CN109457146B

CN109457146B - 高导热铝合金及其制备方法及手机中板

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Publication number: CN109457146B
Application number: CN201710797548.7A
Authority: CN
Inventors: 王榕; 李升�; 吴志兵; 陈苏坚; 黄礼忠; 李旭涛; 陈定贤
Original assignee: Guangzhou Zhiyuan New Material Technology Co ltd; Huawei Technologies Co Ltd
Current assignee: Guangzhou Zhiyuan New Material Technology Co ltd; Huawei Technologies Co Ltd
Priority date: 2017-09-06
Filing date: 2017-09-06
Publication date: 2021-03-19
Anticipated expiration: 2037-09-06
Also published as: CN109457146A

Abstract

本发明提供一种高导热铝合金及该高导热铝合金的制备方法以及该高导热铝合金制备的手机中板，该高导热铝合金除铝外，按重量百分比计，还包括：硅，含量为11％‑12.8％；铁，含量为0.3％‑0.85％；铜，含量为0.1％‑0.6％；锰，含量为0.2％‑0.6％；镁，含量为0.2％‑0.6％。本发明的高导热铝合金通过合理选配材料中的强化元素：铜、锰、镁的含量比例，合理的制备方法，能够在保证导热性能的基础上提升材料的屈服强度。

Description

高导热铝合金及其制备方法及手机中板

技术领域

本发明属于铝合金材料领域，具体涉及一种高导热铝合金及该高导热铝合金的制备方法，以及该高导热铝合金制备的手机中板。

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。

在铝合金材料中，一般情况下高导热性能和高屈服强度存在一定的矛盾。提升材料的导热性能经常会导致材料的屈服强度降低；而提升材料的屈服强度则会导致材料的导热性能下降。如何解决屈服强度和导热性能并存，是目前铝合金技术需要重点突破的方向。

CN103526082A公开了高导热率铸造铝合金及其制备方法，其组分按重量百分比计分别为：硅5.0～7.5％，镁0.25～0.5％，硼0.01～0.06％，钛0.005～ 0.02％，锆0.005～0.02％，铁小于0.2％，铜小于0.2％，锰小于0.1％，锌小于 0.1％，其他杂质总量和不大于0.3％，余量为铝。该合金显著提高了Al7SiMg 铸造铝合金的导热性能和屈服强度。但该合金铜和锰的含量都较少，而采用硼、钛和锆三种元素来提高合金的导热率。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种高导热铝合金及该高导热铝合金的制备方法，以及该高导热铝合金制备的手机中板。

本发明提供一种高导热铝合金，除铝外，按重量百分比计，还包括：硅，含量为11％-12.8％；铁，含量为0.3％-0.85％；铜，含量为0.1％-0.6％；锰，含量为0.2％-0.6％；镁，含量为0.2％-0.6％。

优选地，还包括锌，含量小于或等于0.2％。

本发明提供一种高导热铝合金，按重量百分比计，包括：硅，含量为 11％-12.8％；铁，含量为0.3％-0.85％；铜，含量为0.1％-0.6％；锰，含量为 0.2％-0.6％；镁，含量为0.2％-0.6％；锌，含量小于或等于0.2％；其他杂质总量和不超过0.3％；余量为铝。

本发明还提供高导热铝合金的制备方法，包括如下步骤：

(1)向熔炉投入铝锭及硅，并加热使其熔化为金属溶液，使金属溶液的温度达到800℃-880℃；

(2)在金属溶液中加入铜、锰、铁进行合金化，使其完全熔化；

(3)将金属溶液降温至720-780℃；

(4)加入精练剂进行精炼净化、除渣；

(5)加入镁并使其熔化；

(6)加入含钛添加剂和含锶添加剂；

(7)将铝液温度在680-760℃范围浇铸铝合金锭。

优选地，在加入镁并使其熔化的步骤和加入含钛添加剂和含锶添加剂的步骤之间，还包括采用氮气对金属溶液进行除气的步骤。

优选地，在加入镁并使其熔化的步骤和采用氮气对金属溶液进行除气的步骤之间，还包括对金属溶液取样检验成分的步骤。

本发明还提供一种手机中板，所述手机中板由上述的高导热铝合金制成。

本发明的铝合金同时具备高导热性和高屈服强度。

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。

本实施例提供一种高导热铝合金，除铝外，按重量百分比计，还包括：硅，含量为11％-12.8％；铁，含量为0.3％-0.85％；铜，含量为0.1％-0.6％；锰，含量为0.2％-0.6％；镁，含量为0.2％-0.6％。

