CN109468497A - 一种高导热铝合金材料及废铝回收制备该材料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高导热铝合金材料及废铝回收制备该材料的方法。所述的高导热铝合金材料，其特征在于，包括以下以重量百分数计的组分：Si:0.5％‑2％、Fe：0.6％‑1.8％、Mg≤0.3％，Ni≤0.2％，余量为铝及不可避免的杂质。本发明的材料通过测试，热学性能：导热系数在170‑200W/m·K之间；经测试力学性能：抗拉强度≥180MPa；布氏硬度≥70HB，并利用低成本的社会回收废铝为材料，完成高导热压铸铝合金材料的制备，绿色、环保、具有较高的经济效益。

Description

一种高导热铝合金材料及废铝回收制备该材料的方法
技术领域
本发明属于有色金属冶炼成分领域，提供一种高导热压铸铝合金材料成分及利用低成本废铝回收制备高导热压铸铝合金的方法。
背景技术
随着新工业的发展，企业越来越注重产品和设备的高度集成，尤其是在通讯产品和设备上，高导热材料是针对近年来对设备的热传导要求而涉及的。在各项性能优异的情况下，高导热材料可靠地解决了产品及设备中热量传递问题，有效的进行散热器之间的热传导。于此之外，高导热率的铝合金材料还可以应用于电子制造业方面，比如手机壳，笔记本电脑用的散热器，电脑冰箱等；汽车制造业方面，比如汽车发动机局部零件，汽车局部车体支架等。照明制造业中，LED灯的铝基板，散热灯架等。
我国是铝制品的生产和消费大国，市场需求仍然在不断扩大之中，然而，我国的铝土矿资源却很匮乏，这一矛盾促进了中国再生铝工业的迅速发展。采用废铝生产高品质再生铝，是我国铝业发展的重要环节。在社会回收废铝中，中小规模废铝回收处理还比较原值，管理比较混乱，不同品质、不同类型的废旧材料相互混杂的现象十分普遍，不经筛选、原始冶炼，既容易污染环境、且回收铝低、再生铝质量较差、冶炼能耗较高等。
发明内容
本发明的目的是提出一种铝合金新材料，具有高导热率，高散热能力和良好的力学性能，用于铝合金轻量化工业，同时提供一种利用回收废铝制备相应高导热铝合金的方法。
为了达到上述目的，本发明提供了一种高导热铝合金材料，其特征在于，包括以下以重量百分数计的组分：Si:0.5％-2％、Fe：0.6％-1.8％、Mg≤0.3％，Ni≤0.2％，余量为铝及不可避免的杂质。
进一步地，所述的杂质含有锌、铜、锰，其中，Zn≤0.1％，Cu≤0.1％，Mn≤0.1％，杂质总含量≤0.25％。
本发明还提供了一种废铝回收制备上述的高导热铝合金材料的方法，其特征在于，包括：
步骤1：预处理：将分类后的各种回收废铝进行打散和破碎，进行磁选除铁，将破碎后的废铝经过磁选机将铁磁性金属与废铝分离，人工分拣，之后废铝在200-400℃下脱水除油处理，确定各种废铝的成分，得到预处理后的废铝；
步骤2：配料：按照高导热铝合金成分要求以及要冶炼合金的量，对各种废铝进行成分配比，完成配料；
步骤3：废料熔炼：将废铝装入双室反射炉，高温熔化并搅拌，去除熔渣；
步骤4：纯料熔炼:将纯铝、铝中间合金加入废铝熔融合金液高温熔化，用来调控铝合金中其它元素含量；
步骤5：精炼除气：向铝合金熔体中加入打渣剂，进行打渣，并通入纯度为99.9％以上的高纯氮气精炼，加入精炼剂，精炼剂的总质量为0.2％-0.4％，精炼后将浮渣除去，并静置5-15min；
步骤6：取样检查成分，调整熔体成分达到高导热压铸铝合金成分要求；
步骤7：浇注：将静置后铝液表面的浮渣去掉；控制熔体温度在700-720℃，直接浇注成铸锭或流入半连续铸锭机连续浇注，通过结晶器凝固成铸锭，或者直接熔体进行压铸成形。
进一步地，所述的步骤2中高导热铝合金成分要求为：Si：0.5％-2.0％、Fe：0.6％-1.8％、Mg≤0.3％，Ni≤0.2％，余量为铝及不可避免的杂质，杂质中Zn≤0.1％，Cu≤0.1％，Mn≤0.1％，杂质总含量≤0.25％。
进一步地，所述的步骤4中其它元素为Si、Fe、Mg、Ni、Zn、Mn、Cu等各种元素成分。
