CN108130456A - 一种高导热压铸铝合金材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高导热压铸铝合金材料，除铝外，按重量比计，包括如下成分：铁为0.8‑1.8％、镍为0.2‑0.8％、镧为0.1‑0.4％、硅为＜0.2％、镁为＜0.2％，所述镁和硅的重量比为：0.02‑0.07:1。本发明的高导热压铸铝合金材料成分配比合理，具有较好的散热效果。

Description

一种高导热压铸铝合金材料及其制备方法

技术领域

本发明属于铝合金材料领域，具体涉及一种高导热压铸铝合金材料及其制备方法。

背景技术

铝合金是一种有利于设备轻量化的多性能材料。通过调节各种元素成分的不同，铝合金可以分别具有高导热、高导电率、高屈服强度、高抗拉强度、抗腐蚀、高韧性、高硬度等不同的性能。被广泛用于通讯、汽车、交通运输、动力和航天航空等领域。随着科技的不断发展，高新技术对于材料的要求也越来越高。以往单一的性能已经无法满足技术的发展要求。现在的铝合金材料不但对其基本的化学成分有严格的要求，还需要满足各种特殊的使用要求，兼顾多种性能。在这些性能之中，有些甚至是以往被认为相互存在一定的矛盾的。针对不同的材料使用特点，按其本身特定的要求，对材料中各种成分及其性能进行合理调配、优化，使之创造出所对应的一种新的铝合金材料是目前乃至今后一段发展时期的客观需要。

随着科学技术的飞速发展，设备的性能要求和精密程度越来越高，精密的设备伴随着苛刻的运行环境要求。温度控制是保证设备运行中重要的一个环节，绝大部分设备的温度控制离不开散热器，但散热器想要提升散热性能，除了结构的改变，最根本的是制备散热器的材料散热性能的提升。因此，需要开发一种针优质的散热材料，可以满足更高发热量的设备配置，为各种设备提高集成程度和缩小体积提供了保障。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种散热效果好的高导热压铸铝合金材料及其制备方法。

本发明提供一种高导热压铸铝合金材料，除铝外，按重量比计，包括如下成分：铁为0.8-1.8％、镍为0.2-0.8％、镧为0.1-0.4％、硅为＜0.2％、镁为＜0.2％，所述镁和硅的重量比为：0.02-0.07:1。

优选地，所述镁和硅的重量比为：0.03-0.06:1。

优选地，高导热压铸铝合金材料还包括铜＜0.2％。

优选地，高导热压铸铝合金材料还包括锰＜0.2％。

优选地，高导热压铸铝合金材料还包括锌＜0.2％。

优选地，高导热压铸铝合金材料还包括钴≤0.3％。

优选地，高导热压铸铝合金材料还包括铅≤0.1％；锡≤0.01％；镉≤0.01％。

本发明还提供一种高导热压铸铝合金材料，按重量比计，包括如下成分：铁为0.8-1.8％、镍为0.2-0.8％、镧为0.1-0.4％、硅为＜0.2％、镁为＜0.2％、铜为＜0.2％、锰为＜0.2％、锌为＜0.2％、钴为≤0.3％、铅为≤0.1％、锡为≤0.01％、其他杂质总量和不超过0.3％；余量为铝，所述镁和硅的重量比为：0.03-0.07:1。

优选地，所述镁和硅的重量比为：0.04-0.06:1。

本发明还提供一种高导热压铸铝合金材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)向熔炉投入铝锭和镍元素添加剂，加热使其熔化为金属溶液；

(2)温度达到830℃-860℃，在金属溶液中加入铁元素添加剂使其完全熔化并完成合金化；

(3)将金属溶液降温至780-800℃；

(4)加入精练剂进行精炼净化、除渣；

(5)加入镁元素添加剂，并调整镁和硅的重量比；

(6)加入镧稀土添加剂进行变质；

(7)将铝液温度在770-780℃范围浇铸铝合金锭。

本发明的高导热压铸铝合金材料成分配比合理，具有较好的散热效果。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明所述技术方案作进一步的详细描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

