CN108546854A - 一种压铸铝合金材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种压铸铝合金材料，除铝外，按重量百分比计，包括如下组分：硅，含量为10.5‑12.5％；铁，含量为0.5‑％1.5％；铜，含量为0.1％‑0.4％；锰，含量为0.2‑0.7％；镁，含量为0.1％‑0.6％，稀土镧，含量0.01‑0.05％；稀土铈，含量0.015‑0.08％。本发明的压铸铝合金材料具备脱模容易，同时还兼顾高导热和高屈服强度的优点。
Description
技术领域
本发明属于铝合金材料领域，具体涉及一种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。
目前缺少一种脱模容易，同时还兼顾高导热和高屈服强度的铝合金材料。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种脱模容易，同时还兼顾高导热和高屈服强度的铝合金材料及其制备方法。
本发明提供一种压铸铝合金材料，除铝外，按重量百分比计，包括如下组分：硅，含量为10.5-12.5％；铁，含量为0.5-％1.5％；铜，含量为0.1％-0.4％；锰，含量为0.2-0.7％；镁，含量为0.1％-0.6％，稀土镧，含量0.01-0.05％；稀土铈，含量0.015-0.08％。
优选地，所述压铸铝合金材料还包括钛，含量0.03-0.26％。
优选地，所述压铸铝合金材料还包括锶，含量0.01-0.06％。
优选地，所述压铸铝合金材料还包括锌，含量为＜0.3％。
优选地，所述压铸铝合金材料还包括锡，含量为≤0.01％；还包括铅，含量为≤0.1％；还包括镉，含量为≤0.01％。
本发明还提供一种压铸铝合金材料，按重量百分比计，包括如下组分：硅，含量为10.5-12.5％；铁，含量为0.5-％1.5％；铜，含量为0.1％-0.4％；锰，含量为0.2-0.7％；镁，含量为0.1％-0.6％，锌，含量为＜0.3％；钛，含量0.03-0.26％；锶，含量0.01-0.06％；稀土镧，含量0.01-0.05％；稀土铈，含量0.015-0.08％；锡，含量为≤0.01％；铅，含量为≤0.1％；镉，含量为≤0.01％；其他杂质总量和不超过0.3％；余量为铝。
本发明还提供一种压铸铝合金材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)向熔炉投入铝锭及硅，加热使其熔化为金属溶液；
(2)温度达到830℃-850℃，在金属溶液中加入钛元素添加剂、锰元素添加剂、铁元素添加剂和铜元素添加剂，使其完全熔化；
(3)将金属溶液降温至740-760℃；
(4)加入精炼剂进行精炼净化，然后除渣；
(5)加入镁使其熔化；
(6)加入稀土镧、稀土铈和锶对材料进一步变质；
(7)温度在730-750℃范围浇铸铝合金锭。
优选地，所述步骤(1)中，加入的铝锭为铝锭总量的80-95％，所述步骤(2)和步骤(3)之间还包括加入剩余铝锭的步骤。
优选地，步骤(6)中，加入稀土镧、稀土铈和锶对材料进一步变质之前，用氮气喷吹金属液体5-15分钟。
优选地，步骤(6)中，先加入稀土镧和稀土铈进行变质后静置5-15分钟，温度在745-760℃之间加入锶后，再次净置5-15分钟。
优选地，所述精炼剂为无钠精炼剂。
本发明的压铸铝合金材料具备脱模容易，同时还兼顾高导热和高屈服强度的优点。
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压铸铝合金材料，除铝外，按重量百分比计，包括如下组分：硅，含量为10.5-12.5％；铁，含量为0.5-％1.5％；铜，含量为0.1％-0.4％；锰，含量为0.2-0.7％；镁，含量为0.1％-0.6％，稀土镧，含量0.01-0.05％；稀土铈，含量0.015-0.08％。
本实施例提供的压铸铝合金材料，在成分设计上倾向于获取更高的导热性能和屈服性能，还充分考虑了实际压铸成型过程中的脱模问题和模具的熔蚀问题。通过加入一定量的铁元素，令材料压铸成型后易脱模，并能一定程度上减弱材料对模具的熔蚀，提升模具寿命。铁元素对铝合金材料的导热性能和屈服性能都是不利的，锰能抑制铝硅合金中铁元素的部分有害作用；能提高再结晶温度并细化再结晶晶粒；能提高铝固溶体的稳定性。在含硅及含铜的铝硅合金中，可改善高温强度，但锰的导热性能也较差。同时，为了兼顾多项性能，本材料采用了稀土镧和铈进行变质，从另一方面弥补了部分铁元素引起的材料导热性能下降的问题，从整体上提升了材料的导热性能，并且对材料有一定的净化作用。
本实施例提供的压铸铝合金材料，以共晶硅为主的元素组成，所以材料有良好的流动性和成型性。可用于普通压铸成型，具有较好的流动性和成型性。经实测可压铸一般厚件；亦可满足0.34-0.52mm厚度的薄壁件成型。适合用于各种对导热性能和屈服性能有高要求的散热设备、支撑结构件、通讯设备、航天航空配件等方面的应用。