在优选实施例中，还包括锌，含量小于或等于0.2％。

在另一实施例中，提供一种高导热铝合金，按重量百分比计，包括：硅，含量为11％-12.8％；铁，含量为0.3％-0.85％；铜，含量为0.1％-0.6％；锰，含量为0.2％-0.6％；镁，含量为0.2％-0.6％；锌，含量小于或等于0.2％；其他杂质总量和不超过0.3％；余量为铝。

铜原子固溶于铝基体中，具有较大的固溶强化作用。铜在高温时的溶解度和常温时的溶解度相差很大，当铜含量超过在铝中的溶解度时，在固溶体的基体上和晶粒边界上析出金属化合物Al₂Cu，起到沉淀强化的作用。铜可提高铝硅合金的常温和高温强度。铜的导热性能虽然比铝好，但散热性较差，并且容易氧化，铜一旦氧化，导热性能和散热性能都会大大降低。

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。

合理的镁含量和加入时机能与硅形成Mg₂Si强化相使机械强度提高，还可改善铝合金的室温与高温性能，但其导热性能也较差。

铜、锰、镁在铝合金中占的比例越高，则会降低合金的导热性能；铜、锰、镁在铝合金中占的比例越低，则会使合金的屈服强度降低。

在铝硅系铝合金中首先在保障高导热性能和良好的压铸性能的基础上选定了硅含量的控制范围，然后通过合理选配材料中的强化元素：铜、锰、镁的含量比例，在充分考虑它们之间交互作用的同时控制它们各自的上限，能够在保证导热性能的基础上提升材料的屈服强度。

本实施例还提供高导热铝合金的制备方法，包括如下步骤：

(3)将金属溶液降温至720-780℃；

(4)加入精练剂进行精炼净化、除渣；

(5)加入镁并使其熔化；

(6)加入含钛添加剂和含锶添加剂；

(7)将铝液温度在680-760℃范围浇铸铝合金锭。

加入微量含钛元素的添加剂对材料进行晶粒细化，改善材料的组织结构，从而稳定材料的性能。加入微量含锶元素的添加剂对材料进行变质处理，进一步改善材料本身的性能。

在优选实施例中，钛和锶在最终得到的铝合金中的重量百分比分别小于 0.06％。

在优选实施例中，在加入镁并使其熔化的步骤和加入含钛添加剂和含锶添加剂的步骤之间，还包括采用氮气对金属溶液进行除气的步骤。

在优选实施例中，在加入镁并使其熔化的步骤和采用氮气对金属溶液进行除气的步骤之间，还包括对金属溶液取样检验成分的步骤。

本实施例还提供一种手机中板，又称手机前壳，手机中板由上述的高导热铝合金制成。手机中板具体结构可以参照专利号CN201520097430.X或 CN201620798275.9的专利文件，属于手机内部的组件，目前的智能手机一般由外壳、屏幕、主板、具有组合型固定框的手机中板及电池组成，屏幕、主板、电池等部件可以固定到手机中板上。采用上述高导热铝合金材料制成的手机中板，具有较好的散热性能，能够将主板、电池等部件的热量快速散发出去。

实施例1

原料配比，按重量百分比计：硅，含量为11.71％；铁，含量为0.45％；铜，含量为0.38％；锰，含量为0.51％；镁，含量为0.28％；锌，含量0.08％；其他杂质总量和不超过0.3％；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，并加热使其熔化为金属溶液，使金属溶液的温度达到830℃；在金属溶液中加入铜、锰、铁进行合金化，使其完全熔化后将金属溶液降温至730℃，然后加入精练剂进行精炼净化、除渣；再加入镁并使其熔化，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，接着加入含钛添加剂和含锶添加剂，再将铝液温度在680-760℃范围浇铸铝合金锭。