本发明实施例提供一种高导热压铸铝合金材料，除铝外，按重量比计，包括如下成分：铁为0.8-1.8％、镍为0.2-0.8％、镧为0.1-0.4％、硅为＜0.2％、镁为＜0.2％，镁和硅的重量比为：0.02-0.07:1。

本实施例中使用了稀土中的镧(La)对合金进行变质，稀土中的镧(La)有助于提升合金铸造时的流动性，细化晶粒，改善合金的组织结构，尤其是能较好的提升材料的导热性能。

本实施例中，采用镁元素对合金中残余的杂质硅元素进行处理。具体表现为按照原有的杂质硅含量，加入微量的镁，实现镁(Mg)含量和硅(Si)含量遵循一定的比例。经过试验，当镁和硅的重量比为：0.01-0.08:1，材料的导热性能越好，偏离该值会导致材料的导热性能降低。在进一步优选实施例中，镁和硅的重量比为：0.03-0.06:1。

在优选实施例中，高导热压铸铝合金材料还包括铜＜0.2％。

在优选实施例中，高导热压铸铝合金材料还包括锰＜0.2％。

在优选实施例中，高导热压铸铝合金材料还包括锌＜0.2％。

在优选实施例中，高导热压铸铝合金材料还包括钴≤0.3％。

在优选实施例中，高导热压铸铝合金材料还包括铅≤0.1％；锡≤0.01％；镉≤0.01％。

本发明实施例还提供一种高导热压铸铝合金材料，按重量比计，包括如下成分：铁为0.8-1.8％、镍为0.2-0.8％、镧为0.1-0.4％、硅为＜0.2％、镁为＜0.2％、铜为＜0.2％、锰为＜0.2％、锌为＜0.2％、钴为≤0.3％、铅为≤0.1％、锡为≤0.01％、其他杂质总量和不超过0.3％；余量为铝，镁和硅的重量比为：0.03-0.07:1。

在优选实施例中，镁和硅的重量比为：0.04-0.06:1。

本发明还提供一种高导热压铸铝合金材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)向熔炉投入铝锭和镍元素添加剂，加热使其熔化为金属溶液；

(2)温度达到830℃-860℃，在金属溶液中加入铁元素添加剂使其完全熔化并完成合金化；

(3)将金属溶液降温至780-800℃；

(4)加入精练剂进行精炼净化、除渣；

(5)加入镁元素添加剂，并调整镁和硅的重量比；

(6)加入镧稀土添加剂进行变质；

(7)将铝液温度在770-780℃范围浇铸铝合金锭。

本发明实施例的高导热压铸铝合金材料成分配比合理，具有较好的散热效果。

本发明实施例的高导热压铸铝合金材料，可以满足发热量更高的设备，为各种设备提高集成程度和缩小体积提供了保障。同时，本发明实施例的高导热压铸铝合金材料通过普通压铸即可成型，这样对批量生产提供了保证。

本发明实施例的高导热压铸铝合金材料，适用于各种设备组件芯片的散热器，同样的散热性能下，使用本发明实施例的高导热压铸铝合金材料可以减少散热器的体积或降低散热风量的需求；同样本发明实施例的高导热压铸铝合金材料也适用于高能量的能源散热器，例如新能源汽车的动力源，本发明实施例的高导热压铸铝合金材料可替代传统散热器的使用材料，为高能量密度的动力源提供安全的、更好的散热保障。

本发明实施例的高导热压铸铝合金材料，可以明显地提高现有应用铝合金散热器的散热效率，这样一方面可以提高对高热部件保护，满足对散热要求更高的部件；另一方面，通过材料的替换可以适当缩小现用部件散热器所占的体积而保持原有散热效果。由于本发明实施例的高导热压铸铝合金材料可以适用于压铸成型，这样降低了散热器的生产成本，并提升了生产效率。

