CN108359860A - 一种高导热铝合金型材及其生产工艺 - Google Patents

一种高导热铝合金型材及其生产工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高导热铝合金型材，包括以下重量份数的原料：铝74.5‑85.5份，铜2‑3份，锰0.5‑1份，镁3‑5份，锌0.8‑1份，硅1‑2份，钛2‑3份，铁1.5‑2.5份，银3‑4份，铍0.2‑2.2份，锆0.3‑0.8份，锝0.1‑0.5份，钪0.1‑0.5份。本发明还公开了一种高导热铝合金型材的生产工艺，包括如下步骤：配料熔炼，铸造，退火，两步法热处理，挤压，时效，冷处理，氧化。本发明的优点在于：通过对各合金元素按一定比例进行添加调整配比，提高铝合金型材的抗拉强度和导热性，获得一种兼顾导热性和抗拉性的铝合金型材；此外，该铝合金型材生产工艺简单、周期短、效率高，适于规模化生产。

Description

一种高导热铝合金型材及其生产工艺
技术领域
本发明涉及铝合金型材技术领域，尤其涉及一种高导热铝合金型材及其生产工艺。
背景技术
铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，因其密度低，强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，具有优良的导电性、导热性、抗蚀性等性能，可加工成各种型材，广泛用于机械制造、运输机械、动力机械及航空工业等方面。随着大功率电机的不断发展，对铝合金的导热性能要求越来越高，以满足其散热性能。
众所周知，高纯铝的导热性能好，热导率236W/mK，熔点高663℃，但强度较低，小于100MPa；铝合金是在铝中添加了Zn、Cu、Si、Mn、Mg等合金元素，这些元素的添加是为了提高强度，但其导热性能会有所下降；以常用的6061铝合金为例，其热导率180W/mK，熔点高582℃，强度达300MPa。
因此，目前急需研发一种新的高导热铝合金型材。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种兼顾高导热性和高抗拉性的高导热铝合金型材及其生产工艺。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种高导热铝合金型材，包括以下重量份数的原料：铝74.5-85.5份，铜2-3份，锰0.5-1份，镁3-5份，锌0.8-1份，硅1-2份，钛2-3份，铁1.5-2.5份，银3-4份，铍0.2-2.2份，锆0.3-0.8份，锝0.1-0.5份，钪0.1-0.5份。
作为本发明的优选方式之一，包括以下重量份数的原料：铝80.05份，铜2.5份，锰0.75份，镁4份，锌0.9份，硅1.5份，钛2.5份，铁2份，银3.5份，铍1.2份，锆0.5份，锝0.3份，钪0.3份。
作为本发明的优选方式之一，包括以下重量份数的原料：铝82.65份，铜2.2份，锰0.6份，镁3.5份，锌0.85份，硅1.2份，钛2.2份，铁1.8份，银3.2份，铍1份，锆0.4份，锝0.2份，钪0.2份。
作为本发明的优选方式之一，包括以下重量份数的原料：铝76.85份，铜2.8份，锰0.8份，镁4.5份，锌0.95份，硅1.8份，钛2.8份，铁2.2份，银3.8份，铍2份，锆0.7份，锝0.4份，钪0.4份。
一种生产上述高导热铝合金型材的工艺，包括如下步骤：
(1)配料及熔炼：分别称取上述重量份数的原料进行配料，再将各原料加入熔炼炉内，升温至炉料开始软化下塌时，向熔液表面撒上一层覆盖剂覆盖，当炉料完全熔化后，扒出表面浮渣，保持熔炼炉内温度为700-750℃，高温熔炼5-7h，得到铝合金熔液；
(2)铸造：将得到的铝合金熔液铸造成铸棒，切断成短棒，去掉其表面的氧化皮，得到铝合金铸锭；
(3)退火：将得到的铝合金铸锭进行均匀化退火21-24h；
(4)两步法热处理：将铝合金铸锭进行双级加热，将铝合金铸锭加热至300-350℃保温1-1.5h，风冷后，继续加热到450-500℃保温2.5-3.5h，得到处理后的铝合金铸锭；
(5)挤压：将热处理后的铝合金铸锭经过铝合金型材模具挤压得到铝合金型材；
