CN108950268A - 一种高效热传导铝合金锭生产方法 - Google Patents

一种高效热传导铝合金锭生产方法 Download PDF

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周毅
苏木阳
陈精智
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Abstract

本发明涉及铝合金材料制备技术领域，特别涉及一种高效热传导铝合金锭生产方法，目的在于提高铝合金产品的导热性能，以满足特殊行业对铝合金材料导热性的要求。主要工艺步骤包括：S1：将铝锭及硅材料加入试验炉内，点火升温熔化；S2：向试验炉内加入铜线，继续升温熔化；S3：待铝锭全部熔化完成后，加入硅材料及铝钛硼丝，维持温度在720‑760℃；S4：待所有材料熔化完毕，取铝液测成分，并根据检测结果补加相应材料；S5：待铝液成分满足要求时，控制温度在720‑740℃，加入无烟精炼剂，进行精炼；S6：向铝液中加入镁锭，使镁含量符合要求；S7：向铝液中加入铝稀土合金，混合搅拌均匀，浇铸试样。

Description

一种高效热传导铝合金锭生产方法
技术领域
本发明属于铝合金材料制备技术领域，特别涉及一种高效热传导铝合金锭生产方法。
背景技术
铝合金锭是以纯铝及回收铝为原料，依照国际标准或特殊要求添加其他元素，如：硅(Si)、铜(Cu)、镁(Mg)、铁(Fe)等，改善纯铝在铸造性、化学性及物理性的不足调配出来的合金，其一般应用于铸造业。
公布号为CN102051488A的中国发明专利披露了一种再生铸造铝合金锭生产工艺，其在再生铸造铝合金锭生产工艺中的炉前检测及工艺调整步骤中添加杂质Li元素的含量检测步骤，当Li元素的重量含量大于0.001％时，增加Li元素的去除工艺步骤。其通过对Li元素含量进行控制，提升了产品成品率。
但是，在实际生产中，安装上述披露了技术方案生产的铝合金材料，其导热性能较差。当下通信行业迅速发展，对产品的散热性能要求也不断提高，但是，目前的铝合金产品的散热性能无法满足通信行业的使用要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种高效热传导铝合金锭生产方法，目的在于提高铝合金产品的导热性能，以满足特殊行业对铝合金材料导热性的要求。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种高效热传导铝合金锭生产方法，包括以下步骤：
S1：将铝锭及硅材料加入试验炉内，点火升温熔化，温度在580-650℃之间；
S2：向试验炉内加入铜线，继续升温熔化，温度在650-720℃之间；
S3：待铝锭全部熔化完成后，加入硅材料及铝钛硼丝，维持温度在720-760℃；
S4：待所有材料熔化完毕，取铝液测成分，并根据检测结果补加相应材料；
S5：待铝液成分满足要求时，控制温度在720-740℃，加入无烟精炼剂，进行精炼；
S6：向铝液中加入镁锭，使镁含量符合要求；
S7：向铝液中加入铝稀土合金，混合搅拌均匀，浇铸试样。
进一步的，在步骤S6与S7之间增加S6’，向铝液中加入甲基氟磷酸异丙酯。
进一步的，在步骤S7中加入铝稀土合金后，浇铸试样前，对铝液进行光照处理。
进一步的，光照处理所用光频率在5.8*1014-8.7*1014Hz。
进一步的，铝液中部分化学元素含量重量百分比要求如下，Si 6.5-7.5％；Cu0.25-0.30％；Mg 0.33-0.35％；Mn≤0.35％；Fe 0.55-0.60％；Zn≤0.35％；Ti≦0.1％。
进一步的，步骤S1中添加的硅材料为全部硅材料的4/5。
进一步的，步骤S3中添加的硅材料为全部硅材料的1/5。
进一步的，步骤S7中浇铸时控制铝液温度在710-730℃。
本发明的有益效果是：
1.本发明通过对铝液中的各种化学元素的含量进行调整，使制备出的铝液具有较高的导热性能。
2.本发明中在制备铝液时向铝液中添加甲基氟磷酸异丙酯，甲基氟磷酸异丙酯作为一种亲电试剂，其进攻铝液中的的共价键及离子键等电子密度较大的金属原子，使金属原子原子核外层电子的约束力减弱。同时，配合光照处理，使原子核外层电子获得足够的能量而挣脱原子核的束缚，成为自由电子。因为金属的导热主要依靠自由电子的热运动，自由电子的增多能够提高铝合金材料制品的导热性能。实验结果也证实，上述处理方式能够显著提高铝合金试样的导热率。
3.本发明中向铝液中加入铝稀土合金，利用稀土合金对铝液进行细化处理，使得到的铝液铸造性能提高，强度和塑性有所改善，更易于铸造加工。
具体实施方式
下面将结合具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，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。