本实施例提供的压铸铝合金材料，可以通过人工时效热处理进行性能强化，在热处理后可以获取更高的物理性能，并能在一定程度上提高材料的导热性能。
在优选实施例中，压铸铝合金材料还包括钛，含量0.03-0.26％。材料中的钛有助细化材料的结晶晶粒。
在优选实施例中，压铸铝合金材料还包括锶，含量0.01-0.06％。材料中的锶变质，有助于优化共晶硅的组织结构，同时提升材料的性能。
在优选实施例中，压铸铝合金材料还包括锌，含量为＜0.3％。
在优选实施例中，压铸铝合金材料还包括锡，含量为≤0.01％。
在优选实施例中，压铸铝合金材料还包括铅，含量为≤0.1％。
在优选实施例中，压铸铝合金材料还包括镉，含量为≤0.01％。
本实施例提供的压铸铝合金材料有害元素含量少，具有较好的环保性。
本发明还提供一种高导热铝合金材料，按重量百分比计，包括如下组分：硅，含量为10.5-12.5％；铁，含量为0.5-％1.5％；铜，含量为0.1％-0.4％；锰，含量为0.2-0.7％；镁，含量为0.1％-0.6％，锌，含量为＜0.3％；钛，含量0.03-0.26％；锶，含量0.01-0.06％；稀土镧，含量0.01-0.05％；稀土铈，含量0.015-0.08％；锡，含量为≤0.01％；铅，含量为≤0.1％；镉，含量为≤0.01％；其他杂质总量和不超过0.3％；余量为铝。
本发明还提供一种高导热铝合金材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)向熔炉投入铝锭及硅，加热使其熔化为金属溶液。
(2)温度达到830℃-850℃，在金属溶液中加入钛元素添加剂、锰元素添加剂、铁元素添加剂和铜元素添加剂，使其完全熔化。
(3)将金属溶液降温至740-760℃。
(4)加入精炼剂进行精炼净化，然后除渣。
(5)加入镁使其熔化。
(6)加入稀土镧、稀土铈和锶对材料进一步变质。
(7)铝液温度在730-750℃范围浇铸铝合金锭。
在优选实施例中，精炼剂为无钠精炼剂。含钠精炼剂会导致稀土元素变质失效。
在优选实施例中，所述步骤(1)中，加入的铝锭为铝锭总量的80-95％，所述步骤(2)和步骤(3)之间还包括加入剩余铝锭的步骤。
在优选实施例中，步骤(6)中，加入稀土镧、稀土铈和锶对材料进一步变质之前，用氮气喷吹金属液体5-15分钟。
在优选实施例中，步骤(6)中，先加入稀土镧和稀土铈进行变质后静置5-15分钟，温度在745-760℃之间加入锶后，再次净置5-15分钟。
在进一步优选实施例中，稀土镧、稀土铈、镁和锶，均在加入精炼剂进行精炼净化后加入。熔点相对低和容易高温损耗的金属元素如镁和锶在精炼之后加入，尤其是锶，在精炼之后温度接近浇铸温度时加入，能够提高熔炼效率，并且使得到的合金材料具有较好的导热性能和高屈服强度。在另一优选实施例中，稀土镧、稀土铈、镁、锶、钛元素添加剂、锰元素添加剂、铁元素添加剂和铜元素添加剂的加入顺序可变换。
为了对本发明的技术方案能有更进一步的了解和认识，现列举几个较佳实施例对其做进一步详细说明。
实施例1
原料配比，按重量百分比计算：硅，含量为11.59％；铁，含量为0.647％；铜，含量为0.202％；锰，含量为0.396％；镁，含量为0.325％，锌，含量为0.0213％；钛，含量0.0382％；锶，含量0.0209％；稀土镧，含量0.0318％；稀土铈，含量0.0518％；锡，含量为≤0.00052％；铅，含量为≤0.00053％；镉，含量为≤0.0002％，余量为铝。
按照上述配比制备合金，步骤如下：
向熔炉投入铝锭及硅，加热使其熔化为金属溶液，使金属溶液的温度达到830℃；在金属溶液中加入钛元素添加剂、锰元素添加剂、铁元素添加剂和铜元素添加剂进行合金化，完全熔化后将金属溶液降温至760℃，然后加入无钠精炼剂进行精炼净化、除渣；再加入镁并使其熔化并搅拌均匀，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，先用用氮气喷吹金属液体10分钟，然后加入稀土镧、稀土铈进行变质后静置10分钟，温度在745-760℃之间加入锶后，再次净置10分钟，铝液温度在730-750℃范围浇铸铝合金锭，得到铝合金材料。
实施例2
原料配比，按重量百分比计算：硅，含量为11.50％；铁，含量为0.648％；铜，含量为0.2％；锰，含量为0.385％；镁，含量为0.329％，锌，含量为0.0216％；钛，含量0.0412％；锶，含量0.0218％；镧，含量0.0311％；稀土铈，含量0.0505％；锡，含量为≤0.00048％；铅，含量为≤0.00070％；镉，含量为≤0.00023％，余量为铝。
