快,析出的晶体很细,对性能影响不大,但给后序机械加工过程中会出现瞬间跳刀现象,并且当含铁量高时,会降低合金流动性,损害铸件的品质,缩短压铸设备中金属组件的寿命。
[0023] 在铝合金中加入一定量的铜,可以明显提高合金的强度与硬度,但Al-Cu化合物相的析出,压铸成型后会收缩,继而膨胀,使铸件尺寸不稳定,若含有杂质锌,高温脆性大,但与汞形成强化相HgZnJlJ对合金产生明显强度作用。
[0024] 该技术方案通过对铝合金中含硅、镁、铁、铜等含量的优化,使铝合金流动性提高,耐腐蚀性增加,不粘模具,同时不降低铝合金的强度,塑性和压铸性能。
[0025] (2)在铝合金中添加一定量的稀土元素RE和锆(Zr)元素可以细化晶粒,去除有害元素和气体,纯净铝液,提高其强度、塑性以及耐压性,并通过加入稀土元素RE和锆(Zr)后,对铝合金组织、性能的变化分析,确定最佳加入量。
具体实施方式
[0026] 为使对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解和认识,用以较佳的实施例详细的说明,说明如下:
[0027] 压铸铝合金中各元素的作用和影响如下:
[0028] 1.硅(Si)
[0029] 硅是大多数压铸铝合金的主要元素。它能改善合金的铸造性能。硅与铝能组成固溶体,在577°C时,硅在铝中的溶解度为1.65%,室温时为0.2%、含硅量至11.7%时,硅与招形成共晶体,提尚合金的尚温造型性,减少收缩率,无热裂倾向,一■兀招基合金有尚的耐蚀性,当合金中含硅量超过共晶成分,而铜、铁等杂质又多时,即出现游离硅的硬质点,使切削加工困难,高硅铝合金对铸件坩祸的熔蚀作用严重。
[0030] 2.铜(Cu)
[0031] 铜和铝组成固溶体,当温度在548°C时,铜在铝中的溶解度应为5.65%,室温时降至0.1 %左右,增加含铜量,能提高合金的流动性,抗拉强度和硬度,但降低了耐蚀性和塑性,热裂倾向增大。
[0032] 3.镁(Mg)
[0033] 在高硅铝合金中加入少量(约0.2〜0.3% )的镁,可提高强度和屈服极限,提高了合金的切削加工性。含镁8%的铝合金具有优良的耐蚀性,但其铸造性能差,在高温下的强度和塑性都低,冷却时收缩大,故易产生热裂和形成疏松。
[0034] 4.锌(Zn)
[0035] 锌在铝合金中能提高流动性,增加热脆性,降低耐蚀性,故应控制锌的含量在规定范围中。至于含锌量很高的ZL401铝合金却具有较好的铸造性能和机械性能,切削加工也比较好。
[0036] 5.铁(Fe)
[0037] 在所有铝合金中都含有害杂质。因铝合金中含铁量太高时,铁以FeAl3、Fe2AlJPAl-S1-Fe的片状或针状组织存在于合金中,降低机械性能,这种组织还会使合金的流动性减低,热裂性增大,但由于铝合金对模具的粘附作用十分强烈,当铁含量在0.6%以下时尤为强烈。当超过0.6%后,粘模现象便大为减轻,故含铁量一般应控制在0.6〜1%范围内对压铸是有好处的,但最高不能超过1.5%。
[0038] 6.锰(Mn)
[0039] 锰在铝合金中能减少铁的有害影响,能使铝合金中由铁形成的片状或针状组织变为细密的晶体组织,故一般铝合金允许有0.5%以下的锰存在。含锰量过高时,会引起偏析。
[0040] 7.镍(Ni)
[0041] 镍在铝合金中能提高合金的强度和硬度,降低耐蚀性。镍与铁的作用一样,能减少合金对模具的熔蚀,同时又能中和铁的有害影响,提高合金的焊接性能。当镍含量在I〜
1.5%时,铸件经抛光能获得光洁的表面。由于镍的来源缺乏,应尽量少采用含镍的铝合金。
[0042] 8.钛(Ti)
[0043] 铝合金中加入微量的钛,能显着细化铝合金的晶粒组织,提高合金的机械性能,降低合金的热裂倾向。
[0044] 该技术方案鉴于上述各元素对铝合金的作用和影响,提供一种压铸铝合金散热器专用铝合金材料,该材料的组分和质量百分比为:S1:9.0%〜9.4%,Cu:0.5%〜0.75%,Mg:0.35 % 〜0.42 %,Mn:0.I % 〜0.25 %,Sn:0.01 % 〜0.023 %,Ni:0.03 % 〜0.05 %,T1:0.07 % 〜0.1 %,Zn:0.9 % 〜1.2 %,Fe:0.9 % 〜1.0 %,Pb:0.03 % 〜0.04 %,Hg:
0.0025 % 〜0.003 %,Cd:0.001 % 〜0.0015 %,稀土元素 RE:0.002 % 〜0.025 %,Zr:
0.15%〜0.20%,余量为 Al。
[0045] 其中稀土元素RE为单一稀土元素或混合稀土元素。
[0046] 硅从共晶到过共晶都能得到好的流动性,但结晶后析出的硅较粗大,易形成硬点,延伸率降低,切削性变差;镁可提高产品的防腐性、抑制晶粒间的腐蚀,铝镁合金的耐蚀性好,因此ADC5、ADC6是耐蚀性合金,但其凝固范围较大,易产生的热脆性,使压铸件产生裂纹和疏松,难以压铸成型。该技术方案在高硅铝合金中加入适当镁的量,使其既提高铝合金的耐腐蚀性能又不产生热脆性。
