CN109666823A - 一种利用再生铝制备发热盘的方法及发热盘所使用铝合金 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种使用再生铝制备发热盘的方法,包括以下步骤:一、再生铝合金分类打包;投料,与电解铝锭加热熔化;二、电磁搅拌步骤一合金液,向步骤一合金液中加入硅锭形成合金液;三、将杂质含量较高的再生铝锭加入至步骤二的合金液中;四、向合金液中加入B和Sn;五、将熔体降温,没入镁锭;六、向熔体中加入除渣剂,搅拌,除渣;七、熔体继续加热,静置10至20分钟;八、将熔体转移至保温炉保温,取熔体进行压铸,压铸过程中流动熔体将发热丝包裹形成整体式发热盘;本发明还公开了制得发热盘金属板的合金组成;该发明有效利用再生铝,通过选用不同品质的再生铝与熔炼和压铸工艺配合,制得加热效果好的发热盘,同时降低生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及合金领域,特别是一种利用再生铝制备发热盘的方法及发热盘所使用铝合金。
背景技术
高导热Al-Si铸造铝合金在节能环保上具有重要意义。随着我国生活改善,铸造铝合金家用炊具越来越多。虽然相对与钢铁材料,铝合金的导热铝已有大幅提高,但是人们对铝合金导热率的潜力还没有充分认识,挖潜工作也不够深入。因为一个家庭主要耗能集中在煮饭做菜。随着我国全面进入小康水平,人们对生活有了更高的追求。从电饭堡、电烤炉、电煎锅,电炊具玲琅满目,品种多不胜数。如果目电炊具的热效率有可量化的提高,将对国家整个能源体系节能降耗产生巨大影响。因此,推动高导热铝合金发热盘的技术进步与产业升级的符合国家政策。
国外大型企业高度重视功能性铸造铝合金的研究和开发,迄今已有近60年的研究历史。其中对高导热铸造铝合金体系研究最为完善的是日本三菱公司,该公司开发了6种DMS系列高导热率铸造铝合金。导热率最高的是DMS1,导热率达到210W/m·K,拉伸强度为130MPa;流动性能最好的DMS 3系列,流动性优于ADC12,导热率也能达到150W/m·K;DMS 6系列的抗拉强度达到260MPa,导热率达到170W/m·K。美国和欧盟等发达国家也拥有比较完善的高导热铸造铝合金体系,并且已经大量投产使用。
然而,以上高导热合金具有成本高的特点。资料显示,目前我国还没有成体系的高导热率的Al-9wt.%Si-Mg铝合金发热盘的制备方法报道,更没有利用再生铝资源压铸具有高导热率的Al-9wt.%Si-Mg铝合金发热盘的方法报道。
为了获得低成本的高导热铸造铝合金,同时获得散热效率高的水暖散热器,本发明对合金熔炼方法进行了改进,采用了再生铝合金锭。并采用多种熔炼方法改善了散热器的综合性能。使其性能达到了先进水平,同时生产成本得到很好的控制。
专利号为ZL2018210391715的实用新型中公开一种改进的电发热盘,该电发热盘具有金属板体和嵌在本体一侧的加热圈,仅能使用加热圈一侧与金属板体的接触实现电发热盘的发热;该实用新型存在两个问题,一是加热圈与金属板之间的接触面积小,另一问题是,加热圈与金属板之间的连接不足够紧密和牢固,造成该实用新型的加热效果不佳,使用寿命较短等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种使用再生铝制备发热盘的方法,该发明有效利用再生铝,通过选用不同品质的再生铝与熔炼和压铸工艺配合,制得加热效果好的发热盘,同时降低生产成本。
为解决此技术问题,本发明的技术方案是:一种利用再生铝制备发热盘的方法,包括以下步骤:
步骤一、再生铝合金分类打包;将再生铝按照杂质含量由低至高排序,先将杂质含量较低的再生铝投料,与电解铝锭加热熔化;
步骤二、电磁搅拌步骤一合金液,向步骤一合金液中加入硅锭形成合金液;
步骤三、将杂质含量较高的再生铝锭加入至步骤二的合金液中;
步骤四、向步骤三合金液中加入B和Sn,熔化并混合均匀制得熔体;
步骤五、将步骤四制得的熔体降温,没入镁锭;
步骤六、向步骤五的熔体中加入除渣剂,搅拌,除渣;
