CN108085541A - 一种导热铝合金及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种导热铝合金及其应用，该导热铝合金含有合金元素、不可避免的杂质和余量的铝元素；以所述导热铝合金的总重量为基准，所述合金元素包括：5.0‑11.0重量％的Si，0.4‑1.0重量％的Fe，0.2‑1.0重量％的Mg，小于0.1重量％的Zn，小于0.1重量％的Mn，小于0.1重量％的Sr和小于0.1重量％的Cu。本公开制得的导热铝合金的抗拉强度不低于250MPa，屈服强度不低于150MPa，延伸率不低于3.5％，导热系数不低于150W/(m·K)。本公开制得的导热铝合金力学性能高，并且流动成型性能好，而且多次回收利用也可保持较好的导热性。

Description

一种导热铝合金及其应用
技术领域
本公开涉及铝合金技术领域，具体地，涉及一种导热铝合金及其应用。
背景技术
铝合金材料因为具有密度低，强度高，塑性好，导电性、导热性、抗蚀性优良的特点，被广泛应用于航空、航天、电子电器产品、汽车、机械制造等领域。
由于近年来电子电器产品倾向于小型化，市场上现有的常规铝合金材料如ADC12的导热率仅为96W/(m·K)，已经难以满足电子电器产品的高强度高导热的需求，因此亟需开发一种新的铝合金材料，在力学性能高、成本低廉的同时还具有较高的导热率。
发明内容
本公开的目的是提供一种导热铝合金，该导热铝合金具有较高的导热率，并且可以回收利用。
为了实现上述目的，本公开提供一种导热铝合金，该导热铝合金含有合金元素、不可避免的杂质和余量的铝元素；以所述导热铝合金的总重量为基准，所述合金元素包括：5.0-11.0重量％的Si，0.4-1.0重量％的Fe，0.2-1.0重量％的Mg，小于0.1重量％的Zn，小于0.1重量％的Mn，小于0.1重量％的Sr和小于0.1重量％的Cu。
通过上述技术方案，本公开制得的导热铝合金的抗拉强度不低于250MPa，屈服强度不低于150MPa，延伸率不低于3.5％，导热系数不低于150W/(m·K)。力学性能高，并且流动成型性能好，蚊香模测得材料成型流性不低于1150mm；该导热铝合金可以多次循环回收使用，5次循环压铸材料导热率>125W/(m·K)，是新材料导热率83％以上；10次循环压铸材料导热率>112W/(m·K)，是新材料导热率75％以上。
优选地，以所述导热铝合金的总重量为基准，所述合金元素包括：8.0-11.0重量％的Si，0.4-0.6重量％的Fe，0.4-0.8重量％的Mg，小于0.01重量％的Zn，小于0.01重量％的Mn，小于0.1重量％的Sr和小于0.01重量％的Cu。该优选配方制得的导热铝合金的抗拉强度不低于270MPa，屈服强度不低于160MPa，延伸率不低于5％，导热系数不低于160W/(m·K)。
优选地，所述导热铝合金中的杂质元素不超过0.2重量％。
优选地，所述导热铝合金由5.0-11.0重量％的Si，0.4-1.0重量％的Fe，0.2-1.0重量％的Mg，小于0.1重量％的Zn，小于0.1重量％的Mn，小于0.1重量％的Sr，小于0.1重量％的Cu，不超过0.2％重量的杂质元素和余量的铝组成。
优选地，所述导热铝合金由8.0-11.0重量％的Si，0.4-0.6重量％的Fe，0.4-0.8重量％的Mg，小于0.01重量％的Zn，小于0.01重量％的Mn，小于0.1重量％的Sr，小于0.01重量％的Cu，不超过0.2重量％的杂质元素和余量的铝组成。
本公开还提供了如上所述的导热铝合金在制造电子电器产品的金属结构件和/或散热件中的应用。
本公开的其他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
以下对本公开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公开，并不用于限制本公开。
本文中，在无相反说明的情况下，导热铝合金的抗拉强度、屈服强度和延伸率的数值是指参照《GB/T 228.1-2010金属材料拉伸试验第一部分：室温试验方法》测试的金属材料的抗拉强度、屈服强度和延伸率。