按照上述配比制备合金，步骤如下：
向熔炉投入铝锭及硅，加热使其熔化为金属溶液，使金属溶液的温度达到830℃；在金属溶液中加入钛元素添加剂、锰元素添加剂、铁元素添加剂和铜元素添加剂进行合金化，完全熔化后将金属溶液降温至760℃，然后加入精炼剂进行精炼净化、除渣；再加入镁并使其熔化并搅拌均匀，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，先用用氮气喷吹金属液体10分钟，然后加入稀土镧、稀土铈进行变质后静置10分钟，温度在745-760℃之间加入锶后，再次净置10分钟，铝液温度在730-750℃范围浇铸铝合金锭，得到铝合金材料。
对比例
按照欧盟的EN AC-47100合金作为对比例，EN AC-47100合金的主要化学成分标准为：
铜(Cu)0.7-1.2、硅(Si)10.5-13.5、镁(Mg)≤0.3、锌(Zn)≤0.55、铁(Fe)≤1.3、锰(Mn)≤0.55、铬(Cr)≤0.1、镍(Ni)≤0.3、钛(Ti)≤0.2、锡(Sn)≤0.1、铅(Pb)≤0.2、余量为铝(Al)。
将实施例1、实施例2制备得到的铝合金材料和对比例的铝合金材料进行抗拉强度、屈服强度、延伸率和导热系数的测定。具体数据如表1所示。
表1
由表1的数据可以看出，实施例1和实施例2制备得到的合金材料具有较高的抗拉强度、屈服强度和延伸率，具有较好的压铸性能，可满足薄壁件压铸，并且本申请人在使用过程中发现，实施例1和实施例2制备得到的合金材料成型性好，易脱模，能够有效保护生产模具，提高模具的使用寿命。而对比例1的EN AC-47100合金，压铸性能及导热系数都相对较差。
综上，说明本实施例1和实施例2的合金材料各个金属元素配比合理，相互配合促进，使得到的合金材料不仅脱模效果好，并且具有较好的压铸性能和导热性能。
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)
1.一种压铸铝合金材料，其特征在于，除铝外，按重量百分比计，包括如下组分：硅，含量为10.5-12.5％；铁，含量为0.5-％1.5％；铜，含量为0.1％-0.4％；锰，含量为0.2-0.7％；镁，含量为0.1％-0.6％，稀土镧，含量0.01-0.05％；稀土铈，含量0.015-0.08％。
2.如权利要求1所述的压铸铝合金材料，其特征在于，还包括钛，含量0.03-0.26％。
3.如权利要求1所述的压铸铝合金材料，其特征在于，还包括锶，含量0.01-0.06％。
4.如权利要求1所述的压铸铝合金材料，其特征在于，还包括锌，含量为＜0.3％。
5.如权利要求1所述的压铸铝合金材料，其特征在于，还包括锡，含量为≤0.01％；还包括铅，含量为≤0.1％；还包括镉，含量为≤0.01％。
6.一种压铸铝合金材料，其特征在于，按重量百分比计，包括如下组分：硅，含量为10.5-12.5％；铁，含量为0.5-％1.5％；铜，含量为0.1％-0.4％；锰，含量为0.2-0.7％；镁，含量为0.1％-0.6％，锌，含量为＜0.3％；钛，含量0.03-0.26％；锶，含量0.01-0.06％；稀土镧，含量0.01-0.05％；稀土铈，含量0.015-0.08％；锡，含量为≤0.01％；铅，含量为≤0.1％；镉，含量为≤0.01％；其他杂质总量和不超过0.3％；余量为铝。
7.如权利要求6所述的压铸铝合金材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)向熔炉投入铝锭及硅，加热使其熔化为金属溶液；
(2)温度达到830℃-850℃，在金属溶液中加入钛元素添加剂、锰元素添加剂、铁元素添加剂和铜元素添加剂，使其完全熔化；
(3)将金属溶液降温至740-760℃；
(4)加入精炼剂进行精炼净化，然后除渣；
(5)加入镁使其熔化；
(6)加入稀土镧、稀土铈和锶对材料进一步变质；
(7)温度在730-750℃范围浇铸铝合金锭。
8.如权利要求7所述制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，加入的铝锭为铝锭总量的80-95％，所述步骤(2)和步骤(3)之间还包括加入剩余铝锭的步骤。
9.如权利要求7所述制备方法，其特征在于，所述步骤(6)中，加入稀土镧、稀土铈和锶对材料进一步变质之前，先用氮气喷吹金属液体5-15分钟。
10.如权利要求9所述制备方法，其特征在于，步骤(6)中，先加入稀土镧和稀土铈进行变质后静置5-15分钟，温度在745-760℃之间加入锶后，再次净置5-15分钟。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180918 |
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