(6)时效：对铝合金型材进行一级时效处理，温度为430-500℃、时间50-120min，然后将其水冷至室温后，再进行二级时效热处理，温度为150-200℃、时间2-12h，再空冷至室温得到时效型材；
(7)冷处理：将时效后的铝合金型材重新固溶淬火后15-25min内，置于液氮中进行冷处理，其中，冷处理温度为(-200)-(-185)℃，保温时间为15-45min；
(8)氧化处理：将型材放入硫酸溶液中，以铝型材为阳极，纯铝板为阴极，生产氧化膜。
作为本发明的优选方式之一，所述步骤(1)中，覆盖剂由下列重量份的覆盖剂原料混合而成：碳酸钠9份，氯化钾4份，玻璃粉5份，刚玉粉6份，萤石粉8份，椰壳炭粉3份，氮化铝6份，镁砂粉5份，莫来石粉8份，凹凸棒土4份。
作为本发明的优选方式之一，所述步骤(2)中，将得到的铝合金熔液在温度为700-720℃，铸造速度为70-85mm/min的条件下铸造成为铸棒，切断成长度为500-600mm的短棒，去掉其表面的氧化皮，得到铝合金铸锭。
作为本发明的优选方式之一，所述步骤(3)中，将得到的铝合金铸锭在退火温度为460-475℃的条件下进行均匀化退火21-24h。
作为本发明的优选方式之一，所述步骤(5)中，先将模具预热到温度为300-320℃，将热处理后的铝合金铸锭经过铝合金型材模具挤压，挤压温度为450-480℃，挤压力为320-330KN，得到铝合金型材。
作为本发明的优选方式之一，所述步骤(8)中，将型材放入为150g/L的硫酸溶液中，以铝型材为阳极，纯铝板为阴极，生产氧化膜的平均厚度为3-5μm。
本发明相比现有技术的优点在于：通过对各合金元素按一定比例进行添加调整配比，从而提高铝合金型材的抗拉强度和导热性，最终获得一种兼顾高导热性和高抗拉性的铝合金型材，热导率200-220W/mK，强度280-300MPa；此外，该铝合金型材的生产工艺简单、周期短、效率高，适于规模化生产。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
本实施例的一种高导热铝合金型材，包括以下重量份数的原料：铝85.5份，铜2份，锰0.5份，镁3份，锌0.8份，硅1份，钛2份，铁1.5份，银3份，铍0.2份，锆0.3份，锝0.1份，钪0.1份。
实施例2
本实施例的一种高导热铝合金型材，包括以下重量份数的原料：铝74.5份，铜3份，锰1份，镁5份，锌1份，硅2份，钛3份，铁2.5份，银4份，铍2.2份，锆0.8份，锝0.5份，钪0.5份。
实施例3
本实施例的一种高导热铝合金型材，包括以下重量份数的原料：铝80.05份，铜2.5份，锰0.75份，镁4份，锌0.9份，硅1.5份，钛2.5份，铁2份，银3.5份，铍1.2份，锆0.5份，锝0.3份，钪0.3份。
实施例4
本实施例的一种高导热铝合金型材，包括以下重量份数的原料：铝82.65份，铜2.2份，锰0.6份，镁3.5份，锌0.85份，硅1.2份，钛2.2份，铁1.8份，银3.2份，铍1份，锆0.4份，锝0.2份，钪0.2份。
实施例5
本实施例的一种高导热铝合金型材，包括以下重量份数的原料：铝76.85份，铜2.8份，锰0.8份，镁4.5份，锌0.95份，硅1.8份，钛2.8份，铁2.2份，银3.8份，铍2份，锆0.7份，锝0.4份，钪0.4份。
实施例6
本实施例的一种高导热铝合金型材的生产工艺，包括如下步骤：
(1)配料及熔炼：分别称取上述实施例中重量份数的原料进行配料，再将各原料加入熔炼炉内，升温至炉料开始软化下塌时，向熔液表面撒上一层覆盖剂覆盖，当炉料完全熔化后，扒出表面浮渣，保持熔炼炉内温度为700℃，高温熔炼5h，得到铝合金熔液；其中，覆盖剂由下列重量份的覆盖剂原料混合而成：碳酸钠9份，氯化钾4份，玻璃粉5份，刚玉粉6份，萤石粉8份，椰壳炭粉3份，氮化铝6份，镁砂粉5份，莫来石粉8份，凹凸棒土4份；
(2)铸造：将得到的铝合金熔液在温度为700℃，铸造速度为70mm/min的条件下铸造成为铸棒，切断成长度为500mm的短棒，去掉其表面的氧化皮，得到铝合金铸锭。
(3)退火：将得到的铝合金铸锭在退火温度为460℃的条件下进行均匀化退火21h；