本公开第一方面：提供一种导热铝合金，该导热铝合金含有合金元素、不可避免的杂质和余量的铝元素；以所述导热铝合金的总重量为基准，所述合金元素可以包括：5.0-11.0重量％的Si，0.4-1.0重量％的Fe，0.2-1.0重量％的Mg，小于0.1重量％的Zn，小于0.1重量％的Mn，小于0.1重量％的Sr和小于0.1重量％的Cu。
通过上述技术方案，本公开制得的导热铝合金的抗拉强度不低于250MPa，屈服强度不低于150MPa，延伸率不低于3.5％，导热系数不低于150W/(m·K)。力学性能高，并且流动成型性能好，蚊香模测得材料成型流性不低于1150mm；该导热铝合金可以多次循环回收使用，5次循环压铸材料导热率不低于125W/(m·K)，是新材料导热率83％以上；10次循环压铸材料导热率不低于112W/(m·K)，是新材料导热率75％以上。
根据本公开第一方面，为了进一步提高所述导热铝合金的力学性能、导热率和铸造性能，以所述导热铝合金的总重量为基准，所述合金元素可以包括：8.0-11.0重量％的Si，0.4-0.6重量％的Fe，0.4-0.8重量％的Mg，小于0.01重量％的Zn，小于0.01重量％的Mn，小于0.1重量％的Sr和小于0.01重量％的Cu。该优选配方制得的导热铝合金的抗拉强度不低于270MPa，屈服强度不低于160MPa，延伸率不低于5％，导热系数不低于160W/(m·K)，5次循环压铸材料导热率不低于138W/(m·K)，是新材料导热率86％以上；10次循环压铸材料导热率不低于125W/(m·K)，是新材料导热率78％以上。
根据本公开第一方面，铝合金的纯度是影响铝合金性能的重要因素之一，为了使本公开的导热铝合金性能优良，所述导热铝合金中的杂质元素不超过0.2重量％。
根据本公开的第一方面，为了进一步提高所述导热铝合金的力学性能、导热率和铸造性能，所述导热铝合金由5.0-11.0重量％的Si，0.4-1.0重量％的Fe，0.2-1.0重量％的Mg，小于0.1重量％的Zn，小于0.1重量％的Mn，小于0.1重量％的Sr，小于0.1重量％的Cu，不超过0.2％重量的杂质元素和余量的铝组成。该配方制得的导热铝合金的抗拉强度不低于250MPa，屈服强度不低于150MPa，延伸率不低于3.5％，导热系数不低于150W/(m·K)，流动成型性能好，蚊香模测得材料成型流性不低于1150mm。
根据本公开的第一方面，为了进一步提高所述导热铝合金的力学性能、导热率和铸造性能，所述导热铝合金由8.0-11.0重量％的Si，0.4-0.6重量％的Fe，0.4-0.8重量％的Mg，小于0.01重量％的Zn，小于0.01重量％的Mn，小于0.1重量％的Sr和小于0.01重量％的Cu组成。该配方制得的导热铝合金的抗拉强度不低于270MPa，屈服强度不低于160MPa，延伸率不低于5％，导热系数不低于160W/(m·K)，5次循环压铸材料导热率不低于138W/(m·K)，是新材料导热率86％以上；10次循环压铸材料导热率不低于125W/(m·K)，是新材料导热率78％以上。
本公开第二方面：提供了如上所述的导热铝合金在制造电子电器产品的金属结构件和/或散热件中的应用。
下面将通过实施例来进一步说明本发明，但是本发明并不因此而受到任何限制。
实施例1
本实施例中以导热铝合金的总重量为100重量份计，含有5.0重量份的Si，1.0重量份的Fe，0.2重量份的Mg，0.05重量份的Zn，0.05重量份的Mn，0.05重量份的Sr、0.05重量份的Cu和余量的Al。
首先将熔炉在400℃下预热25分钟，并用氩气吹扫，加入相应重量份纯铝锭进行熔化，当纯铝液温度达到800℃时，恒温静置25分钟，使纯铝锭充分熔化；将熔炉降温至760℃，加入5.0重量份的纯硅，恒温静置25分钟，待其熔化后继续搅拌15分钟；将熔炉温度降至700℃时，加入剩余中间合金，熔化完全后静置；最后再加入0.2重量份的镁，熔化完全后，继续搅拌8分钟，祛除浮渣，在700℃加入精炼剂进行精炼，搅拌15分钟；然后进行炉前成分分析，检验合金的成分含量，对成分含量不合格的熔体通过补料或冲淡方式达到合格的范围得到本实施例的导热铝合金。
实施例2