步骤七、除渣后的熔体继续加热,静置;
步骤八、将步骤七的熔体转移至保温炉保温,取熔体进行压铸,压铸过程中流动熔体将发热丝包裹形成整体式发热盘。
优选所述步骤一中的再生铝包括建筑型材回收料和电工铝线。本发明中的建筑型材回收料具体可为铝合金门窗,其主要成为铝-镁-硅合金,合金中镁的质量分数低于1%,硅的质量分数低于2%;本发明中电工铝线具体可以为铝含量高于99%的铝合金电线。
优选步骤一至步骤三中熔化各物质的质量分数分别为:
本发明中使用了多种再生铝,同时按照再生铝杂质含量从低至高的顺序按照上述质量分数投入至熔体内,通过添加硅锭并使之成为合金液后,再添加品位低的铝锭后熔化,保证杂质元素不影响熔炼炉炉衬,同时硅对杂质有吸收作用,实现高导热铸造铝硅合金连续熔炼。配合电磁搅拌,保证硅均匀分布在铝熔体中,防止硅颗粒粗大,同时保证硅尽量与杂质元素形成化合物,提高铸造铝合金导热率。
优选所述硅锭为多晶硅。多晶硅在溶解过程中能够较均匀的溶解在合金中,相较于单晶硅,不仅保证硅均匀分散在铝熔体中,还降低了成本。
优选步骤一中加热熔化的温度为800℃至900℃。通过上述加热熔化温度的设定保证获得均匀的合金熔体,如果熔化温度低于800℃,则硅锭难以全部融化,因此硅难以在合金中均匀分散,影响压铸制得发热盘导热率、抗拉强度以及气密性。熔化温度高于900℃,则成本太高。进一步优选步骤一中加热熔化的温度为850℃。选择熔化温度为850℃,硅元素均匀熔化,合金的流动性适宜,配合电磁搅拌,合金中各物质均匀分散,硅元素能够有效与杂质元素化合,保证散发热盘的金属板具有最佳的导热率。
优选步骤五中在没入镁锭前先将熔体降温至720℃至760℃。通过降低熔体的温度,防止镁锭在熔化的过程中温度过高发生氧化损耗,确保镁被有效吸收。
优选步骤六中除渣剂的质量为铝熔体质量的0.5%。再配合高纯氮气除渣除气,提高铝熔体的均匀性,利于压铸制得品质均匀的发热盘,提高发热盘的强度。
优选所述步骤八中保温温度为630至700℃。通过设置较高的保温温度,确保铝熔体从熔炼炉转移至压铸机过程中热量损失不会影响压铸的进行,配合步骤八的进行。另外,步骤八的保温温度低于630℃,虽然铝熔体的考虑在转移至压铸机的过程中的热量损失,铝熔体的粘度降低,不利于压铸的成型,难以获得成型良好没有缺口的发热盘;步骤八的保温温度高于700℃则容易造成铝合金吸气现象加重,三氧化二铝颗粒,从而不利于铝合金的均匀性以及压铸制得散热器的致密性。
优选所述步骤八中压铸过热度为40至60℃;步骤八压铸过程中熔体为平流状态。本发明通过控制压铸过程中铝熔体的过热度为40至60℃,保持铝熔体具有良好的流动性,铝熔体与模具配合紧密,利于制得品质均匀的散热器。本步骤中过热度低于40℃,由于铝熔体的流动性较差,压铸难以成行;过热度高于60℃铝熔体在压铸的过程中容易卷入空气或者吸收空气中的水分,造成散热器的导热率降低,水密封性也降低。本发明中步骤八过热度最优选为50℃。本发明在压铸过程中控制铝熔体为平流状态,防止铝熔体流速过快,减少空气以及铝熔体流速过快在压铸过程中对成型的扰动,本发明压铸的发热盘铸造疏松少、缩孔少,致密度达到99.5%,密度达到2.68g/mm3,导热率高。
通过采用上述技术方案,本发明的有益效果是:
本发明通过将杂质含量由低至高的顺序将回收率依次加入至熔炼炉中,配合电解铝锭熔化,电磁搅拌,再将硅锭熔化后再将杂质含量较高的再生铝定加入至已经熔化有硅元素的合金中,均匀分散在合金中的硅元素有效吸收熔体中各中再生铝内含有的杂质;降低熔体温度后,通过没入的方式加入镁锭,使得镁能够有效安全的熔化在熔体内;将制得的熔体通过压铸的方式将发热丝包裹形成整体式发热盘,一方面,发热丝与发热盘的金属板均匀紧密的接触,发热丝的四周全部与金属板紧密接触,有效提高发热丝与金属盘之间热传递的效率;同时发热丝与金属板形成一体结构,二者之间连接紧密牢固,本发明制得的发热盘加热效果好,使用寿命长。
本发明制得发热盘的合金金属板其导热率可达145W/(m*s),抗拉力强度为可达168MPa,延伸率为5%,因此本发明制得的发热盘加热效果好,结构强度好。
