CN109852853B - 一种薄壁压铸件用高强韧散热铝合金材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于薄壁压铸件用高强韧散热铝合金及其制备方法，合金包括如下组分：Si：8.0wt％‑12.6wt％；Mg：1.0wt％‑2.5wt％；Cu：0.2wt％‑0.5wt％；Fe：0.2wt％‑0.4wt％；B：0.001wt％‑0.02wt％，Sr：0.005wt％‑0.1wt％，其余杂质元素控制在0.01wt％以下，余量为Al。制备上述组分的铝熔体后，进行压铸生产时，铝熔体温度为680～720℃，模具温度为150～200℃，铸件取出后，风冷10～50s将铸件温度降至30～50℃。通过薄壁压铸件快速冷却的方法，将Mg、Si、Cu等元素大量固溶在Al基体中，从而在提高合金强度的同时，保证材料的延伸率，所得材料(压铸态)的抗拉强度为308～339MPa，屈服强度为253～271MPa，延伸率为3.1～4.2％，热导率为115～126W/m·k。

Description

一种薄壁压铸件用高强韧散热铝合金材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种铝合金材料，具体涉及适用于薄壁压铸件用高强韧散热铝合金材料及其制备方法。

背景技术

铝合金具有良好的耐腐蚀、导电导热及铸造加工性能，且比强度高，因此在通信、电子和交通运输等领域有着广泛的运用。目前铝合金压铸件正朝着大型、薄壁、复杂、高精度、高强韧方向发展。铝合金薄壁压铸件在通讯电子设备的外壳生产上也占据举足轻重的地位，如基站用滤波器腔体、发射器壳体、笔记本和手机的外壳等。特别是通讯基站类设备正朝向高散热和高耐蚀性能及高薄方向发展，促进铝合金压铸技术朝向高精尖方向推进，在满足散热和防腐蚀性能的前提下，通讯类铝合金壳体正逐步走向轻量化。

目前，通讯电子用零部件对材料散热性能提出更高要求。研究表明，电子元器件服役过程中产生热量与周围环境散热平衡后，器件的平均温度对其寿命产生重要影响。电子元器件平均温度每升高2℃，寿命就降低10％。由于电子元器件日益朝小型化方向发展，电子器件散热结构日益受到限制，因此，轻质高导热新材料应用已成为提高通信设备散热能力、降低电子元器件温度的关键。铝合金由于其优良的导热性能、可加工性能，同时兼具低成本、环境友好、低密度等优点，在保持设备较高散热能力的同时实现设备的小型化、轻量化具有重要的地位，成为高性能电子工业应用材料的发展趋势。根据金属导热导电的微观机制分析，铝合金中热传导以电子热导为主。自由电子在合金中随机运动时，晶体点阵中缺陷、固溶原子或析出相会造成电势场周期发生变化，从而导致电子散射几率增加降低平均自由程，导致热传导性能下降。因此，铝合金强化途径与材料热导率的提升构成矛盾，如何提高合金强度并兼顾其热传导性能，是通讯电子用铝合金材料迫切需要解决的技术难题。

目前一般工业用压铸铝合金主要有Al-Si-Mg系合金(如 YL104、A356、A360等)，Al-Si-Mg系合金需通过固溶强化和时效处理才能提高其力学性能，但热处理过程中不可避免铸件发生变形，需增加矫正工序，使其制备成本提高；而另一类传统的压铸Al-Si-Cu系合金(如ADC12等)，该类合金中加入的Cu 含量较高，一般在2％～5％Cu，Cu虽然可以提高压铸件的强度，但却降低了铸件的韧性，而且过多Cu的加入会降低铸件的耐腐蚀性能；还有一类韧性较好的压铸铝合金材料为Al-Mg系，如国内YL302，日本ADC5、ADC6以及美国518等牌号压铸铝合金，这类合金具有良好的耐腐蚀性、较高的强度及韧性，但是由于Mg含量较高，一般含4％～6％Mg，Mg在熔炼及压铸过程中很容易氧化，带入夹杂物，导致铸造性能较差，存在较大的壁厚效应，压铸件容易出现开裂和应力腐蚀裂纹等缺陷。