本实施例中以导热铝合金的总重量为100重量份计，含有11.0重量份的Si，0.4重量份的Fe，1.0重量份的Mg，0.05重量份的Zn，0.05重量份的Mn，0.05重量份的Sr、0.05重量份的Cu和余量的Al。
首先将熔炉在400℃下预热25分钟，并用氩气吹扫，加入相应重量份纯铝锭进行熔化，当纯铝液温度达到800℃时，恒温静置25分钟，使纯铝锭充分熔化；将熔炉降温至760℃，加入11.0重量份的纯硅，恒温静置25分钟，待其熔化后继续搅拌15分钟；将熔炉温度降至700℃时，加入剩余中间合金，熔化完全后静置；最后再加入1.0重量份的镁，熔化完全后，继续搅拌8分钟，祛除浮渣，在700℃加入精炼剂进行精炼，搅拌15分钟；然后进行炉前成分分析，检验合金的成分含量，对成分含量不合格的熔体通过补料或冲淡方式达到合格的范围得到本实施例的导热铝合金。
实施例3
本实施例中以导热铝合金的总重量为100重量份计，含有8.0重量份的Si，0.4重量份的Fe，0.4重量份的Mg，0.008重量份的Zn，0.008重量份的Mn，0.05重量份的Sr、0.008重量份的Cu和余量的Al。
首先将熔炉在400℃下预热25分钟，并用氩气吹扫，加入相应重量份纯铝锭进行熔化，当纯铝液温度达到800℃时，恒温静置25分钟，使纯铝锭充分熔化；将熔炉降温至760℃，加入8.0重量份的纯硅，恒温静置25分钟，待其熔化后继续搅拌15分钟；将熔炉温度降至700℃时，加入剩余中间合金，熔化完全后静置；最后再加入0.4重量份的镁，熔化完全后，继续搅拌8分钟，祛除浮渣，在700℃加入精炼剂进行精炼，搅拌15分钟；然后进行炉前成分分析，检验合金的成分含量，对成分含量不合格的熔体通过补料或冲淡方式达到合格的范围得到本实施例的导热铝合金。
实施例4
本实施例中以导热铝合金的总重量为100重量份计，含有11.0重量份的Si，0.6重量份的Fe，0.8重量份的Mg，0.002重量份的Zn，0.002重量份的Mn，0.002重量份的Sr、0.002重量份的Cu和余量的Al。
首先将熔炉在400℃下预热25分钟，并用氩气吹扫，加入相应重量份纯铝锭进行熔化，当纯铝液温度达到800℃时，恒温静置25分钟，使纯铝锭充分熔化；将熔炉降温至760℃，加入11.0重量份的纯硅，恒温静置25分钟，待其熔化后继续搅拌15分钟；将熔炉温度降至700℃时，加入剩余中间合金，熔化完全后静置；最后再加入0.8重量份的镁，熔化完全后，继续搅拌8分钟，祛除浮渣，在700℃加入精炼剂进行精炼，搅拌15分钟；然后进行炉前成分分析，检验合金的成分含量，对成分含量不合格的熔体通过补料或冲淡方式达到合格的范围得到本实施例的导热铝合金。
实施例5
本实施例中以导热铝合金的总重量为100重量份计，含有9.5重量份的Si，0.6重量份的Fe，0.6重量份的Mg，0.005重量份的Zn，0.005重量份的Mn，0.05重量份的Sr、0.005重量份的Cu和余量的Al。
首先将熔炉在400℃下预热25分钟，并用氩气吹扫，加入相应重量份纯铝锭进行熔化，当纯铝液温度达到800℃时，恒温静置25分钟，使纯铝锭充分熔化；将熔炉降温至760℃，加入9.5重量份的纯硅，恒温静置25分钟，待其熔化后继续搅拌15分钟；将熔炉温度降至700℃时，加入剩余中间合金，熔化完全后静置；最后再加入0.6重量份的镁，熔化完全后，继续搅拌8分钟，祛除浮渣，在700℃加入精炼剂进行精炼，搅拌15分钟；然后进行炉前成分分析，检验合金的成分含量，对成分含量不合格的熔体通过补料或冲淡方式达到合格的范围得到本实施例的导热铝合金。
对比例1
本对比例中以导热铝合金的总重量为100重量份计，含有4.2重量份的Si，0.2重量份的Fe，0.4重量份的Mg，0.05重量份的Zn，0.05重量份的Mn，0.05重量份的Ni、0.05重量份的Cr和余量的Al。
首先将熔炉在400℃下预热25分钟，并用氩气吹扫，加入相应重量份纯铝锭进行熔化，当纯铝液温度达到800℃时，恒温静置25分钟，使纯铝锭充分熔化；将熔炉降温至760℃，加入4.2重量份的纯硅，恒温静置25分钟，待其熔化后继续搅拌15分钟；将熔炉温度降至700℃时，加入剩余中间合金，熔化完全后静置；最后再加入0.4重量份的镁，熔化完全后，继续搅拌8分钟，祛除浮渣，在700℃加入精炼剂进行精炼，搅拌15分钟；然后进行炉前成分分析，检验合金的成分含量，对成分含量不合格的熔体通过补料或冲淡方式达到合格的范围得到本实施例的导热铝合金。
