CN107022698A - 一种高导热压铸铝合金及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高导热压铸铝合金，包括铝、硅、铁、镍、镁和锶，所述各组分所占的质量百分比分别为：硅0.05-1.0％，铁0.3-1.3％，镍0.2-2.0％，镁0.1-1.2％，锶0.001-0.15％，其余为铝和不可避免的杂质；其中，所述杂质含量的质量百分比小于0.2％；本发明同时提供一种高导热压铸铝合金的制备方法，包括：通过在不同加热温度下，对铝和镁，铝硅中间合金、铝铁中间合金、铝镍中间合金铝，以及铝锶中间合金依次进行融化处理，得到铝、硅、铁、镍、镁、锶融化物；然后进行精炼处理及除渣处理，得到铝合金溶液；调整所述铝合金溶液的温度为680-720℃，即可进行铸造；本发明的高导热压铸铝合金既具有优异的铸造性能，又具有较高的导热系数。

Description

一种高导热压铸铝合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种高导热压铸铝合，属于金属材料技术领域。

背景技术

随着现代工业的发展，电子、通讯、航空航天以及汽车等行业散热量越来越大，对材料的热传导性能的要求越来越高，传统金属材料的性能已经不能满足实际应用需要,研发适用于压铸的高导热铝合金材料具有重要的应用价值。铝硅系合金与铝镁系合金铸造性能优异。但是导热性普遍不高，目前主流的压铸铝合金如ADC12铸态时能达到的导热系数约为(96-110)W/(m.K)，ADC1(LM6)属于铸造性偏差的压铸铝合金，其导热系数约为142W/(m.K)，已经是压铸铝合金中导热系数比较高的材料了。而纯铝虽然导热系数高达230W/(m.K)，但机械性能差，铸造性能差，难以满足电子、通讯等行业的高热耗器件的散热需求。

近几年，为获得适用于压铸的高导热铝合金，国内外开展了大量的研究，CN201310444626的专利申请公开了一种含硅量为5％～7.5％且通过硼、钛、锆来细化铸造组织的铝硅合金，其铸态的导热系数达到(153-160)W/(m.K)。即使通过变质剂细化组织，材料铸态的导热系数依然较低，而大多数复杂大型压铸件不能通过热处理来进一步提升导热系数。NIKKEI MC ALUMINIUM公司开发了Al-2Ni-Fe压铸铝合金，铸态时导热系数达到190W/(m.K)，但铸造性能较ADC12下降了35％以上，且其硬度低，强度偏低。该材料主要应用于结构较简单的散热片和平板类热传导用零件。

发明内容

本发明是针对现有技术的不足，提供一种高导热压铸铝合金，本发明的高导热压铸铝合金既具有优异的铸造性能，又具有较高的导热系数。

为达到上述目的，本发明一方面提供一种高导热压铸铝合金，包括铝、硅、铁、镍、镁和锶，所述各组分所占的质量百分比分别为：硅0.05-1.0％，铁0.3-1.3％， 镍0.2-2.0％，镁0.1-1.2％，锶0.001-0.15％，其余为铝和不可避免的杂质；其中，所述杂质含量的质量百分比小于0.2％。

其中，所述不可避免的杂质主要包括铜、锰、铬等。

尤其是，所述的铜占铝合金总质量的质量百分比小于0.1％。

特别是，所述的锰占铝合金总质量的质量百分比小于0.1％。

尤其是，所述的铬占铝合金总质量的质量百分比小于0.06％。

本发明另一方面提供一种高导热压铸铝合金的制备方法，包括如下步骤：

通过在不同加热温度下，对铝和镁，铝硅中间合金、铝铁中间合金、铝镍中间合金铝，以及铝锶中间合金依次进行融化处理，得到铝、硅、铁、镍、镁、锶融化物；

对所述铝、硅、铁、镍、镁、锶融化物进行精炼处理，得到精炼产物；

清除所述精炼产物液面上的溶剂和浮渣，对其进行静置处理，除去夹渣，得到铝合金溶液；

调整所述铝合金溶液的温度为680-720℃，即可进行铸造。

其中，所述的通过在不同加热温度下，对铝和镁，铝硅中间合金、铝铁中间合金、铝镍中间合金铝，以及铝锶中间合金分别进行融化处理包括：

对熔炼容器加热，当加热温度到达第一加热温度时，加入铝和镁，进行融化，得到第一融化物；

当所述加热温度上升第二加热温度时，将铝硅中间合金、铝铁中间合金、铝镍中间合金加入到所述熔炼容器中进行融化，使所述铝硅中间合金、铝铁中间合金、铝镍中间合金与所述第一融化物融合在一起，得到第二融化物；

在所述铝硅中间合金、铝铁中间合金、铝镍中间合金融化后，将所述加热温度降低到第三温度，将铝锶中间合金加入到所述熔炼容器中进行融化，使其与所述第二融化物融合在一起，得到铝、硅、铁、镍、镁、锶融化物。