发明内容

针对上述技术现状，本发明旨在提供一种薄壁压铸件用高强韧散热铝合金材料及其制备方法，无需再经过热处理即可获得高强高韧铝合金材料，且合金的热传导性能良好。

为了实现上述技术目的，本发明首先对合金成分及比例进行优化：通过控制各组成元素的比例和杂质的含量，充分发挥各元素在合金中的正向作用，降低负向作用，具体为：将Si元素质量百分比含量控制在共晶点12.6％附近，提高合金流动性；Mg 元素质量百分比含量控制在1.0～2.5％，结合后续近快速凝固压铸成型技术，发挥Mg元素对Al合金基体固溶强化作用，提高合金强度；Fe元素质量百分比含量控制在0.2～0.4％，控制富Fe 相形成数量，兼顾合金压铸时脱膜能力；利用Sr元素变质作用细化共晶硅相，保证合金热传导性能。

为了实现上述技术目的，本发明对合金的制备进行优化：控制各组分的添加条件，从而充分发挥各组分正向作用。

为了实现上述技术目的，本发明还对压铸成型进行优化：将上述合金熔炼、除气、除杂后静置至浇注温度，压铸时模具温度控制在150～200℃范围；压铸件取出后，采用风冷强制将铸件温度冷却至30～50℃，冷却时间控制在10～50s范围内，通过压铸制备壁厚在0.3～2mm的铝合金铸件。采用风冷手段，进行快速冷却是制备本发明合金的关键，从而形成高固溶度的过饱和熔体。

总之，本发明通过合金成分调整和铸件成型及冷却控制，充分利用Mg、Cu等合金强化元素的固溶强化作用，在保证合金延伸率的前提下提高其强度，制备出高强度和高韧性薄壁压铸件，满足通讯电子行业的应用需求。

即，本发明的技术方案为：一种薄壁压铸件用高强韧散热铝合金材料及其制备方法：其中，

薄壁压铸件用高强韧散热铝合金材料在元素组成上为：Si： 8.0wt％-12.6wt％；Mg：1.0wt％-2.5wt％；Cu：0.2wt％-0.5wt％； Fe：0.2wt％-0.4wt％；Sr：0.005wt％-0.1wt％，B：0.001wt％-0.02wt％，其余杂质元素0.01wt％以下，余量为Al。

进一步地，所述铝合金材料在元素组成上为：Si含量 8.0wt％～10wt％，Mg含量1.8wt％～2.5wt％，Cu含量0.2wt％～ 0.3wt％，Sr含量0.005wt％-0.1wt％，Fe含量0.2wt％～0.4wt％，B 含量0.001wt％～0.02wt％，其余杂质元素0.01wt％以下，余量为Al。

进一步地所述铝合金材料在元素组成上为：Si含量 9.0wt％～11wt％，Mg含量1.5wt％～1.8wt％，Cu含量0.4wt％～ 0.5wt％，Sr含量0.005wt％-0.1wt％，Fe含量0.2wt％～0.4wt％，B 含量0.001wt％～0.02wt％，其余杂质元素0.01wt％以下，余量为Al。

进一步地，所述铝合金材料在元素组成上为：Si含量 10.0wt％～12.6wt％，Mg含量1.0wt％～1.5wt％，Cu含量0.2wt％～ 0.3wt％，Sr含量0.005wt％-0.1wt％，Fe含量0.2wt％～0.4wt％，B 含量0.001wt％～0.02wt％，其余杂质元素0.01wt％以下，余量为Al。

薄壁压铸件用高强韧散热铝合金材料的制备方法如下：

核心是通过快速冷却铝合金熔体，从而形成高固溶度的过饱和熔体，具体包括如下步骤：

(1)惰性气氛保护下，将高纯Al投入加热炉中，加热至 720℃，待高纯铝完全融化后，再保温15～30min；接着升温至 750～780℃后，按比例，边搅拌边向铝熔体中加入金属Si和Al-Fe 中间合金，加完后，保温15～30min形成铝熔体。