进一步地，所述的步骤6中的高导热压铸铝合金成分要求为：Si:0.5％-2.0％、Fe：0.6％-1.8％、Mg≤0.3％，Ni≤0.2％，余量为铝及不可避免的杂质，杂质中Zn≤0.1％，Cu≤0.1％，Mn≤0.1％，杂质总含量≤0.25％。
本发明通过分类、筛选、去除废铝中的杂质和水分；配料：对多种废铝进行成分配比；熔炼：将经筛选配料后的废铝装炉后熔炼并搅拌，去除熔渣；成分调配：在去杂质后的废铝溶液结合纯铝、铝中间合金进行成分调配，精炼除气：通氮气、加入精炼剂，搅拌、静置；经去渣后的铝液直接浇注成铸锭或流入半连续铸锭机连续浇注，通过结晶器凝固成铸锭，或者直接熔体进行压铸成形。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提出的高导热铝合金，通过以Al-Si-Fe-Mg合金为基础，调整其余合金元素，达到高导热率及优良力学系能要求。本发明的材料通过测试，热学性能：导热系数在170-200W/m·K之间；经测试力学性能：抗拉强度≥190MPa；布氏硬度≥70HB，并利用低成本的社会回收废铝为材料，完成高导热压铸铝合金材料的制备，绿色、环保、具有较高的经济效益。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
一种高导热铝合金材料，包括以下以重量百分数计的组分：Si:0.5％、Fe：0.6％、Mg0.3％，Ni0.2％，余量为铝及不可避免的杂质。所述的杂质含有锌、铜、锰，其中，Zn≤0.1％，Cu≤0.1％，Mn≤0.1％，其余为微量杂质，杂质总含量≤0.25％。
上述的高导热铝合金材料的制备方法为：
(1)预处理：将分类后的各种回收废铝进行打散和破碎，进行磁选除铁，将破碎后的废铝经过磁选机将铁磁性金属与废铝分离，人工分拣，之后废铝在200-400℃下脱水除油处理，确定各种废铝的成分，得到预处理后的废铝。
(2)配料：按照高导热铝合金成分要求(Si:0.5％、Fe：0.6％、Mg0.3％，Ni0.2％，余量为铝及不可避免的杂质。所述的杂质含有锌、铜、锰，其中，Zn≤0.1％，Cu≤0.1％，Mn≤0.1％，其余为微量杂质，杂质总含量≤0.25％)以及要冶炼合金的量，考虑回收比率和烧损率进行高导热铝合金配料计算，对各种废铝进行成分配比，完成配料；
(3)废料熔炼：将完成配料的废铝装入双室反射炉，760℃高温熔化并搅拌，去除熔渣，多次加料时，将废铝直接压入熔融合金液，在内室被反射炉火焰加热，去渣；
(4)纯料熔炼:将配料用的纯铝、铝中间合金装入废铝熔融合金液高温熔化，用来调控铝合金中Si、Fe、Mg、Ni、Zn、Mn、Cu等各种元素成分。
(5)精炼除气：向铝合金熔体中加入0.2％的市售铝合金打渣剂，进行打渣，并通入纯度为99.9％高纯氮气精炼，并以市售铝合金精炼剂通入精炼管内的方式加入精炼剂，加入精炼剂的总质量为0.3％，搅拌，精炼后将浮渣除去，并静置10min；
(6)取样检查成分，调整熔体成分达到高导热压铸铝合金成分要求：Si:0.5％、Fe：0.6％、Mg0.3％，Ni0.2％，余量为铝及不可避免的杂质。所述的杂质含有锌、铜、锰，其中，Zn≤0.1％，Cu≤0.1％，Mn≤0.1％，其余为微量杂质，杂质总含量≤0.25％。
(7)浇注：将静置一定时间后铝液表面的浮渣去掉；控制熔体温度在700-720℃，直接浇注成铸锭。
本发明的材料通过测试，热学性能：导热系数在190W/m·K以上；经测试力学性能：抗拉强度180MPa；布氏硬度70HB。
实施例2
一种高导热铝合金材料，包括以下以重量百分数计的组分：Si:2％、Fe：1.8％、Mg0.1％，Ni0.1％，余量为铝及不可避免的杂质。所述的杂质含有锌、铜、锰，其中，Zn≤0.1％，Cu≤0.1％，Mn≤0.1％，其余为微量杂质，杂质总含量≤0.25％。
上述的高导热铝合金材料的制备方法为：
(1)预处理：将分类后的各种回收废铝进行打散和破碎，进行磁选除铁，将破碎后的废铝经过磁选机将铁磁性金属与废铝分离，人工分拣，之后废铝在200-400℃下脱水除油处理，确定各种废铝的成分，得到预处理后的废铝。