一种高效热传导铝合金锭生产方法，具体制备过程如下各实施例。
实施例1
S1：投料，将A00铝锭39kg、533硅材料2.32kg(整体所用硅材料的4/5的量)及铁剂0.17kg加入试验炉内，点火升温熔化，控制试验炉内温度在580-590℃之间。投料时将易氧化的小件材料如硅、铁等加在炉底，不易氧化的大件材料如铝锭等加在上部。加入硅材料时，将加料平台放置在炉口，把金属硅倒在加料平台上，用耙子将硅缓慢推入铝水中，并充分搅拌，使硅完全浸入铝水中，每间隔30min对炉内铝液进行搅拌，确认金属硅是否完全熔化。
S2：待部分A00铝锭熔化后，A00铝锭未熔化完全时，向试验炉内加入铜线0.11kg，使其浸没在铝液中，继续升温熔化，使试验炉内温度在650-660℃之间。
S3：目测，待铝锭全部熔化完成后，加入剩余硅材料0.58kg及铝钛硼丝0.05kg，维持试验炉内温度在720-730℃。
S4：待所有材料熔化完毕，取铝液测各化学元素含量，并根据检测结果补加铜线0.03kg。
S5：检测铝液内各化学元素达到要求，控制温度在720-730℃，加入购买自常熟市鸿嘉氟科技有限公司的无烟精炼剂1kg，进行精炼操作。精炼作业时使用喷粉机将精炼剂喷入试验炉内，喷粉管在试验炉内不停移动，确保覆盖整个熔池。精炼完毕后，扒净表面浮渣。
S6：向精炼完毕后的铝液中加入镁锭0.14kg，熔化完全，镁含量达到要求。
S7：向铝液中加入铝稀土合金(Al-RE)0.05kg，混合搅拌均匀，浇铸试样，控制浇铸时铝液温度在710℃左右。
实施例2
S1：投料，将A00铝锭40kg、533硅材料2.4kg(整体所用硅材料的4/5的量)及铁剂0.18kg加入试验炉内，点火升温熔化，控制试验炉内温度在610-620℃之间。投料时将易氧化的小件材料如硅、铁等加在炉底，不易氧化的大件材料如铝锭等加在上部。加入硅材料时，将加料平台放置在炉口，把金属硅倒在加料平台上，用耙子将硅缓慢推入铝水中，并充分搅拌，使硅完全浸入铝水中，每间隔30min对炉内铝液进行搅拌，确认金属硅是否完全熔化。
S2：待部分A00铝锭熔化后，A00铝锭未熔化完全时，向试验炉内加入铜线0.12kg，使其浸没在铝液中，继续升温熔化，使试验炉内温度在680-690℃之间。
S3：目测，待铝锭全部熔化完成后，加入剩余硅材料0.6kg及铝钛硼丝0.07kg，维持试验炉内温度在740-750℃。
S4：待所有材料熔化完毕，取铝液测各化学元素含量，并根据检测结果补加硅材料0.05kg。
S5：检测铝液内各化学元素达到要求，控制温度在720-730℃，加入购买自常熟市鸿嘉氟科技有限公司的无烟精炼剂1kg，进行精炼操作。精炼作业时使用喷粉机将精炼剂喷入试验炉内，喷粉管在试验炉内不停移动，确保覆盖整个熔池。精炼完毕后，扒净表面浮渣。
S6：向精炼完毕后的铝液中加入镁锭0.15kg，熔化完全，镁含量达到要求。
S6’：向铝液中加入甲基氟磷酸异丙酯5mL，充分搅拌。
S7：向铝液中加入铝稀土合金(Al-RE)0.06kg，混合搅拌均匀，浇铸试样，控制浇铸时铝液温度在720℃左右。
实施例3
S1：投料，将A00铝锭40kg、533硅材料2.4kg(整体所用硅材料的4/5的量)及铁剂0.18kg加入试验炉内，点火升温熔化，控制试验炉内温度在610-620℃之间。投料时将易氧化的小件材料如硅、铁等加在炉底，不易氧化的大件材料如铝锭等加在上部。加入硅材料时，将加料平台放置在炉口，把金属硅倒在加料平台上，用耙子将硅缓慢推入铝水中，并充分搅拌，使硅完全浸入铝水中，每间隔30min对炉内铝液进行搅拌，确认金属硅是否完全熔化。
S2：待部分A00铝锭熔化后，A00铝锭未熔化完全时，向试验炉内加入铜线0.12kg，使其浸没在铝液中，继续升温熔化，使试验炉内温度在680-690℃之间。
S3：目测，待铝锭全部熔化完成后，加入剩余硅材料0.6kg及铝钛硼丝0.07kg，维持试验炉内温度在740-750℃。
S4：待所有材料熔化完毕，取铝液测各化学元素含量，并根据检测结果补加硅材料0.05kg。
S5：检测铝液内各化学元素达到要求，控制温度在720-730℃，加入购买自常熟市鸿嘉氟科技有限公司的无烟精炼剂1kg，进行精炼操作。精炼作业时使用喷粉机将精炼剂喷入试验炉内，喷粉管在试验炉内不停移动，确保覆盖整个熔池。精炼完毕后，扒净表面浮渣。
S6：向精炼完毕后的铝液中加入镁锭0.15kg，熔化完全，镁含量达到要求。
S6’：向铝液中加入甲基氟磷酸异丙酯5mL，充分搅拌。
S7：向铝液中加入铝稀土合金(Al-RE)0.06kg，混合搅拌均匀，并使用光频率为5.8*1014Hz的光对铝液进行照射30min。之后，控制铝液温度在720℃左右，浇铸试样。