实施例1

原料配比，按重量百分比计算：硅，含量为0.0782％；铁，含量为1.055％；铜，含量为0.0064％；锰，含量为0.0002％；镁，含量为0.0028％，锌，含量为0.038％，镍，含量0.547％；镧，含量0.18％，钴，含量≤0.0001％；铅，含量为≤0.00068％；锡，含量为≤0.00096％；镉，含量为≤0.0001％；其他杂质总量和不超过0.3％；余量为铝。

按照上述配比制备合金，步骤如下：

向熔炉投入铝锭及镍元素添加剂，并加热使其熔化为金属溶液，使金属溶液的温度达到830℃，然后向金属熔液中加入铁元素添加剂使其完全熔化并完成合金化；接着降温至790℃，然后加入精练剂进行精炼净化、除渣；采用氮气对金属溶液进行除气，然后对金属溶液取样检验成分，按照硅元素含量加入镁元素添加剂进行微合金化调整镁和硅的比值；然后加入稀土镧变质，再将铝液温度在770-780℃范围浇铸铝合金锭，得到高导热压铸铝合金材料。

实施例2

原料配比，按重量百分比计算：硅，含量为0.0463％；铁，含量为0.9367％；铜，含量为0.0017％；锰，含量为0.0347％；镁，含量为0.0022％，锌，含量为0.0155％，镍，含量0.4623％；镧，含量0.165％；钴，含量≤0.0001％；铅，含量为≤0.00089％；锡，含量为≤0.0001％；镉，含量为≤0.0001％；其他杂质总量和不超过0.3％；余量为铝。

按照上述配比制备合金，步骤如下：

向熔炉投入铝锭及镍元素添加剂，并加热使其熔化为金属溶液，使金属溶液的温度达到830℃，然后向金属熔液中加入铁元素添加剂使其完全熔化并完成合金化；接着降温至790℃，然后加入精练剂进行精炼净化、除渣；采用氮气对金属溶液进行除气然后对金属溶液取样检验成分，按照硅元素含量加入镁元素添加剂进行微合金化调整镁和硅的比值，然后加入稀土镧变质，再将铝液温度在770-780℃范围浇铸铝合金锭，得到高导热压铸铝合金材料。

对比例1

原料配比，按重量百分比计算：硅，含量为0.071％；铁，含量为0.86％；铜，含量为0.0003％；锰，含量为0.0054％；镁，含量为0.06％，锌，含量为0.0140％，镍，含量0.52％；镧，含量0.173％；钴，含量≤0.0001％；铅，含量为≤0.00079％；锡，含量为≤0.0001％；镉，含量为≤0.0001％；其他杂质总量和不超过0.3％；余量为铝。

向熔炉投入铝锭及镍元素添加剂，并加热使其熔化为金属溶液，使金属溶液的温度达到830℃，然后向金属熔液中加入铁元素添加剂使其完全熔化并完成合金化；接着降温至790℃，然后加入精练剂进行精炼净化、除渣；采用氮气对金属溶液进行除气，然后对金属溶液取样检验成分，加入稀土镧变质，再将铝液温度在770-780℃范围浇铸铝合金锭，得到铝合金材料。

对比例2

原料配比，按重量百分比计算：硅，含量为0.0685％；铁，含量为0.945％；铜，含量为0.0006％；锰，含量为0.016％；镁，含量为0.0023％，锌，含量为0.066％，镍，含量0.545％；镧，含量0.05％；钴，含量≤0.0001％；铅，含量为≤0.00053％；锡，含量为≤0.0001％；镉，含量为≤0.0001％；其他杂质总量和不超过0.3％；余量为铝。

向熔炉投入铝锭及镍元素添加剂，并加热使其熔化为金属溶液，使金属溶液的温度达到830℃，然后向金属熔液中加入铁元素添加剂使其完全熔化并完成合金化；接着降温至790℃，然后加入精练剂进行精炼净化、除渣；采用氮气对金属溶液进行除气，然后对金属溶液取样检验成分，按照硅元素含量加入镁元素添加剂进行微合金化调整镁硅比值，再将铝液温度在770-780℃范围浇铸铝合金锭。