对比例2
本对比例中以导热铝合金的总重量为100重量份计，含有4.0重量份的Si，0.2重量份的Fe，0.1重量份的Mg，0.15重量份的Zn，0.15重量份的Mn，0.15重量份的Sr，0.15重量份的Cu和余量的Al。
首先将熔炉在400℃下预热25分钟，并用氩气吹扫，加入相应重量份纯铝锭进行熔化，当纯铝液温度达到800℃时，恒温静置25分钟，使纯铝锭充分熔化；将熔炉降温至760℃，加入4.0重量份的纯硅，恒温静置25分钟，待其熔化后继续搅拌15分钟；将熔炉温度降至700℃时，加入剩余中间合金，熔化完全后静置；最后再加入0.1重量份的镁，熔化完全后，继续搅拌8分钟，祛除浮渣，在700℃加入精炼剂进行精炼，搅拌15分钟；然后进行炉前成分分析，检验合金的成分含量，对成分含量不合格的熔体通过补料或冲淡方式达到合格的范围得到本实施例的导热铝合金。
对比例3
本对比例中以导热铝合金的总重量为100重量份计，含有12.0重量份的Si，0.2重量份的Fe，0.1重量份的Mg，0.15重量份的Zn，0.15重量份的Mn，0.15重量份的Sr，0.15重量份的Cu和余量的Al。
首先将熔炉在400℃下预热25分钟，并用氩气吹扫，加入相应重量份纯铝锭进行熔化，当纯铝液温度达到800℃时，恒温静置25分钟，使纯铝锭充分熔化；将熔炉降温至760℃，加入12.0重量份的纯硅，恒温静置25分钟，待其熔化后继续搅拌15分钟；将熔炉温度降至700℃时，加入剩余中间合金，熔化完全后静置；最后再加入0.1重量份的镁，熔化完全后，继续搅拌8分钟，祛除浮渣，在700℃加入精炼剂进行精炼，搅拌15分钟；然后进行炉前成分分析，检验合金的成分含量，对成分含量不合格的熔体通过补料或冲淡方式达到合格的范围得到本实施例的导热铝合金。
对比例4
本对比例中以导热铝合金的总重量为100重量份计，含有4.0重量份的Si，1.2重量份的Fe，1.0重量份的Mg，0.15重量份的Zn，0.15重量份的Mn，0.15重量份的Sr，0.15重量份的Cu和余量的Al。
首先将熔炉在400℃下预热25分钟，并用氩气吹扫，加入相应重量份纯铝锭进行熔化，当纯铝液温度达到800℃时，恒温静置25分钟，使纯铝锭充分熔化；将熔炉降温至760℃，加入4.0重量份的纯硅，恒温静置25分钟，待其熔化后继续搅拌15分钟；将熔炉温度降至700℃时，加入剩余中间合金，熔化完全后静置；最后再加入1.0重量份的镁，熔化完全后，继续搅拌8分钟，祛除浮渣，在700℃加入精炼剂进行精炼，搅拌15分钟；然后进行炉前成分分析，检验合金的成分含量，对成分含量不合格的熔体通过补料或冲淡方式达到合格的范围得到本实施例的导热铝合金。
测试实施例1
本测试实施例用于测定实施例1-5与对比例1-4中获得的导热铝合金的在室温下的力学性能、导热系数和流动成型性能。
导热系数的测定：将各实施例与对比例中导热铝合金制备为直径为12.7mm、厚度为25.4mm的圆形试样；在待测试样的两面均匀喷涂石墨涂层；将处理好的试样放入激光导热仪中进行测试。按照《ASTM E1461闪光法测定热扩散系数的标准方法》测试。具体测试结果见表1。
参照《GB/T 228.1-2010金属材料拉伸试验第一部分：室温试验方法》测试的铝合金的抗拉强度、屈服强度和延伸率。将本发明实施例1-5及对比例1-4挤压加工后的板材经线切割制成标准拉伸试样，拉伸试样的轴线方向与挤压方向一致。具体测试结果见表1。
螺旋线测定导热铝合金材料流动性：将实施例1-5与对比例1-4中导热铝合金于730℃熔炼，待其完全熔化后出炉空冷至690℃，浇铸流动性试样，测定螺旋线铝合金试样的长度。具体结果见表1。
表1