实施例2

原料配比，按重量百分比计：硅，含量为12.18％；铁，含量为0.52％；铜，含量为0.51％；锰，含量为0.38％；镁，含量为0.41％；锌，含量0.0067％；其他杂质总量和不超过0.3％；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，并加热使其熔化为金属溶液，使金属溶液的温度达到830℃；在金属溶液中加入铜、锰、铁进行合金化，使其完全熔化后将金属溶液降温至750℃，然后加入精练剂进行精炼净化、除渣；再加入镁并使其熔化，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，接着加入含钛添加剂和含锶添加剂，再将铝液温度在680-760℃范围浇铸铝合金锭。

实施例3

原料配比，按重量百分比计：硅，含量为11.74％；铁，含量为0.56％；铜，含量为0.47％；锰，含量为0.52％；镁，含量为0.57％；锌，含量0.041％；其他杂质总量和不超过0.3％；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，并加热使其熔化为金属溶液，使金属溶液的温度达到850℃；在金属溶液中加入铜、锰、铁进行合金化，使其完全熔化后将金属溶液降温至760℃，然后加入精练剂进行精炼净化、除渣；再加入镁并使其熔化，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，接着加入含钛添加剂和含锶添加剂，再将铝液温度在680-760℃范围浇铸铝合金锭。

对比例1

原料配比，按重量百分比计：硅，含量为11.74％；铁，含量为0.56％；铜，含量为0.05％；锰，含量为0.12％；镁，含量为0.27％；锌，含量0.041％；其他杂质总量和不超过0.3％；余量为铝。

按照上述配比制备合金，步骤如下：

对比例2

原料配比，按重量百分比计：硅，含量为11.74％；铁，含量为0.56％；铜，含量为1％；锰，含量为1％；镁，含量为1％；锌，含量0.041％；其他杂质总量和不超过0.3％；余量为铝。

按照上述配比制备合金，步骤如下：

对比例3

原料配比，按重量百分比计：硅，含量为11.74％；铁，含量为0.56％；铜，含量为0.47％；锰，含量为0.15％；镁，含量为0.15％；锌，含量0.041％；其他杂质总量和不超过0.3％；余量为铝。

按照上述配比制备合金，步骤如下：

对比例4

将市售的常规ADC12作为对比例，ADC12的主要化学成分标准为：

铜(Cu)1.5-3.5、硅(Si)9.6-12.0、镁(Mg)≤0.3、锌(Zn)≤1.0、铁(Fe) ≤1.3、锰(Mn)≤0.5、镍(Ni)≤0.5、锡(Sn)≤0.3、钙(Ca)≤200ppm、铅(Pb) ≤0.1、镉(Cd)≤0.005、余量为铝(Al)。

实施例效果

将实施例1-3和对比例1-3浇铸时取

12mm的标准拉伸试棒和

10mm× 30mm的圆棒，进行T5热处理后测定其导热系数和屈服强度，具体数据如表1 所示。

表1

由表1的数据可以得到，本实施例1-3得到的合金材料，相对于对比例4 的ADC12合金材料和对比例1-3的合金材料具备较高的导热系数和较高的屈服强度。

对比例1-3分别调整了铜、锰、镁在铝合金中的含量，得到的合金材料无法同时满足高导热系数和高屈服强度，说明本发明的铜、锰、镁含量比例合理，实现导热性能和屈服强度的最大化。

综上，说明本发明的高导热铝合金通过合理选配材料中的强化元素：铜、锰、镁的含量比例，能够在保证导热性能的基础上提升材料的屈服强度。

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

1.一种用于手机中板的高导热铝合金，其特征在于，除铝外，按重量百分比计，还包括：硅，含量为11％-12.8％；铁，含量为0.45％-0.56％；铜，含量为0.38％-0.51％；锰，含量为0.38％-0.52％；镁，含量为0.28％-0.57％，还包括锌，含量小于或等于0.2％；还包括分别小于0.06％的钛和锶，且所述钛和锶的含量不为零，其他杂质总量和不超过0.3％；余量为铝；

所述的高导热铝合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(3)将金属溶液降温至720-780℃；

(4)加入精炼剂进行精炼净化、除渣；

(5)加入镁并使其熔化；

(6)加入含钛添加剂和含锶添加剂；

(7)将铝液温度在680-760℃范围浇铸铝合金锭；

在加入镁并使其熔化的步骤和加入含钛添加剂和含锶添加剂的步骤之间，还包括采用氮气对金属溶液进行除气的步骤；

在加入镁并使其熔化的步骤和采用氮气对金属溶液进行除气的步骤之间，还包括对金属溶液取样检验成分的步骤。