CN108913962A

CN108913962A - 一种压铸用高导热铝合金及其热处理方法

Info

Publication number: CN108913962A
Application number: CN201811128007.6A
Authority: CN
Inventors: 闫国庆; 林毛古; 李智生; 潘欢欢; 柴海俊; 任彦杰
Original assignee: Shanxi Reggae Metal New Material Co Ltd
Current assignee: Shanxi Reggae Metal New Material Co Ltd
Priority date: 2018-09-27
Filing date: 2018-09-27
Publication date: 2018-11-30

Abstract

本发明涉及一种压铸用高导热铝合金及其热处理方法，所述原材料的重量百分含量的化学成分如下：Si含量为3.0‑5.8 wt.%，Fe含量为0.2‑0.9 wt.%，Mg含量为0.05‑0.30 wt.%，Mn含量为0‑0.1wt.%，B含量为0.02‑0.07 wt.%，La、Ce混合稀土含量为0‑0.5 wt.%，其余为铝和不可避免的杂质，其他杂质含量要求：单个元素含量小于0.01wt.%。本材料与传统压铸铝合金相比，可进行热处理，具有较高的导热性能，原材料导热系数≥185W/m∙K，热处理后导热系数≥195W/m∙K且耐蚀性能较好，具有较好的硬度，热处理后布氏硬度≥60HB，可应用于通讯行业、3C、汽车领域对导热性有较高要求的零部件。

Description

一种压铸用高导热铝合金及其热处理方法

技术领域

本发明涉及铸造技术领域，特别是涉及一种压铸用高导热铝合金及其热处理方法。

背景技术

随着社会迅速发展、通讯行业5G时代的到来、人们需求的不断提高，3C产品更新换代节奏频繁，同时，在国家发展战略的引导和支持下，汽车轻量化的步伐加快，这些都对高性能轻合金材料提出了越来越高的要求。因为压铸是3C、汽车产业零部件等主要的铸造方式之一，所以对压铸用高性能铝合金材料的研制开发和应用也凸显迫切，特别是铝合金材料的导热性能，如3C方面涉及手机、笔记本散热器等，汽车零部件方面涉及部分发动机零件，灯架散热部件等，都更加关注铝合金的导热性能。

目前工业化生产中所使用的压铸用铝合金导热系数在130W/m∙K左右水平，而一些导热性系数达到180W/m∙K左右的铝合金材料，硬度却在50HB左右水平，当导热系数更高时，硬度会进一步降低，不能够满足对材料表面抗破坏能力的要求，如部件与部件之间的焊接、螺栓连接，保持螺纹长效性等都需要材料具有一定的硬度，所以当前工业生产上现有的压铸用铝合金材料不能够完全满足对高端导热性能铝合金的需求。

纯铝的室温导热系数为237 W/m∙K，铝合金中添加任何元素都会降低材料的导热性能，但通过合适的元素配比，尽量减少不必要杂质元素含量，能够兼顾优良机械性能和较好的导热性能，同时通过适当的热处理，使铝合金基体中元素以二次相的形式析出，减少固溶原子对电子的散射作用，能够进一步改善材料导热性。

发明内容

本发明的目的是提供一种高导热性能铝合金材料及其热处理方法，同时具有较好的压铸性能，并且兼顾较好的硬度，为高端导热用铝材提供一种可行的解决方案。

目前最成熟的压铸用铝合金为铝硅系列合金，硅的添加能明显提升铝合金的流动性，改善材料铸造性能；铁的添加能够改善材料脱模特性，但较高的铁含量会降低铸件的机械性能，所以采用锰替代部分铁成为一种较好的解决方案，锰替代部分铁在改善铸件机械能的同时，保证材料具有较好的脱模性能；镁能够改善材料淬火敏感性，使铝合金可进行热处理，能够提高铝合金的机械性能，同时材料在热处理后析出第二相，减少固溶在基体中的元素含量，从而提高铝合金的导热性能；硼能够改善铝合金组织，细化晶粒，同时适当的硼元素能够降低铝合金中钒、铬、锆、钛等杂质的含量，从而提高铝合金纯净度，改善材料导热性能；适当的镧铈稀土配合硼元素，改善合金组织结构，提高材料机械性能和导热性能,同时相比于单一稀土元素，使用混合稀土能够在一定程度上降低生产成本。

