CN108893626A - 一种高强度铝合金散热片及其生产工艺 - Google Patents

一种高强度铝合金散热片及其生产工艺 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种高强度铝合金散热片及其生产工艺，所述高强度铝合金散热片具有以下化学成分：Ti：5.8～8.5％、Zr：0.5～1.2％、Cu：2～3.3％、V：0.2～1％、Si：0.2～0.35％、RE：3.3～4.2％，余量为Al及不可避免的杂质；其生产工艺包括熔炼、浇注、挤压成型、预处理、淬火、时效处理等步骤；本发明通过合理配置铝合金散热片中各原料成分，并结合优化的生产工艺，使铝合金散热片具有优异的强度、硬度，兼具优异的耐腐蚀性、韧性和焊接性能，尺寸稳定性高。

Description

一种高强度铝合金散热片及其生产工艺
技术领域
本发明涉及散热片技术领域，具体涉及一种高强度铝合金散热片及其生产工艺。
背景技术
由于铝合金具有密度小、可强化、易加工、耐腐蚀、无低温脆性、良好的导热性能且外表美观等特点，被广泛地应用于生产散热片型材。由铝合金制成的散热片具有质量轻，导热率高的优点，目前已经被广泛的应用在机械、电气、模具等多个领域。在散热片的发展过程中，对散热片轻质化的要求越来越高，因此进一步薄化散热片成为必要。但是，如果将散热片薄化后，其强度、持久性都会受到不良影响，因此需要对铝合金散热片的强度、耐腐蚀性等性能做进一步提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高强度铝合金散热片及其生产工艺，通过合理配置铝合金散热片中各原料成分，并结合优化的生产工艺，使铝合金散热片具有优异的强度、硬度，兼具优异的耐腐蚀性、韧性和焊接性能，尺寸稳定性高。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种高强度铝合金散热片，具有以下化学成分：Ti：5.8～8.5％、Zr：0.5～1.2％、Cu：2～3.3％、V：0.2～1％、Si：0.2～0.35％、RE：3.3～4.2％，余量为Al及不可避免的杂质。
优选地，所述高强度铝合金散热片具有以下化学成分：Ti：6.2％、Zr：1％、Cu：2.6％、V：0.7％、Si：0.25％、RE：3.7％，余量为Al及不可避免的杂质。
优选地，所述RE为Y、Ce、La中的一种或多种。
优选地，所述RE为Y、La按质量比1：0.3～0.7混合而成。
本发明中高强度铝合金散热片的生产工艺，包括以下步骤：
(1)熔炼：各原料投入熔炼炉中，在温度为720～760℃的条件下熔炼2.5～4h，并添加少量覆盖剂，得铝合金熔液，并充分搅拌；之后造渣、除气精炼，停电，静置熔体；
(2)浇注：将经步骤(1)处理所得的铝合金溶液进行浇注，得铝棒；
(3)挤压成型：采用1200T正向挤压机，挤压速度为3.6～4.8m/min，匀速挤压，挤压成型时铝棒温度为480～510℃，模具温度为480～500℃，挤压筒温度为420～435℃；
(4)预处理：将挤压成型所得的型材冷却至室温，并置于循环风炉中进行预处理，处理温度为120～130℃，时间为4～8h；
(5)淬火：将经预处理所得的型材在加热炉中升温至480～500℃，保温1～1.5h，再进行风冷淬火，风冷的气流温度为20～28℃，冷却时间为5～6min；
(6)时效处理：将经淬火所得的型材以2～3.5℃/min的速度升温至165～180℃，保温4～5.5h，再以1～1.5℃/min的速度升温至220～235℃，保温1～1.5h，空冷至室温。
优选地，所述所述步骤(5)中，风冷的气流温度为24℃，冷却时间为5.5min。
本发明的有益效果是：
本发明中的Ti与Al形成TiAl2相，成为结晶时的非自发核心，起细化铸造组织和焊缝组织的作用。同时适量的Ti的加入，可有效提高铝合金的强度、抗高温蠕变性和耐腐蚀性。但是加入的Ti对铝合金的延展性有一定影响，在此情况下，加入适量的Cu可加强铝合金的延展性，而形成强化相CuAl2固溶于铝合金中时，使铝合金的强度和硬度均得到提高。加入的Zr和Al形成ZrAl3化合物，可阻碍再结晶过程，细化再结晶晶粒。V在铝合金中形成VAl11难熔化合物，在熔铸过程中起细化晶粒作用，细化再结晶组织、提高再结晶温度的作用。
本发明将RE加入铝合金散热片中，RE溶入至铝中后，以固溶态存在在基体中，固溶的结构使铝的点阵发生较大畸变，产生α固溶体硬化效果，可有效提高铝合金散热片的强度，特别是当RE的加入量为3.3～4.2％时，其强化效果达到最佳。同时RE还可降低熔体表面张力，增加流动性，有利于浇注，对工艺性能有着明显的影响。