本发明通过各物质添加顺序配合熔炼和压铸工艺的调节,利于保护设备,同时获得高品质发热盘。
本发明的另一目的在于提供一种用于制备上述发热盘的铝合金,该发明具有导热率高、抗拉强度高的特点。
为解决此技术问题,本发明的技术方案是:一种用于制备发热盘的铝合金,其特征在于:按照质量分数包括以下组分:
硅9.5至10.5%;
镁0.5至1.5%;
锡0.02至0.05%;
钛、铬、钒、锰含量最高含量达500ppm;
硼0.02至0.04%;
余量为铝。
通过采用上述技术方案,本发明的有益效果是:
本发明的导热率可达145W/(m*s),抗拉力强度为可达168MPa,延伸率为5%,适合通过压铸的方式制得整体式发热盘。
从而实现本发明的上述目的。
具体实施方式
为了进一步解释本发明的技术方案,下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。
实施例1
本实施例公开一种使用再生铝制备发热盘的方法,制造7K-1型铸造铝合金烤盘。
本实施例具体包括以下步骤:
步骤一、在熔炼炉中按质量百分比加入分类打包的30%建筑型材回收料,20%的电工铝线,和20%的电解99.7%铝锭,加热至850℃,熔化;
步骤二、电磁搅拌步骤一合金液,向步骤一合金液中加入10%硅锭形成合金液;
步骤三、将杂质含量较高的20%再生铝锭加入至步骤二的合金液中;
步骤四、向步骤三合金液中加入B和Sn,熔化并混合均匀制得熔体;
步骤五、将步骤四制得的熔体降温至740℃,没入镁锭;
步骤六、向步骤五的熔体中加入熔体质量0.5%的除渣剂,搅拌,用高纯氮气除气除渣10分钟;
步骤七、除渣后的熔体继续加热至725℃,静置20分钟;
步骤八、将步骤七的熔体转移至保温炉680℃保温,并用高纯氮气除气。取熔体用800吨压铸机进行压铸,压铸过程中流动熔体将发热丝包裹形成整体式发热盘,其中压铸的过热度为50℃,压铸速度为慢速压铸,保持熔体为平流状态。
本实施例制得的发热盘包括发热丝和包裹发热丝的铝合金金属板,其中金属板按照质量分数包括以下组分:
硅9.5至10.5%;
镁0.5至1.5%;
锡0.02至0.05%;
钛、铬、钒、锰含量最高含量达500ppm;
硼0.02至0.04%;
余量为铝。
对本实施例制得的铝合金金属板致密度达到99.5%,密度达到2.68g/mm3,导热率为135W/(m*s),抗拉力强度为160MPa,延伸率为5%。200℃老化试验1小时后,本实施例中铝合金金属板导热率达到145W/(m·s)。
实施例2
本实施例公开一种使用再生铝制备发热盘的方法,制造7K-1型铸造铝合金烤盘。
本实施例具体包括以下步骤:
步骤一、在熔炼炉中按质量百分比加入分类打包的30%建筑型材回收料,20%的电工铝线,和20%的电解99.7%铝锭,加热至800℃,熔化;
步骤二、电磁搅拌步骤一合金液,向步骤一合金液中加入10%硅锭形成合金液;
步骤三、将杂质含量较高的20%再生铝锭加入至步骤二的合金液中;
步骤四、向步骤三合金液中加入B和Sn,熔化并混合均匀制得熔体;
步骤五、将步骤四制得的熔体降温至720℃,没入镁锭;
步骤六、向步骤五的熔体中加入熔体质量0.5%的除渣剂,搅拌,用高纯氮气除气除渣15分钟;
步骤七、除渣后的熔体继续加热至710℃,静置15分钟;
步骤八、将步骤七的熔体转移至保温炉630℃保温,并用高纯氮气除气。取熔体用800吨压铸机进行压铸,压铸过程中流动熔体将发热丝包裹形成整体式发热盘,其中压铸的过热温度为40℃,压铸速度为慢速压铸,保持熔体为平流状态。
本实施例制得的发热盘包括发热丝和包裹发热丝的铝合金金属板,其中金属板按照质量分数包括以下组分:
硅10.0%;
镁1.0%;
锡0.03%;
钛、铬、钒、锰含量最高含量达500ppm;
硼0.03%;
余量为铝。
对本实施例制得的铝合金金属板致密度达到99.5%,密度达到2.68g/mm3,导热率为131W/(m*s),抗拉力强度为155MPa,延伸率为6%。200℃老化试验1小时后,本实施例中铝合金金属板导热率达到138W/(m·s)。