经实施例1-5与对比例1-4的结果对比可以看出，本公开制备得到的导热铝合金具有更优良的力学性能：抗拉强度不低于250MPa，屈服强度不低于150MPa，延伸率不低于3.5％；在具备良好的力学性能的同时，并且流动成型性能好，蚊香模测得材料成型流性不低于1150mm；导热系数不低于150W/(m·K)；尤其是所述导热铝合金含有8.0-11.0重量％的Si，0.4-0.6重量％的Fe，0.4-0.8重量％的Mg，小于0.01重量％的Zn，小于0.01重量％的Mn，小于0.1重量％的Sr和小于0.01重量％的Cu组成时，制得的导热铝合金的抗拉强度不低于270MPa，屈服强度不低于160MPa，延伸率不低于5％，导热系数不低于160W/(m·K)。
测试实施例2
本测试实施例用于测定实施例1-5与对比例1-4中获得的导热铝合金的回收利用后的导热系数。
导热铝合金的循环回收：将各实施例与对比例中新材料导热铝合金分别收集后于760℃下熔融1小时；将熔融后的物料置于坩埚内进行机械搅拌，搅拌的速率为1200转/分钟、时间为30min，冷却后得到回收的导热铝合金；参照测试实施例1中的导热系数测定方法测定回收5次和10次后的铝合金的导热系数。具体测试结果见表2。
表2
经实施例1-5与对比例1-4的结果对比可以看出，本公开制得的导热铝合金可以多次循环回收使用，5次循环压铸材料导热率不低于125W/(m·K)，是新材料导热率83％以上；10次循环压铸材料导热率不低于112W/(m·K)，是新材料导热率75％以上。尤其是所述导热铝合金含有8.0-11.0重量％的Si，0.4-0.6重量％的Fe，0.4-0.8重量％的Mg，小于0.01重量％的Zn，小于0.01重量％的Mn，小于0.1重量％的Sr和小于0.01重量％的Cu组成时，制得的导热铝合金5次循环压铸材料导热率不低于138W/(m·K)，是新材料导热率86％以上；10次循环压铸材料导热率不低于125W/(m·K)，是新材料导热率78％以上。
以上详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
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，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (8)

1.一种导热铝合金，其特征在于，该导热铝合金含有合金元素、不可避免的杂质和余量的铝元素；以所述导热铝合金的总重量为基准，所述合金元素包括：5.0-11.0重量％的Si，0.4-1.0重量％的Fe，0.2-1.0重量％的Mg，小于0.1重量％的Zn，小于0.1重量％的Mn，小于0.1重量％的Sr和小于0.1重量％的Cu。
2.根据权利要求1所述的导热铝合金，其中，以所述导热铝合金的总重量为基准，所述合金元素包括：8.0-11.0重量％的Si，0.4-0.6重量％的Fe，0.4-0.8重量％的Mg，小于0.01重量％的Zn，小于0.01重量％的Mn，重量小于0.1％的Sr和小于0.01重量％的Cu。
3.根据权利要求1或2所述的导热铝合金，其中，所述导热铝合金中的杂质元素不超过0.2重量％。
4.根据权利要求1所述的导热铝合金，其中，所述导热铝合金由5.0-11.0重量％的Si，0.4-1.0重量％的Fe，0.2-1.0重量％的Mg，小于0.1重量％的Zn，小于0.1重量％的Mn，小于0.1重量％的Sr，小于0.1重量％的Cu，不超过0.2％重量的杂质元素和余量的铝组成。
5.根据权利要求2所述的导热铝合金，其中，所述导热铝合金由8.0-11.0重量％的Si，0.4-0.6重量％的Fe，0.4-0.8重量％的Mg，小于0.01重量％的Zn，小于0.01重量％的Mn，小于0.1重量％的Sr，小于0.01重量％的Cu，不超过0.2重量％的杂质元素和余量的铝组成。
6.根据权利要求1、2、4或5所述的导热铝合金，其中，所述导热铝合金的抗拉强度不低于250MPa，屈服强度不低于150MPa，延伸率不低于3.5％，导热系数不低于150W/(m·K)。
7.根据权利要求2或5中所述的导热铝合金，其中，所述导热铝合金的抗拉强度不低于270MPa，屈服强度不低于160MPa，延伸率不低于5％，导热系数不低于160W/(m·K)。
8.权利要求1-7中任意一项所述的导热铝合金在制造电子电器产品金属结构件和/或散热件中的应用。
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