同时，恰当的热处理制度能够使材料达到最优的导热性能，最优的机械性能，热处理使组织析出Mg2Si，Al3Re等相，改善含Fe相形貌，减少固溶原子对电子的散射作用，使得材料导电性能、导热性能大幅提高。

本发明特征在于，所述原材料的重量百分含量的化学成分：Si含量为3.0-5.8wt.%；Fe含量为0.2-0.9 wt.%；Mn含量为0-0.1wt.%；Mg含量为0.05-0.30wt.%；B含量为0.02-0.07wt.%；La、Ce混合稀土0-0.5wt.%，其余为铝和不可避免的杂质，其他杂质含量要求：单个元素含量小于0.01 wt.%。

最优的，所述铝合金的成分（重量百分比）：Si含量为4.5-5.5 wt. %；B含量为0.03-0.06 wt.%；La、Ce混合稀土0.3-0.4 wt.%，当Fe含量选取为0.55-0.8 wt.%时，最优的Mn含量为0-0.05wt.%，最优的Mg含量为0.05-0.15wt.%；其余为铝和不可避免的杂质，其他杂质含量要求：单个元素含量小于0.01 wt.%，最优的，其他单个元素含量小于0.005 wt.%。

最优的，所述铝合金的成分（重量百分比）：Si含量为4.5-5.5 wt. %；B含量为0.03-0.06 wt.%；La、Ce混合稀土0.3-0.4 wt.%，当Fe含量选取为0.2-0.55 wt.%时，最优的Mn含量为0.05-0.1wt.%；最优的Mg含量为0.15-0.30wt.%；其余为铝和不可避免的杂质，其他杂质含量要求：单个元素含量小于0.01wt.%，最优的，其他单个元素含量小于0.005wt.%。

所述高导热铝合金可以通过以下技术方案获得：

(1)以金属Al锭、Al-Si中间合金或金属硅、Al-Mn中间合金或金属Mn、Mg-Al中间合金或金属Mg锭、Al-B中间合金、金属Fe或铁剂、镧铈混合稀土作为铝合金中各元素的原料，按上述成分范围确定成分的重量百分比称取相应的原料；

(2)将全部金属铝锭放进熔炼炉中进行熔炼，熔炼温度为720-750℃，直至完全熔化制成铝熔体；

(3) 在加热过程中逐渐加入所需的硅、铁、锰以及镁，获得铝合金熔体；

(4)将铝合金熔体控制在720-750℃的温度下搅拌10min，在搅拌过程中加入铝合金专用精炼剂进行精炼与除气；精炼完毕，清除液面上的熔剂和浮渣，静置约10-20min；

(5)熔炼温度保持在720-750℃，加入精炼剂进行二次精炼，均匀搅拌20min，清除液面上的浮渣；

(6)将熔体温度保持在710-740℃，加入硼、镧铈混合稀土，搅拌熔化后静置时间≥30min；

(7)将铝合金熔体保持在720-740℃，经过在线过滤及除气后进行浇铸，即得成品。

将所得压铸用高导热铝合金成品进行热处理，具体热处理制度方式如下：

将样品置于室温温度下的热处理炉中，随炉升温，升温速率3-15℃/min，保温温度200±10℃，保温时间1-3h，保温后取出，在空气中冷却、或喷水雾冷却至室温；

或将样品置于室温温度下的热处理炉中，随炉升温，升温速率5-20℃/min，热处理温度340±10℃、保温1-2h，保温后取出，在空气中冷却、或喷水雾冷却至室温。

采用上述工艺步骤能够制备出导热系数和布氏硬度高的高导热铝合金，兼顾优良机械性能和较好的导热性能；各个步骤中所用参数对于产品的性能均有一定影响，确保了产品的导热和机械性能。

本发明的优点是：本材料铸造性能良好，可采用压铸方式进行大规模生产，并且可进行热处理，原材料导热系数≥185W/m∙K，布氏硬度≥58HB，热处理温度200±10℃，保温1-3h，或热处理温度340±10℃、保温1-2h，保温后取出，在空气中冷却、或喷水雾冷却，热处理后导热系数≥195W/m∙K，布氏硬度≥60HB，同时由于Cu等杂质含量低，材料耐蚀性能较好。本发明所述材料可应用于通讯行业、3C、汽车领域对导热性有较高要求的零部件。