实施例3
本实施例公开一种使用再生铝制备发热盘的方法,制造7K-1型铸造铝合金烤盘。
本实施例具体包括以下步骤:
步骤一、在熔炼炉中按质量百分比加入分类打包的30%建筑型材回收料,20%的电工铝线,和20%的电解99.7%铝锭,加热至900℃,熔化;
步骤二、电磁搅拌步骤一合金液,向步骤一合金液中加入10%硅锭形成合金液;
步骤三、将杂质含量较高的20%再生铝锭加入至步骤二的合金液中;
步骤四、向步骤三合金液中加入B和Sn,熔化并混合均匀制得熔体;
步骤五、将步骤四制得的熔体降温至760℃,没入镁锭;
步骤六、向步骤五的熔体中加入熔体质量0.5%的除渣剂,搅拌,用高纯氮气除气除渣15分钟;
步骤七、除渣后的熔体继续加热至740℃,静置10分钟;
步骤八、将步骤七的熔体转移至保温炉700℃保温,并用高纯氮气除气。取熔体用800吨压铸机进行压铸,压铸过程中流动熔体将发热丝包裹形成整体式发热盘,其中压铸的过热温度为60℃,压铸速度为慢速压铸,保持熔体为平流状态。
本实施例制得的发热盘包括发热丝和包裹发热丝的铝合金金属板,其中金属板按照质量分数包括以下组分:
硅10.5%;
镁0.5%;
锡0.05%;
钛、铬、钒、锰含量最高含量达500ppm;
硼0.02%;
余量为铝。
对本实施例制得的铝合金金属板致密度达到99.5%,密度达到2.68g/mm3,导热率为140W/(m*s),抗拉力强度为168MPa,延伸率为4%。200℃老化试验1小时后,本实施例中铝合金金属板导热率达到151W/(m·s)。
Claims (10)
1.一种利用再生铝制备发热盘的方法,其特征在于:包括以下步骤:
步骤一、再生铝合金分类打包;将再生铝按照杂质含量由低至高排序,先将杂质含量较低的再生铝投料,与电解铝锭加热熔化;
步骤二、电磁搅拌步骤一合金液,向步骤一合金液中加入硅锭形成合金液;
步骤三、将杂质含量较高的再生铝锭加入至步骤二的合金液中;
步骤四、向步骤三合金液中加入B和Sn,熔化并混合均匀制得熔体;
步骤五、将步骤四制得的熔体降温,没入镁锭;
步骤六、向步骤五的熔体中加入除渣剂,搅拌,除渣;
步骤七、除渣后的熔体继续加热,静置;
步骤八、将步骤七的熔体转移至保温炉保温,取熔体进行压铸,压铸过程中流动熔体将发热丝包裹形成整体式发热盘。
2.如权利要求1所述的一种利用再生铝制备发热盘的方法,其特征在于:所述步骤一中的再生铝包括建筑型材回收料和电工铝线。
3.如权利要求2所述的一种利用再生铝制备发热盘的方法,其特征在于:
步骤一至步骤三中熔化各物质的质量分数分别为:
4.如权利要求3所述的一种利用再生铝制备发热盘的方法,其特征在于:所述硅锭为多晶硅。
5.如权利要求1所述的一种利用再生铝制备发热盘的方法,其特征在于:步骤一中加热熔化的温度为800℃至900℃。
6.如权利要求1所述的一种利用再生铝制备发热盘的方法,其特征在于:步骤五中在没入镁锭前先将熔体降温至720℃至760℃。
7.如权利要求1所述的一种利用再生铝制备发热盘的方法,其特征在于:步骤六中除渣剂的质量为铝熔体质量的0.5%。
8.如权利要求1所述的一种利用再生铝制备发热盘的方法,其特征在于:所述步骤八中保温温度为630至700℃。
9.如权利要求1所述的一种利用再生铝制备发热盘的方法,其特征在于:所述步骤八中压铸过热度为40至60℃;步骤八压铸过程中熔体为平流状态。
10.一种如权利要求1至9任一项所述的用于制备发热盘的铝合金,其特征在于:按照质量分数包括以下组分:
硅9.5至10.5%;
镁0.5至1.5%;
锡0.02至0.05%;
钛、铬、钒、锰含量最高含量达500ppm;
硼0.02~0.04%;
余量为铝。
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CN109666823B (zh) | 2021-03-23 |
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