(2)配料：按照高导热铝合金成分要求(Si:2％、Fe：1.8％、Mg0.1％，Ni0.1％，余量为铝及不可避免的杂质。所述的杂质含有锌、铜、锰，其中，Zn≤0.1％，Cu≤0.1％，Mn≤0.1％，其余为微量杂质，杂质总含量≤0.25％)以及要冶炼合金的量，考虑回收比率和烧损率进行高导热铝合金配料计算，对各种废铝进行成分配比，完成配料；
(3)废料熔炼：将完成配料的废铝装入双室反射炉，800℃高温熔化并搅拌，去除熔渣，多次加料时，将废铝直接压入熔融合金液，在内室被反射炉火焰加热，去渣；
(4)纯料熔炼:将配料用的纯铝、铝中间合金装入废铝熔融合金液高温熔化，用来调控铝合金中Si、Fe、Mg、Ni、Zn、Mn、Cu等各种元素成分。
(5)精炼除气：向铝合金熔体中加入0.3％的市售铝合金打渣剂，进行打渣，并通入纯度为99.999％高纯氮气精炼，并以市售铝合金精炼剂通入精炼管内的方式加入精炼剂，加入精炼剂的总质量为0.3％，搅拌，精炼后将浮渣除去，并静置10min；
(6)取样检查成分，调整熔体成分达到高导热压铸铝合金成分要求：Si:2％、Fe：1.5％、Mg0.1％，Ni0.1％，余量为铝及不可避免的杂质。所述的杂质含有锌、铜、锰，其中，Zn≤0.1％，Cu≤0.1％，Mn≤0.1％，其余为微量杂质，杂质总含量≤0.25％。
(7)浇注：将静置一定时间后铝液表面的浮渣去掉；控制熔体温度在700-720℃，直接浇注成铸锭。
本发明的材料通过测试，热学性能：导热系数在170W/m·K；经测试力学性能：抗拉强度≥200MPa；布氏硬度≥80HB。

Claims (6)

1.一种高导热铝合金材料，其特征在于，包括以下以重量百分数计的组分：Si:0.5％-2％、Fe：0.6％-1.8％、Mg≤0.3％，Ni≤0.2％，余量为铝及不可避免的杂质。
2.如权利要求1所述的高导热铝合金材料，其特征在于，所述的杂质含有锌、铜、锰，其中，Zn≤0.1％，Cu≤0.1％，Mn≤0.1％，杂质总含量≤0.25％。
3.一种废铝回收制备权利要求1或2所述的高导热铝合金材料的方法，其特征在于，包括：
步骤1：预处理：将分类后的各种回收废铝进行打散和破碎，进行磁选除铁，将破碎后的废铝经过磁选机将铁磁性金属与废铝分离，人工分拣，之后废铝在200-400℃下脱水除油处理，确定各种废铝的成分，得到预处理后的废铝；
步骤2：配料：按照高导热铝合金成分要求以及要冶炼合金的量，对各种废铝进行成分配比，完成配料；
步骤3：废料熔炼：将废铝装入双室反射炉，高温熔化并搅拌，去除熔渣；
步骤4：纯料熔炼:将纯铝、铝中间合金加入废铝熔融合金液高温熔化，用来调控铝合金中其它元素含量；
步骤5：精炼除气：向铝合金熔体中加入打渣剂，进行打渣，并通入纯度为99.9％以上的高纯氮气精炼，加入精炼剂，精炼剂的总质量为0.2％-0.4％，精炼后将浮渣除去，并静置5-15min；
步骤6：取样检查成分，调整熔体成分达到高导热压铸铝合金成分要求；
步骤7：浇注：将静置后铝液表面的浮渣去掉；控制熔体温度在700-720℃，直接浇注成铸锭或流入半连续铸锭机连续浇注，通过结晶器凝固成铸锭，或者直接熔体进行压铸成形。
4.如权利要求3所述的废铝回收制备权利要求1或2所述的高导热铝合金材料的方法，其特征在于，所述的步骤2中高导热铝合金成分要求为：Si:0.5％-2.0％、Fe：0.6％-1.8％、Mg≤0.3％，Ni≤0.2％，余量为铝及不可避免的杂质，杂质中Zn≤0.1％，Cu≤0.1％，Mn≤0.1％，杂质总含量≤0.25％。
5.如权利要求3所述的废铝回收制备权利要求1或2所述的高导热铝合金材料的方法，其特征在于，所述的步骤4中其它元素为Si、Fe、Mg、Ni、Zn、Mn和Cu。
6.如权利要求3所述的废铝回收制备权利要求1或2所述的高导热铝合金材料的方法，其特征在于，所述的步骤6中的高导热压铸铝合金成分要求为：Si:0.5％-2.0％、Fe：0.6％-1.8％、Mg≤0.3％，Ni≤0.2％，余量为铝及不可避免的杂质，杂质中Zn≤0.1％，Cu≤0.1％，Mn≤0.1％，杂质总含量≤0.25％。
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