CN106811630B - 一种铝合金及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及铝合金领域，公开了一种铝合金及其制备方法和应用，本发明的铝合金，以重量百分比计，该铝合金含有9‑12%的Si，1‑2.5%的Zn，0.6‑1.5%的Mg，0.3‑1%的Mn，0.5‑1%的Fe，0‑0.5%的添加元素，以及73.7‑90%的铝；所述添加元素为Ti、Zr、Cr、Cu、Bi、Ni和Sr中的至少一种。通过上述配比，本发明的铝合金具备良好铸造性能，优异力学性能，同时还具备高导热率。

Description

一种铝合金及其制备方法和应用

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

压铸铝合金广泛应用于通讯、家电、五金、电动工具、玩具、门饰等领域，随着现在行业特别是电子行业中对集成电路的散热问题的研究的深入、汽车及家电行业中对发热盘、散热器等要求的提高，以及近年来PC等电子电器产品趋向高速化、小型化，目前所用材料已经难以满足产品的实际使用要求，研发高强导热的压铸铝合金材料成为一种发展趋势。

在压铸铝合金中，强度与导热性之间相互矛盾，纯铝的导热性能很好，强度很低，往往通过添加大量增强元素，如硅、镁、铜、锌等以获得较好的强度和流动性，然而大量元素的添加降低了合金的导热性能。目前最常用的压铸铝合金为ADC12，成分配方为Al Si9.6~11Cu1.5~3.5Fe1.3Zn1Mg0.3，其在铸态下热导率约为96W/(m·k)，屈服强度在170MPa，公开号为CN104264017A的专利公开了一种成分为Al Si10.5Co0.1Fe0.2B0.01Ti0.05的压铸铝合金，热导率可达160W/(m·k)，可屈服强度不到100MPa。总之，压铸铝合金强度及热导率与铝镁硅系变形铝合金还有一定差距。因此提升铸造铝合金的强度及热导率，实现加工成本较低的压铸工艺代替加工成本加工的挤压成型工艺，获得强度好，导热性能好，成本低廉的铝合金铸件越来越为行业所需要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具备良好铸造性能，优异力学性能，同时还具备高导热率的铝合金。

为了实现上述目的，根据本发明的第一个方面，本发明提供了一种铝合金，其中，以重量百分比计，该铝合金含有9-12%的Si，1-2.5%的Zn，0.6-1.5%的Mg，0.3-1%的Mn，0.5-1%的Fe，0-0.5%的添加元素，以及73.7-90%的铝；所述添加元素为Ti、Zr、Cr、Cu、Bi、Ni和Sr中的至少一种。

根据本发明的第二个方面，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进行熔炼，冷却后得到铝合金，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。

根据本发明的第三个方面，本发明提供了所述铝合金作为导热结构材料的应用。

本发明的发明人通过大量的实验尝试，得出了一组合理的铝合金元素配比，该配比的铝合金能达到了200Mpa以上的屈服强度和130W/(m·k)以上的热导率。

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。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明提供了一种铝合金，其中，以重量百分比计，该铝合金含有9-12%的Si，1-2.5%的Zn，0.6-1.5%的Mg，0.3-1%的Mn，0.5-1%的Fe，0-0.5%的添加元素，以及73.7-90%的铝；所述添加元素为Ti、Zr、Cr、Cu、Bi、Ni和Sr中的至少一种。

从进一步提升得到的铝合金的强度和热导率来考虑，优选地，以重量百分比计，该铝合金含有10.5-11.5%的Si，1.5-2.5%的Zn，0.7-1.5%的Mg，0.3-1%的Mn，0.5-1%的Fe，0-0.5%的添加元素，以及73.7-90%的铝。