对比例3

将欧盟标准的高导热铝合金EN AC-44000(AlSi11)作为对比例3，其主要化学成分标准为：铜(Cu)≤0.02、硅(Si)10-13.5、镁(Mg)≤0.05、锌(Zn)≤0.07、铁(Fe)≤0.15、锰(Mn)≤0.05、钛(Ti)≤0.15、余量为铝(Al)，得到铝合金材料。

效果实施例

将实施例1、实施例2、对比例1、对比例2和对比例3制备得到的铝合金进行导热系数和导电率的测试。具体数据如表1所示。

表1

由表1的数据得到，实施例1和实施例2得到的高导热压铸铝合金材料具有较好的导热系数和导电率，导热效果较好。

对比例1中，镁和硅的重量比为0.8451，不在本发明的配方范围内，得到的铝合金导热系数较低，导热效果相对较差。说明本发明的高导热压铸铝合金材料的导热性能与镁和硅的重量比有关，合理设置镁和硅的重量比使制备的铝合金材料具有较好的导热性能。

对比例2中，镧的用量为0.05，不在本发明的配方范围内，得到的铝合金导热系数较低，导热效果相对较差。说明镧含量的合理设置，并且配合本发明的其余成分能够提升铝合金的导热性能。并且稀土镧对材料的结晶和组织细化有明显作用，可以进一步提升材料的力学性能。

对比3为EN AC-44000(AlSi11)铝合金材料，导热系数和导电率更差。本发明实施例1和实施例2制备的高导热压铸铝合金材料相比EN AC-44000(AlSi11)铝合金材料导热系数和导电率都高出许多，特别是导热系数，高出30％，对于材料而言这是一个较大的突破。并且传统的AlSi11铝合金较多地用于重力铸造，而本发明的合金不但可以用于重力铸造，还能进行高压压铸成型，并且具有较好的高导热性能。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种高导热压铸铝合金材料，其特征在于，除铝外，按重量比计，包括如下成分：铁为0.8-1.8％、镍为0.2-0.8％、镧为0.1-0.4％、硅为＜0.2％、镁为＜0.2％，所述镁和硅的重量比为：0.02-0.07:1。

2.如权利要求1所述的高导热压铸铝合金材料，其特征在于，所述镁和硅的重量比为：0.03-0.06:1。

3.如权利要求1所述的高导热压铸铝合金材料，其特征在于，还包括铜＜0.2％。

4.如权利要求1所述的高导热压铸铝合金材料，其特征在于，还包括锰＜0.2％。

5.如权利要求1所述的高导热压铸铝合金材料，其特征在于，还包括锌＜0.2％。

6.如权利要求1所述的高导热压铸铝合金材料，其特征在于，还包括钴≤0.3％。

7.如权利要求1所述的高导热压铸铝合金材料，其特征在于，还包括铅≤0.1％；锡≤0.01％；镉≤0.01％。

8.一种高导热压铸铝合金材料，其特征在于，按重量比计，包括如下成分：铁为0.8-1.8％、镍为0.2-0.8％、镧为0.1-0.4％、硅为＜0.2％、镁为＜0.2％、铜为＜0.2％、锰为＜0.2％、锌为＜0.2％、钴为≤0.3％、铅为≤0.1％、锡为≤0.01％、其他杂质总量和不超过0.3％；余量为铝，所述镁和硅的重量比为：0.03-0.07:1。

9.如权利要求8所述的一种高导热压铸铝合金材料，其特征在于，所述镁和硅的重量比为：0.04-0.06:1。

10.如权利要求9所述的高导热压铸铝合金材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)向熔炉投入铝锭和镍元素添加剂，加热使其熔化为金属溶液；

(2)温度达到830℃-860℃，在金属溶液中加入铁元素添加剂使其完全熔化并完成合金化；

(3)将金属溶液降温至780-800℃；

(4)加入精练剂进行精炼净化、除渣；

(5)加入镁元素添加剂，并调整镁和硅的重量比；

(6)加入镧稀土添加剂进行变质；

(7)将铝液温度在770-780℃范围浇铸铝合金锭。