本发明在生产铝合金散热片时，将挤压成型所得的型材先冷却至室温，并于循环风炉中进行低温预处理，之后再进行淬火处理，可避免型材在淬火过程中长生裂纹及其他缺陷，同时在淬火风冷淬火过程中合理设置气流温度与风冷时间，可使型材的屈服强度、疲劳强度、韧性、硬度均有显著提高。在进行时效处理时，采合理设置时效温度以及升温速度，使型材的硬度以及强度均得到进一步提高，并使合金内部的应力几乎得到完全消除。
本发明中通过合理配置铝合金散热片中各原料成分，并结合优化的生产工艺，使铝合金散热片具有优异的强度、硬度，兼具优异的耐腐蚀性、韧性和焊接性能，尺寸稳定性高。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种高强度铝合金散热片，具有以下化学成分：Ti：6.2％、Zr：1％、Cu：2.6％、V：0.7％、Si：0.25％、RE：3.7％，余量为Al及不可避免的杂质。
上述RE为Y、La按质量比1：0.6混合而成。
上述高强度铝合金散热片的生产工艺，包括以下步骤：
(1)熔炼：各原料投入熔炼炉中，在温度为745℃的条件下熔炼3.5h，并添加少量覆盖剂，得铝合金熔液，并充分搅拌；之后造渣、除气精炼，停电，静置熔体；
(2)浇注：将经步骤(1)处理所得的铝合金溶液进行浇注，得铝棒；
(3)挤压成型：采用1200T正向挤压机，挤压速度为4.2m/min，匀速挤压，挤压成型时铝棒温度为500℃，模具温度为490℃，挤压筒温度为425℃；
(4)预处理：将挤压成型所得的型材冷却至室温，并置于循环风炉中进行预处理，处理温度为120℃，时间为8h；
(5)淬火：将经预处理所得的型材在加热炉中升温至500℃，保温1.5h，再进行风冷淬火，风冷的气流温度为24℃，冷却时间为5.5min；
(6)时效处理：将经淬火所得的型材以3℃/min的速度升温至170℃，保温5h，再以1.2℃/min的速度升温至230℃，保温1.2h，空冷至室温。
实施例2：
一种高强度铝合金散热片，具有以下化学成分：Ti：8.5％、Zr：0.8％、Cu：2％、V：1％、Si：0.3％、RE：4.2％，余量为Al及不可避免的杂质。
上述RE为Y、La按质量比1：0.3混合而成。
上述高强度铝合金散热片的生产工艺，包括以下步骤：
(1)熔炼：各原料投入熔炼炉中，在温度为760℃的条件下熔炼3h，并添加少量覆盖剂，得铝合金熔液，并充分搅拌；之后造渣、除气精炼，停电，静置熔体；
(2)浇注：将经步骤(1)处理所得的铝合金溶液进行浇注，得铝棒；
(3)挤压成型：采用1200T正向挤压机，挤压速度为4m/min，匀速挤压，挤压成型时铝棒温度为510℃，模具温度为480℃，挤压筒温度为425℃；
(4)预处理：将挤压成型所得的型材冷却至室温，并置于循环风炉中进行预处理，处理温度为130℃，时间为5h；
(5)淬火：将经预处理所得的型材在加热炉中升温至500℃，保温1h，再进行风冷淬火，风冷的气流温度为26℃，冷却时间为6min；
(6)时效处理：将经淬火所得的型材以3.5℃/min的速度升温至180℃，保温4h，再以1℃/min的速度升温至220℃，保温1.5h，空冷至室温。
实施例3：
一种高强度铝合金散热片，具有以下化学成分：Ti：7.2％、Zr：0.5％、Cu：2.8％、V：0.2％、Si：0.35％、RE：3.6％，余量为Al及不可避免的杂质。
上述RE为Y、La按质量比1：0.7混合而成。
上述高强度铝合金散热片的生产工艺，包括以下步骤：
(1)熔炼：各原料投入熔炼炉中，在温度为720℃的条件下熔炼4h，并添加少量覆盖剂，得铝合金熔液，并充分搅拌；之后造渣、除气精炼，停电，静置熔体；
(2)浇注：将经步骤(1)处理所得的铝合金溶液进行浇注，得铝棒；
(3)挤压成型：采用1200T正向挤压机，挤压速度为4.8m/min，匀速挤压，挤压成型时铝棒温度为480℃，模具温度为500℃，挤压筒温度为420℃；
(4)预处理：将挤压成型所得的型材冷却至室温，并置于循环风炉中进行预处理，处理温度为120℃，时间为8h；
(5)淬火：将经预处理所得的型材在加热炉中升温至480℃，保温1.5h，再进行风冷淬火，风冷的气流温度为28℃，冷却时间为6min；
(6)时效处理：将经淬火所得的型材以2℃/min的速度升温至165℃，保温5.5h，再以1.5℃/min的速度升温至220℃，保温1.5h，空冷至室温。