具体实施方式

为了便于更清晰的解释、描述本发明，以下列举实例。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、

以下为具体技术方案：

（1）将全部金属铝锭放进熔炼炉中，熔炼温度为 720℃，直至完全熔化制成铝熔体，作为基液；

（2）待铝合金完全熔化后依次逐渐加入5.5 wt. %硅、0.6wt. %铁以及0.12wt. %镁，获得铝合金熔体；

（3）将铝合金熔体控制在730℃的温度下搅拌10min，在搅拌过程中加入铝合金专用精炼；静置10min；

（4）熔炼温度保持在730℃，加入精炼剂进行二次精炼，均匀搅拌20min，清除液面上的浮渣；

（5）将熔体温度保持在730℃，加入0.03 wt. %硼，0.31 wt. %镧铈混合稀土，搅拌熔化后静置40min；

（6）经过在线过滤及除气后进行浇铸，即得成品。

所得原材料成品通过激光导热测试得到导热系数182W/m∙K，布氏硬度58HB，热处理温度200℃，保温2h，保温后取出，在空气中冷却，热处理后导热性能197W/m∙K，布氏硬度60HB。

实施例2、

以下为具体技术方案：

（1）将全部金属铝锭放进熔炼炉中，熔炼温度为 730℃，直至完全熔化制成铝熔体，作为基液；

（2）待铝合金完全熔化后依次逐渐加入4.0 wt. %硅、0.45wt. %铁、0.06 wt. %锰以及0.2wt. %镁，获得铝合金熔体；

（3）将铝合金熔体控制在740℃的温度下搅拌10min，在搅拌过程中加入铝合金专用精炼；静置10min；

（4）熔炼温度保持在740℃，加入精炼剂进行二次精炼，均匀搅拌20min，清除液面上的浮渣；

（5）将熔体温度保持在720℃，加入0.04 wt. %硼，0.37 wt. %镧铈混合稀土，搅拌熔化后静置60min；

（6）经过在线过滤及除气后进行浇铸，即得成品。

所得原材料成品通过激光导热测试得到导热系数190W/m∙K，布氏硬度60HB，热处理温度340℃，保温1h，保温后取出，喷水雾冷却，热处理后导热系数208W/m∙K，布氏硬度69HB。

Claims

1.一种压铸用高导热铝合金，其特征在于，所述铝合金的成分按重量百分比计如下：

Si含量为3.0-5.8 wt.%；Fe含量为0.2-0.9 wt.%；Mn含量为0-0.1wt.%；Mg含量为0.05-0.30wt.%；B含量为0.02-0.07wt.%；La、Ce混合稀土含量为0-0.5 wt.%，其余为铝和不可避免的杂质，其他杂质含量要求：单个元素含量小于0.01 wt.%。

2.根据权利要求1所述的一种压铸用高导热铝合金，其特征在于，所述铝合金的成分按重量百分比计如下：

Si含量为4.5-5.5 wt.%；

B含量为0.03-0.06 wt.%；

La、Ce混合稀土0.3-0.4 wt.%；

当Fe含量为0.55-0.8 wt.%时，Mn含量为0-0.05wt.%，Mg含量为0.05-0.15wt.%；其余为铝和不可避免的杂质，其他杂质含量要求：其他单个元素含量小于0.005 wt.%。

3.根据权利要求1所述的一种压铸用高导热铝合金，其特征在于，所述铝合金的成分按重量百分比计如下：

Si含量为4.5-5.5 wt.%；

B含量为0.03-0.06 wt.%；

La、Ce混合稀土0.3-0.4 wt.%；

当Fe含量为0.2-0.55wt.%时， Mn含量为0.05-0.1wt.%， Mg含量为0.15-0.30 wt.%；其余为铝和不可避免的杂质，其他杂质含量要求：其他单个元素含量小于0.005 wt.%。

4.一种压铸用高导热铝合金热处理方法，其特征在于：将权利要求1~3任一项所述压铸用高导热铝合金置于室温温度的热处理炉中，随炉升温，升温速率3-15℃/min，保温温度200±10℃，保温时间1-3h，保温后取出，在空气中冷却、或喷水雾冷却至室温。

5.一种压铸用高导热铝合金热处理方法，其特征在于：将权利要求1~3任一项所述压铸用高导热铝合金置于室温温度的热处理炉中，随炉升温，升温速率5-20℃/min，热处理温度340±10℃、保温1-2h，保温后取出，在空气中冷却、或喷水雾冷却至室温。