特别是，所述第一加热温度为300℃。

尤其是，所述第二加热温度为780℃。

特别是，所述第三加热温度为580-700℃。

尤其是，所述的通过在不同加热温度下，对铝和镁，铝硅中间合金、铝铁中间合金、铝镍中间合金铝，以及铝锶中间合金分别进行融化处理包括：具体为：

对坩埚进行加热，当坩埚温度达到300℃时，向其中依次加入铝和镁，进行融化，得到第一融化物；

当坩埚温度达到780℃时，向所述第一融化无中加入铝硅中间合金、铝铁中间合金和铝镍中间合金，使坩埚温度保持在580-850℃，使其与所述第一融化物融合在一起，得到第二融化物；

在所述铝硅中间合金、铝铁中间合金、铝镍中间合金融化后，调整加热温度为580-700℃，将铝锶中间合金加入到所述熔炼容器中进行融化，使其与所述第二融化物融合在一起，得到铝、硅、铁、镍、镁、锶融化物。

特别是，所述的对所述铝、硅、铁、镍、镁、锶融化物进行精炼处理，得到精炼产物包括：

向所述铝、硅、铁、镍、镁、锶融化物中加入铝合金精炼剂，在580-700℃的温度下，精炼8-20min。

尤其是，所述的对所述铝、硅、铁、镍、镁、锶融化物进行精炼处理，得到精炼产物包括：

向所述铝、硅、铁、镍、镁、锶融化物中通入惰性气体，采用气泡过滤法对其进行精炼处理。

本发明的优点和有益技术效果如下：

本发明巧妙地将硅、镍、铁、镁四种元素加入到铝合金中，镍对铝合金的导热性能影响不大，在合金中形成Al-Ni化合物，起到弥散强化作用，同时利用富Ni相颗粒的球形形貌和细小尺寸,使它在提高铝合金强度的同时保持材料的高伸长率；硅在铝合金中起到强化作用，也有利于合金的流动性，但硅的添加会降低合金的导热性能；铁具有促进零件脱模的作用，但铁含量过高会形成粗大针状的化合物相，降低合金力学性能，且铁会降低合金导热性能；镁具有强化作用，在合金中能与铝、镍形成Mg-Al、Mg-Ni化合物，但镁固溶到铝基体中会使合金导热性能降低。这四种元素的结合使用对铝合金的导热性能影响不大，又提高了合金的铸造性能和机械性能，实现了既有高导热系数又有良好的铸造性能和机械性能的目标。

由于材料中单质硅很少或基本没有，避免了硅在氧化过程中不溶解而其他的 合金元素溶解于溶液中导致的阳极氧化膜不均匀、不完整。从而达到阳极氧化膜色彩均匀的外观。

同时通过锶作为变质剂加入，可以将α-Al固溶体以及针状的Si相同时进行细化，减小了合金内电子运动的阻力，从而进一步提升了材料的导热性能，同时晶粒细化也提高了材料的机械性能。

本发明的高导热铝合金流动性能优异，能用于压铸结构复杂的薄壁壳体，其制成的压铸件在常温条件下，导热率高达212.2W/(m.K)，抗拉强度不低于96.8MPa左右。同时能进行阳极氧化以达到色彩均匀的外观。

附图说明

图1为实施例1-3制备的铝合金流动性与ADC12的对比图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本发明作进一步说明，但本发明不限于此，本技术领域的技术人员可以根据本发明的原理进行修改，因此，凡按照本发明的原理进行的各种修改和改变都应当理解为落入本发明的保护范围。

实施例1

1、按总重8Kg称量配料，准备6.84Kg铝块、0.04Kg镁块、0.4Kg铝硅合金AlSi20、0.48Kg铝铁合金AlFe10、0.4Kg铝镍合金AlNi10、0.08Kg铝锶合金AlSr10。

2、预热坩埚，当温度达到300℃以上时依次加入铝块、镁块进行融化，当温度上升到780℃以上时，加入铝硅合金、铝铁合金、铝镍合金，保持温度在680～850℃以内，待加入料融化后调整溶液温度到680～700℃以内，再加入Al-10Sr中间合金，用通用的铝合金精炼剂精炼15min。精炼完毕，清除液面上的溶剂和浮渣。然后静置10min使夹杂充分上浮或下沉，扒渣。

3、调整溶液至680～720℃后将铝合金熔液浇入高压压铸机进行压铸生产。

实施例2

1、按总重8Kg称量配料，准备5.864Kg铝块、0.096Kg镁块、0.2Kg铝硅合金AlSi20、0.24Kg铝铁合金AlFe10、1.6Kg铝镍合金AlNi10、0.048Kg铝锶合金AlSr10。