(4)两步法热处理：将铝合金铸锭进行双级加热，将铝合金铸锭加热至300℃保温1h，风冷后，继续加热到450℃保温2.5h，得到处理后的铝合金铸锭；
(5)挤压：先将模具预热到温度为300℃，将热处理后的铝合金铸锭经过铝合金型材模具挤压，挤压温度为450℃，挤压力为320KN，得到铝合金型材；
(6)时效：对铝合金型材进行一级时效处理，温度为430℃、时间50min，然后将其水冷至室温后，再进行二级时效热处理，温度为150℃、时间2h，再空冷至室温得到时效型材；
(7)冷处理：将时效后的铝合金型材重新固溶淬火后15min内，置于液氮中进行冷处理，其中，冷处理温度为-200℃，保温时间为15min；
(8)氧化处理：将型材放入为150g/L的硫酸溶液中，以铝型材为阳极，纯铝板为阴极，生产氧化膜，氧化膜的平均厚度为3μm。
实施例7
本实施例的一种高导热铝合金型材的生产工艺，包括如下步骤：
(1)配料及熔炼：分别称取上述实施例中重量份数的原料进行配料，再将各原料加入熔炼炉内，升温至炉料开始软化下塌时，向熔液表面撒上一层覆盖剂覆盖，当炉料完全熔化后，扒出表面浮渣，保持熔炼炉内温度为750℃，高温熔炼7h，得到铝合金熔液；其中，覆盖剂由下列重量份的覆盖剂原料混合而成：碳酸钠9份，氯化钾4份，玻璃粉5份，刚玉粉6份，萤石粉8份，椰壳炭粉3份，氮化铝6份，镁砂粉5份，莫来石粉8份，凹凸棒土4份；
(2)铸造：将得到的铝合金熔液在温度为720℃，铸造速度为85mm/min的条件下铸造成为铸棒，切断成长度为600mm的短棒，去掉其表面的氧化皮，得到铝合金铸锭。
(3)退火：将得到的铝合金铸锭在退火温度为475℃的条件下进行均匀化退火24h；
(4)两步法热处理：将铝合金铸锭进行双级加热，将铝合金铸锭加热至350℃保温1.5h，风冷后，继续加热到500℃保温3.5h，得到处理后的铝合金铸锭；
(5)挤压：先将模具预热到温度为320℃，将热处理后的铝合金铸锭经过铝合金型材模具挤压，挤压温度为480℃，挤压力为330KN，得到铝合金型材；
(6)时效：对铝合金型材进行一级时效处理，温度为500℃、时间120min，然后将其水冷至室温后，再进行二级时效热处理，温度为200℃、时间12h，再空冷至室温得到时效型材；
(7)冷处理：将时效后的铝合金型材重新固溶淬火后25min内，置于液氮中进行冷处理，其中，冷处理温度为-185℃，保温时间为45min；
(8)氧化处理：将型材放入为150g/L的硫酸溶液中，以铝型材为阳极，纯铝板为阴极，生产氧化膜，氧化膜的平均厚度为5μm。
实施例8
本实施例的一种高导热铝合金型材的生产工艺，包括如下步骤：
(1)配料及熔炼：分别称取上述实施例中重量份数的原料进行配料，再将各原料加入熔炼炉内，升温至炉料开始软化下塌时，向熔液表面撒上一层覆盖剂覆盖，当炉料完全熔化后，扒出表面浮渣，保持熔炼炉内温度为720℃，高温熔炼6h，得到铝合金熔液；其中，覆盖剂由下列重量份的覆盖剂原料混合而成：碳酸钠9份，氯化钾4份，玻璃粉5份，刚玉粉6份，萤石粉8份，椰壳炭粉3份，氮化铝6份，镁砂粉5份，莫来石粉8份，凹凸棒土4份；
(2)铸造：将得到的铝合金熔液在温度为710℃，铸造速度为80mm/min的条件下铸造成为铸棒，切断成长度为550mm的短棒，去掉其表面的氧化皮，得到铝合金铸锭。
(3)退火：将得到的铝合金铸锭在退火温度为470℃的条件下进行均匀化退火22h；
(4)两步法热处理：将铝合金铸锭进行双级加热，将铝合金铸锭加热至325℃保温1.2h，风冷后，继续加热到480℃保温3h，得到处理后的铝合金铸锭；
(5)挤压：先将模具预热到温度为310℃，将热处理后的铝合金铸锭经过铝合金型材模具挤压，挤压温度为470℃，挤压力为325KN，得到铝合金型材；
(6)时效：对铝合金型材进行一级时效处理，温度为460℃、时间85min，然后将其水冷至室温后，再进行二级时效热处理，温度为175℃、时间7h，再空冷至室温得到时效型材；
(7)冷处理：将时效后的铝合金型材重新固溶淬火后20min内，置于液氮中进行冷处理，其中，冷处理温度为-190℃，保温时间为30min；