[0047] 压铸铝合金中铁含量较低时不易脱模,造成模具使用寿命降低,随着含铁量的增加粘模现象减少,但含铁量太高,会生成针状金属化合物FeAl3,虽然压铸冷速快,析出的晶体很细,对性能影响不大,但给后序机械加工过程中会出现瞬间跳刀现象,并且当含铁量高时,会降低合金流动性,损害铸件的品质,缩短压铸设备中金属组件的寿命。
[0048] 在铝合金中加入一定量的铜,可以明显提高合金的强度与硬度,但Al-Cu化合物相的析出,压铸成型后会收缩,继而膨胀,使铸件尺寸不稳定,若含有杂质锌,高温脆性大,但与汞形成强化相HgZnJlJ对合金产生明显强度作用。
[0049] 该技术方案通过对铝合金中含硅、镁、铁、铜等含量的优化,使铝合金流动性提高,耐腐蚀性增加,不粘模具,同时不降低铝合金的强度,塑性和压铸性能。
[0050] 另外,在铝合金中添加一定量的稀土元素RE和锆(Zr)元素可以细化晶粒,去除有害元素和气体,纯净铝液,提高其强度、塑性以及耐压性,并通过加入稀土元素RE和锆(Zr)后,对铝合金组织、性能的变化分析,确定最佳加入量。
[0051] 另外,该钢铝复合型散热器专用铝合金材料的制备方法,其包括如下步骤:
[0052] 第一步:在上述元素比例范围内,选定一组元素比例,再根据需要配制的合金总量,推算出所需的每种单质金属的质量,或者中间合金的质量,编制合金生产配料表,并按配料表选足备料;
[0053] 第二步:往熔炼炉中加入适量的铝锭或熔融铝液,加热使之完全融化并保温;熔化过程在封闭环境内完成;
[0054] 第三步:按配方比例先加入Mg、Mn、Sn、N1、T1、Zn、Fe、Hg、Zr纯金属或Al-Mg、Al-Mn, Al-Sn、Al-N1、Al-T1、Al_Zn、Al_Fe、Al_Hg、Al-Zr 中间合金,搅拌均匀后再加入 Cu、Cd纯金属或Al-Cu、Al-Cd中间合金,再加入S1、Pb和稀土元素RE,搅拌均勾;
[0055] 第四步:对上述合金熔体进行炉内精炼,精炼后进行保温并压铸,进一步进行清理除渣、时效、钝化等处理,获得新型Al合金,并对获得的新型Al合金进行物相分析、组织观察和性能检测。
[0056] 以上所述技术方案所获得的该新型铝合金材料性能数据如下:
[0057] 1、铝合金拉伸强度(均值,下同):228Mpa
[0058] 2、硬度:74.1HB
[0059] 3、延伸率:1.4%
[0060] 4、产品金属热强度:彡1.8ff/kg.k
[0061] 5、产品工作压力<1.2MPa
[0062] 以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (3)

1.一种压铸铝合金散热器专用铝合金材料,其特征在于,该材料的组分和质量百分比为:S1:9.0 % 〜9.4 %,Cu:0.5 % 〜0.75 %,Mg:0.35 % 〜0.42 %,Mn:0.I % 〜0.25 %,Sn:0.01%〜0.023%, Ni:0.03%〜0.05%, Ti:0.07%〜0.1%, Zn:0.9%〜1.2%, Fe:0.9%〜1.0%,Pb:0.03%〜0.04%,Hg:0.0025%〜0.003%,Cd:0.001%〜0.0015%,稀土元素 RE:0.002%〜0.025%, Zr:0.15%〜0.20%,余量为 Al。
2.根据权利要求1所述的一种压铸铝合金散热器专用铝合金材料,其特征在于,所述稀土元素RE为单一稀土元素或混合稀土元素。
3.一种如权利要求1或2所述的一种压铸铝合金散热器专用铝合金材料的制备方法,其特征在于,包括如下步骤: 第一步:在上述元素比例范围内,选定一组元素比例,再根据需要配制的合金总量,推算出所需的每种单质金属的质量,或者中间合金的质量,编制合金生产配料表,并按配料表选足备料; 第二步:往熔炼炉中加入适量的铝锭或熔融铝液,加热使之完全融化,熔化过程在封闭环境内完成; 第三步:按配方比例先加入Mg、Mn、Sn、N1、T1、Zn、Fe、Hg、Zr纯金属或Al_Mg、Al-Mn、Al-Sn、Al-N1、Al-T1、Al-Zn、Al-Fe、Al-Hg、Al-Zr 中间合金,搅拌均匀后再加入 Cu、Cd 纯金属或Al-Cu、Al-Cd中间合金,再加入S1、Pb和稀土元素RE,搅拌均勾; 第四步:对上述合金熔体进行炉内精炼,精炼后进行保温并压铸,进一步进行清理除渣、时效、钝化等处理,获得新型Al合金,并对获得的新型Al合金进行物相分析、组织观察和性能检测。
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