实施例4
S1：投料，将A00铝锭39kg、533硅材料2.32kg(整体所用硅材料的4/5的量)及铁剂0.17kg加入试验炉内，点火升温熔化，控制试验炉内温度在580-590℃之间。投料时将易氧化的小件材料如硅、铁等加在炉底，不易氧化的大件材料如铝锭等加在上部。加入硅材料时，将加料平台放置在炉口，把金属硅倒在加料平台上，用耙子将硅缓慢推入铝水中，并充分搅拌，使硅完全浸入铝水中，每间隔30min对炉内铝液进行搅拌，确认金属硅是否完全熔化。
S2：待部分A00铝锭熔化后，A00铝锭未熔化完全时，向试验炉内加入铜线0.11kg，使其浸没在铝液中，继续升温熔化，使试验炉内温度在650-660℃之间。
S3：目测，待铝锭全部熔化完成后，加入剩余硅材料0.58kg及铝钛硼丝0.05kg，维持试验炉内温度在720-730℃。
S4：待所有材料熔化完毕，取铝液测各化学元素含量，并根据检测结果补加铜线0.03kg。
S5：检测铝液内各化学元素达到要求，控制温度在720-730℃，加入购买自常熟市鸿嘉氟科技有限公司的无烟精炼剂1kg，进行精炼操作。精炼作业时使用喷粉机将精炼剂喷入试验炉内，喷粉管在试验炉内不停移动，确保覆盖整个熔池。精炼完毕后，扒净表面浮渣。
S6：向精炼完毕后的铝液中加入镁锭0.14kg，熔化完全，镁含量达到要求。
S7：向铝液中加入铝稀土合金(Al-RE)0.05kg，混合搅拌均匀，并使用光频率为8.7*1014Hz的光对铝液进行照射30min。之后，控制铝液温度在730℃左右，浇铸试样。
实施例5
S1：投料，将A00铝锭39kg、533硅材料2.32kg(整体所用硅材料的4/5的量)及铁剂0.17kg加入试验炉内，点火升温熔化，控制试验炉内温度在640-650℃之间。投料时将易氧化的小件材料如硅、铁等加在炉底，不易氧化的大件材料如铝锭等加在上部。加入硅材料时，将加料平台放置在炉口，把金属硅倒在加料平台上，用耙子将硅缓慢推入铝水中，并充分搅拌，使硅完全浸入铝水中，每间隔30min对炉内铝液进行搅拌，确认金属硅是否完全熔化。
S2：待部分A00铝锭熔化后，A00铝锭未熔化完全时，向试验炉内加入铜线0.11kg，使其浸没在铝液中，继续升温熔化，使试验炉内温度在710-720℃之间。
S3：目测，待铝锭全部熔化完成后，加入剩余硅材料0.58kg及铝钛硼丝0.05kg，维持试验炉内温度在750-760℃。
S4：待所有材料熔化完毕，取铝液测各化学元素含量，并根据检测结果补加铜线0.03kg。
S5：检测铝液内各化学元素达到要求，控制温度在730-740℃，加入购买自常熟市鸿嘉氟科技有限公司的无烟精炼剂1kg，进行精炼操作。精炼作业时使用喷粉机将精炼剂喷入试验炉内，喷粉管在试验炉内不停移动，确保覆盖整个熔池。精炼完毕后，扒净表面浮渣。
S6：向精炼完毕后的铝液中加入镁锭0.14kg，熔化完全，镁含量达到要求。
S6’：向铝液中加入甲基氟磷酸异丙酯5mL，充分搅拌。
S7：向铝液中加入铝稀土合金(Al-RE)0.05kg，混合搅拌均匀，并使用光频率为7.2*1014Hz的光对铝液进行照射30min。之后，控制铝液温度在730℃左右，浇铸试样。
检测方法：
根据GB/T 20975.12-2008《铝及铝合金化学分析方法》检测熔炼完成的铝液中的各成分含量。
表1各实施例制备试样中化学元素含量检测
根据GB/T 228.1-2010《金属材料拉伸试验》检测试样力学性能。
表2各实施例制备试样力学性能检测
编号 抗拉强度/MPa 屈服强度/MPa 断裂伸长率/％
实施例1 140.69 81 3.27
实施例2 146.68 97 2.73
实施例3 138.59 84 1.85
实施例4 138.96 79 2.37
实施例5 142.38 84 2.83
试验导热性能送至华测检测认证集团股份有限公司进行检测，测试温度均在25℃条件下进行。
表3各实施例制备试样导热性能检测
编号 密度g/cm3 比热容J/(G*℃) 热扩散系数mm2/s 导热系数W/(m*k)
实施例1 2.689 0.885 55.377 129.999
实施例2 2.693 0.922 57.965 142.378
实施例3 2.684 0.953 62.733 159.383
实施例4 2.695 0.874 58.340 137.345
实施例5 2.691 0.914 62.630 157.878
由上述各实验结果可知，各实施例制备的铝液中各化学元素含量均能够达到要求，实施例2和实施例5制备的试样的抗拉强度较高，实施例1制备的试样的断裂伸长率较高。对于导热性能而言，实施例3和实施例5制备的试样的导热系数较高，推测是由于实施例3和实施例5在制备铝液时既使用甲基氟磷酸异丙酯进行处理，同时有对铝液采用光处理。