(8)氧化处理：将型材放入为150g/L的硫酸溶液中，以铝型材为阳极，纯铝板为阴极，生产氧化膜，氧化膜的平均厚度为4μm。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高导热铝合金型材，其特征在于，包括以下重量份数的原料：铝74.5-85.5份，铜2-3份，锰0.5-1份，镁3-5份，锌0.8-1份，硅1-2份，钛2-3份，铁1.5-2.5份，银3-4份，铍0.2-2.2份，锆0.3-0.8份，锝0.1-0.5份，钪0.1-0.5份。
2.根据权利要求1所述的高导热铝合金型材，其特征在于，包括以下重量份数的原料：铝80.05份，铜2.5份，锰0.75份，镁4份，锌0.9份，硅1.5份，钛2.5份，铁2份，银3.5份，铍1.2份，锆0.5份，锝0.3份，钪0.3份。
3.根据权利要求1所述的高导热铝合金型材，其特征在于，包括以下重量份数的原料：铝82.65份，铜2.2份，锰0.6份，镁3.5份，锌0.85份，硅1.2份，钛2.2份，铁1.8份，银3.2份，铍1份，锆0.4份，锝0.2份，钪0.2份。
4.根据权利要求1所述的高导热铝合金型材，其特征在于，包括以下重量份数的原料：铝76.85份，铜2.8份，锰0.8份，镁4.5份，锌0.95份，硅1.8份，钛2.8份，铁2.2份，银3.8份，铍2份，锆0.7份，锝0.4份，钪0.4份。
5.一种生产上述权利要求1-4任一项所述的高导热铝合金型材的工艺，其特征在于，包括如下步骤：
(1)配料及熔炼：分别称取上述重量份数的原料进行配料，再将各原料加入熔炼炉内，升温至炉料开始软化下塌时，向熔液表面撒上一层覆盖剂覆盖，当炉料完全熔化后，扒出表面浮渣，保持熔炼炉内温度为700-750℃，高温熔炼5-7h，得到铝合金熔液；
(2)铸造：将得到的铝合金熔液铸造成铸棒，切断成短棒，去掉其表面的氧化皮，得到铝合金铸锭；
(3)退火：将得到的铝合金铸锭进行均匀化退火21-24h；
(4)两步法热处理：将铝合金铸锭进行双级加热，将铝合金铸锭加热至300-350℃保温1-1.5h，风冷后，继续加热到450-500℃保温2.5-3.5h，得到处理后的铝合金铸锭；
(5)挤压：将热处理后的铝合金铸锭经过铝合金型材模具挤压得到铝合金型材；
(6)时效：对铝合金型材进行一级时效处理，温度为430-500℃、时间50-120min，然后将其水冷至室温后，再进行二级时效热处理，温度为150-200℃、时间2-12h，再空冷至室温得到时效型材；
(7)冷处理：将时效后的铝合金型材重新固溶淬火后15-25min内，置于液氮中进行冷处理，其中，冷处理温度为(-200)-(-185)℃，保温时间为15-45min；
(8)氧化处理：将型材放入硫酸溶液中，以铝型材为阳极，纯铝板为阴极，生产氧化膜。
6.根据权利要求5所述的高导热铝合金型材的生产工艺，其特征在于，所述步骤(1)中，覆盖剂由下列重量份的覆盖剂原料混合而成：碳酸钠9份，氯化钾4份，玻璃粉5份，刚玉粉6份，萤石粉8份，椰壳炭粉3份，氮化铝6份，镁砂粉5份，莫来石粉8份，凹凸棒土4份。
7.根据权利要求5所述的高导热铝合金型材的生产工艺，其特征在于，所述步骤(2)中，将得到的铝合金熔液在温度为700-720℃，铸造速度为70-85mm/min的条件下铸造成为铸棒，切断成长度为500-600mm的短棒，去掉其表面的氧化皮，得到铝合金铸锭。
8.根据权利要求5所述的高导热铝合金型材的生产工艺，其特征在于，所述步骤(3)中，将得到的铝合金铸锭在退火温度为460-475℃的条件下进行均匀化退火21-24h。
9.根据权利要求5所述的高导热铝合金型材的生产工艺，其特征在于，所述步骤(5)中，先将模具预热到温度为300-320℃，将热处理后的铝合金铸锭经过铝合金型材模具挤压，挤压温度为450-480℃，挤压力为320-330KN，得到铝合金型材。
10.根据权利要求5所述的高导热铝合金型材的生产工艺，其特征在于，所述步骤(8)中，将型材放入为150g/L的硫酸溶液中，以铝型材为阳极，纯铝板为阴极，生产氧化膜的平均厚度为3-5μm。
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