2、预热坩埚，当温度达到300℃以上时依次加入铝块、镁块进行融化，当温度上升到780℃以上时，加入铝硅合金、铝铁合金、铝镍合金，保持温度在680～850℃以内，待加入料融化后调整溶液温度到680～700℃以内，再加入Al-10Sr中间合金，用通用的铝合金精炼剂精炼12min。精炼完毕，清除液面上的溶剂和浮渣。然后静置8min使夹杂充分上浮或下沉，扒渣。

3、调整溶液至680～720℃后将铝合金熔液浇入高压压铸机进行压铸生产。

实施例3

步骤1按总重8Kg称量配料，准备6.312Kg铝块、0.064Kg镁块、0.12Kg铝硅合金AlSi20、0.64Kg铝铁合金AlFe10、0.8Kg铝镍合金AlNi10、0.064Kg铝锶合金AlSr10。

步骤2：预热坩埚，当温度达到300℃以上时依次加入铝块、镁块进行融化，当温度上升到780℃以上时，加入铝硅合金、铝铁合金、铝镍合金，保持温度在680～850℃以内，待加入料融化后调整溶液温度到680～700℃以内，再加入Al-10Sr中间合金，用通用的铝合金精炼剂精炼20min。精炼完毕，清除液面上的溶剂和浮渣。然后静置15min使夹杂充分上浮或下沉，扒渣。

步骤3：调整溶液至680～700℃后将铝合金熔液浇入高压压铸机进行压铸生产。

下面对实施例中制备的高导热铝合金制作的零件作进一步性能检测。

表1 实施例1-3制备的高导热铝合金成分表

为检测实施例中所制备的铝合金导热系数，根据ASTM E1461，在实施例1-3的零件上截取直径为12.7mm厚2mm的圆盘用于导热系数测试，测试试样均为铸态试样，实验设备为德国耐驰激光导热系数测试仪。同时按照国标GB/T 228要求本体取样板材试样用于机械性能测试，测试试样均为铸态试样，测试设备为拉伸试验机。检测数据如下表2：

表2 实施例1-3制备的高导热铝合金性能表

组别	抗拉强度	断后延伸率	导热系数
				实施例1	96.8MPa	3.7％	198.3W/(m.K)
实施例2	115.2MPa	4.5％	202.5W/(m.K)
				实施例3	106.3MPa	5.2％	212.2W/(m.K)

为检测材料的铸造性能，采用螺旋式浇注模对上述材料与ADC12进行了流动长度的对比，检测数据结果如下图1所示。

Claims (8)

1.一种高导热压铸铝合金，其特征在于，包括铝、硅、铁、镍、镁和锶，所述各组分所占的质量百分比分别为：硅0.05-1.0％，铁0.3-1.3％，镍0.2-2.0％，镁0.1-1.2％，锶0.001-0.15％，其余为铝和不可避免的杂质；其中，所述杂质含量的质量百分比小于0.2％。

2.如权利要求1所述的高导热压铸铝合金，其特征在于，所述杂质含有铜、锰、铬；其中，所述铜的质量百分比小于0.1％，所述锰的质量百分比小于0.1％，所述铬的质量百分比小于0.06％。

3.一种高导热压铸铝合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

通过在不同加热温度下，对铝和镁，铝硅中间合金、铝铁中间合金、铝镍中间合金铝，以及铝锶中间合金依次进行融化处理，得到铝、硅、铁、镍、镁、锶融化物；

对所述铝、硅、铁、镍、镁、锶融化物进行精炼处理，得到精炼产物；

清除所述精炼产物液面上的溶剂和浮渣，对其进行静置处理，除去夹渣，得到铝合金溶液；

调整所述铝合金溶液的温度为680-720℃，即可进行铸造。

4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述的通过在不同加热温度下，对铝和镁，铝硅中间合金、铝铁中间合金、铝镍中间合金铝，以及铝锶中间合金分别进行融化处理包括：

对熔炼容器加热，当加热温度到达第一加热温度时，加入铝和镁，进行融化，得到第一融化物；

当所述加热温度上升第二加热温度时，将铝硅中间合金、铝铁中间合金、铝镍中间合金加入到所述熔炼容器中进行融化，使所述铝硅中间合金、铝铁中间合金、铝镍中间合金与所述第一融化物融合在一起，得到第二融化物；

在所述铝硅中间合金、铝铁中间合金、铝镍中间合金融化后，将所述加热温度降低到第三温度，将铝锶中间合金加入到所述熔炼容器中进行融化，使其与所述第二融化物融合在一起，得到铝、硅、铁、镍、镁、锶融化物。

5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述第一加热温度为300℃。

6.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述第二加热温度为780℃。

7.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述第三加热温度为580-700℃。

8.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述的对所述铝、硅、铁、镍、镁、锶融化物进行精炼处理，得到精炼产物包括：

向所述铝、硅、铁、镍、镁、锶融化物中加入铝合金精炼剂，在580-700℃的温度下，精炼8-20min。