实施例4：
一种高强度铝合金散热片，具有以下化学成分：Ti：5.8％、Zr：1.2％、Cu：3.3％、V：0.45％、Si：0.2％、RE：3.3％，余量为Al及不可避免的杂质。
上述RE为Y、Ce按质量比1：0.5混合而成。
上述高强度铝合金散热片的生产工艺，包括以下步骤：
(1)熔炼：各原料投入熔炼炉中，在温度为750℃的条件下熔炼2.5h，并添加少量覆盖剂，得铝合金熔液，并充分搅拌；之后造渣、除气精炼，停电，静置熔体；
(2)浇注：将经步骤(1)处理所得的铝合金溶液进行浇注，得铝棒；
(3)挤压成型：采用1200T正向挤压机，挤压速度为3.6m/min，匀速挤压，挤压成型时铝棒温度为500℃，模具温度为485℃，挤压筒温度为435℃；
(4)预处理：将挤压成型所得的型材冷却至室温，并置于循环风炉中进行预处理，处理温度为128℃，时间为8h；
(5)淬火：将经预处理所得的型材在加热炉中升温至500℃，保温1h，再进行风冷淬火，风冷的气流温度为20℃，冷却时间为5min；
(6)时效处理：将经淬火所得的型材以2.5℃/min的速度升温至170℃，保温5h，再以1.2℃/min的速度升温至235℃，保温1h，空冷至室温。
实施例5：
一种高强度铝合金散热片，具有以下化学成分：Ti：6％、Zr：1.2％、Cu：3％、V：0.6％、Si：0.3％、Ce：4％，余量为Al及不可避免的杂质。
上述高强度铝合金散热片的生产工艺同实施例1。
实施例6：
一种高强度铝合金散热片，具有以下化学成分：Ti：8.1％、Zr：0.6％、Cu：2.3％、V：0.9％、Si：0.31％、Y：3.8％，余量为Al及不可避免的杂质。
上述高强度铝合金散热片的生产工艺同实施例2。
性能测试：
通过发明实施例1～6的方法生产厚度为0.1mm的铝合金散热片，该铝合金散热片的室温抗拉强度在252MPa以上，屈服强度在185MPa以上，延伸率为8～10.5％。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种高强度铝合金散热片，其特征在于，具有以下化学成分：Ti：5.8～8.5％、Zr：0.5～1.2％、Cu：2～3.3％、V：0.2～1％、Si：0.2～0.35％、RE：3.3～4.2％，余量为Al及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的高强度铝合金散热片，其特征在于，具有以下化学成分：Ti：6.2％、Zr：1％、Cu：2.6％、V：0.7％、Si：0.25％、RE：3.7％，余量为Al及不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的高强度铝合金散热片，其特征在于，所述RE为Y、Ce、La中的一种或多种。
4.根据权利要求3所述的高强度铝合金散热片，其特征在于，所述RE为Y、La按质量比1：0.3～0.7混合而成。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的高强度铝合金散热片的生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)熔炼：各原料投入熔炼炉中，在温度为720～760℃的条件下熔炼2.5～4h，并添加少量覆盖剂，得铝合金熔液，并充分搅拌；之后造渣、除气精炼，停电，静置熔体；
(2)浇注：将经步骤(1)处理所得的铝合金溶液进行浇注，得铝棒；
(3)挤压成型：采用1200T正向挤压机，挤压速度为3.6～4.8m/min，匀速挤压，挤压成型时铝棒温度为480～510℃，模具温度为480～500℃，挤压筒温度为420～435℃；
(4)预处理：将挤压成型所得的型材冷却至室温，并置于循环风炉中进行预处理，处理温度为120～130℃，时间为4～8h；
(5)淬火：将经预处理所得的型材在加热炉中升温至480～500℃，保温1～1.5h，再进行风冷淬火，风冷的气流温度为20～28℃，冷却时间为5～6min；
(6)时效处理：将经淬火所得的型材以2～3.5℃/min的速度升温至165～180℃，保温4～5.5h，再以1～1.5℃/min的速度升温至220～235℃，保温1～1.5h，空冷至室温。
6.根据权利要求5所述的高强度铝合金散热片的生产工艺，其特征在于，所述所述步骤(5)中，风冷的气流温度为24℃，冷却时间为5.5min。
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