Claims (8)

1.一种高效热传导铝合金锭生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将铝锭及硅材料加入试验炉内，点火升温熔化，温度在580-650℃之间；
S2：向试验炉内加入铜线，继续升温熔化，温度在650-720℃之间；
S3：待铝锭全部熔化完成后，加入硅材料及铝钛硼丝，维持温度在720-760℃；
S4：待所有材料熔化完毕，取铝液测成分，并根据检测结果补加相应材料；
S5：待铝液成分满足要求时，控制温度在720-740℃，加入无烟精炼剂，进行精炼；
S6：向铝液中加入镁锭，使镁含量符合要求；
S7：向铝液中加入铝稀土合金，混合搅拌均匀，浇铸试样。
2.根据权利要求1所述的一种高效热传导铝合金锭生产方法，其特征在于：在步骤S6与S7之间增加S6’，向铝液中加入甲基氟磷酸异丙酯。
3.根据权利要求1所述的一种高效热传导铝合金锭生产方法，其特征在于：在步骤S7中加入铝稀土合金后，浇铸试样前，对铝液进行光照处理。
4.根据权利要求3所述的一种高效热传导铝合金锭生产方法，其特征在于：光照处理所用光频率在5.8*1014-8.7*1014Hz。
5.根据权利要求1所述的一种高效热传导铝合金锭生产方法，其特征在于：铝液中部分化学元素含量重量百分比要求如下，
6.根据权利要求1所述的一种高效热传导铝合金锭生产方法，其特征在于：步骤S1中添加的硅材料为全部硅材料的4/5。
7.根据权利要求1所述的一种高效热传导铝合金锭生产方法，其特征在于：步骤S3中添加的硅材料为全部硅材料的1/5。
8.根据权利要求1所述的一种高效热传导铝合金锭生产方法，其特征在于：步骤S7中浇铸时控制铝液温度在710-730℃。
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