本发明中，Si是改善流动性能的主要成份，9~12%的硅添加能得到最好的流动性，同时，硅还可改善强度；Zn在铝合金中的溶解度大，1~2.5%含量的Zn能起到较好的固熔强化及增加塑性的作用，同时不降低导热性能；Mg在铝合金中起重要强化作用，1%左右的Mg元素添加，能有效提升20~40MPa屈服强度，但是过多的Mg添加导致热脆性，铸件易产生裂纹，难以铸造，而Mn元素能较好中和Mg的降低塑性的不良作用，缓解Mg元素带来的脆性问题，少量Fe的添加主要防止铝合金在压铸产品时粘模，微量Ti、Zr、Cr、Cu、Bi、Ni和Sr元素的对细化晶粒，净化晶界起补充作用。

在本发明中，所述Mn和所述Mg的重量比为0.4-0.6。本发明的发明意外的发现，本发明的发明人通过大量实验验证，只要Mn和Mg的含量在上述范围内就可以解决Mg带来的热脆性，本发明的发明人还发现，若锰含量过高，会生成Al-Si-Fe-Mn四元化合物形成硬质点，增强合金塑性的效果大为减弱，同时也降低合金导热性。所以为了更进一步的提高合金的塑性及导热性，本发明进一步优选地，所述锰镁的重量比为0.4-0.67。

在本发明中，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铸造性能，屈服强度能够达到200MPa以上，拉伸强度能够达到300MPa以上，延伸率能够达到3%以上；而且具有优异的导热性能，热导率能够达到130W/(m·K)以上。

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。

以下实施例的表1中是铝合金中各物质的质量含量，铝合金的总质量为100，除了表1中的物质，余量是铝。

以下实施例和对比例中所有样品均按照GBT 228.1-2010，采用型号为CMT5105的电子万能试验机进行拉伸性能（屈服强度、拉伸强度以及延伸率）测试，其中，标距为50mm，加载速率为1mm/min。另外，采用型号为LFA-447的导热系数测试仪（德国耐驰）进行热导率测试，在温度23℃、湿度65%RH下进行测试。

实施例1

按照表1的组成配制铝合金原料。将铝合金原料熔炼成铸锭，得到的铸锭在160T冷式压铸机上进行金属铸造成型，从而得到本发明的铝合金的压铸件。其中，熔汤温度为690℃，压射速度为2m/s，模具温度为200℃，铸件为尺寸1.5mm×12.5mm×80mm的铝合金拉伸测试样件及直径12.7×3mm的热导率试样件。

测定制备的铝合金的屈服强度、拉伸强度、延伸率以及热导率，结果在表2中列出。

实施例2-7

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屈服强度、拉伸强度、延伸率以及热导率，结果在表2中列出。

对比例1-6

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屈服强度、拉伸强度、延伸率以及热导率，结果在表2中列出。

表1

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表2

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从表2可以看出，具有本发明提供的铝合金成分配比的铝合金，流动性好，能压铸复杂结构件或薄壁件，屈服强度达到200MPa以上，同时还具备高导热率。非常适宜应用在导热结构产品上。硅含量低的铝合金（见对比例1），则合金流动性下降，产品缺陷增加，强度下降，导热也下降。镁含量低的铝合金（见对比例2），屈服强度低；锰镁比过小或过大的铝合金（见对比例3与对比例6），则塑性下降，导热下降。对比例4与对比例5为现有牌号或专利成分，显示均不能很好的达到高流动性，高屈服强度，与锆导热的结合。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (3)

1.一种铝合金，其特征在于，以重量百分比计，该铝合金含有10.5-11.5％的Si，1.5-2.5％的Zn，0.7-1.5％的Mg，0.3-1％的Mn，0.5-1％的Fe，0-0.5％的添加元素，以及73.7-90％的铝，各元素的重量百分比之和为100％；所述添加元素为Ti、Zr、Cr、Cu、Bi、Ni和Sr中的至少一种；所述Mn和所述Mg的重量比为0.4-0.6；所述铝合金的热导率为130W/(m·K)以上，屈服强度为200MPa以上，拉伸强度为300MPa以上，延伸率为3％以上。

2.一种铝合金的制备方法，该方法包括将铝合金原料进行熔炼，冷却后得到铝合金，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所述的铝合金。

3.权利要求1所述的铝合金作为导热结构材料的应用。