(2)将步骤一中的铝熔体降温至740～750℃，保温15～30min 后，边搅拌边向铝熔体加入Al-Cu中间合金、纯Mg锭和Al-B 中间合金；按炉料总量1～2‰的比例加入精炼剂后，进行喷吹精炼。

(3)喷吹精炼结束后，将炉内铝合金熔体温度控制在 710～720℃，为了进一步控制合金的元素组成及各组分的含量，在液态内部取样，冷却至室温后进行直读光谱分析，测量元素组成及各元素的质量比例，以合金元素组成的成分为基准，计算所需添加比例。按计算的结果添加相对应的物质，可添加物质为高纯铝、Al-Si中间合金、Al-Fe中间合金、Al-Cu中间合金、纯 Mg锭和Al-B中间合金中的至少一种，随后静置30min以上；加入Al-Sr合金，静置30min以上。

所添加方式可为：将所需添加物制成粉体，粉体粒径最大值小于10mm，将粉体放置于喷吹气流的进气管道中，利用喷吹的气流带动所需添加物的粉体进入铝熔体，可移动喷吹气流出口在铝熔体中的各个位置，可调节气流大小，进而实现所添加物快速均匀地分散在铝熔体中。

(4)将铝合金熔液输送至压射室进行薄壁件压铸，压铸时炉内金属液温度为680～720℃，压铸模具的温度低于普通压铸的温度；压铸结束后设置风冷，将铸件温度迅速降低，形成高固溶度的过饱和固溶体。

(5)压铸件取出后，进行吹风冷却10～50s，将铸件温度降到30～50℃。

由以上元素组成和方法制备的高强韧散热铝合金材料可加工成薄壁件壁，其壁厚为0.3～2mm。

上述薄壁件的抗拉强度为308～339MPa，屈服强度为253～271MPa，延伸率为3.1～4.2％，热导率为115～126W/m·k。

薄壁压铸件用高强韧散热铝合金材料的制备方法中，可改进，具体为：

(1)根据所述铝合金材料的组分及各组分的质量百分比，采用高纯铝锭、纯镁锭、Al-Si中间合金、Al-Fe中间合金、Al-B 中间合金和Al-Cu中间合金为原料，以高纯铝锭为基准，算得并称取纯镁锭、Al-Si中间合金、Al-Fe中间合金、Al-B中间合金和Al-Cu中间合金，将上述块状原料加工成粉体，粒径最大值小于10mm，再称取原料总质量1～2‰比例的无钠粉状精炼剂。

(2)将上述粉体按照Al-Si中间合金、Al-Fe中间合金、Al-B 中间合金和Al-Cu中间合金顺序的倒序，逐一覆盖的放置于喷吹气流的进气管道中，最后覆盖原料总量1～2‰的无钠粉状精炼剂；也可将上述粉体和精炼剂均匀混合后得到混合均匀的粉体，将混合均匀的粉体投入喷吹气流的进气管道中。

(3)惰性气氛保护下，将高纯Al投入加热炉中，加热至高纯铝完全融化后，再保温15～30min；接着升温至750～780℃后。

(4)开始喷吹操作，利用喷吹的气流带动粉体进入铝熔体，在此过程中，可移动喷吹气流出口在铝熔体中的各个位置，可调节气流大小，进而实现所添加物快速均匀地分散在铝熔体中，此改进可以减少铝熔体的制备时间，改善添加效果，减少制备步骤。

(5)喷吹精炼结束后，将炉内铝合金熔体温度控制在710～ 720℃，为了进一步控制合金的元素组成及各组分的含量，在液态内部取样，冷却至室温后进行直读光谱分析，测量元素组成及各元素的质量比例，以合金元素组成的成分为基准，计算所需添加比例。按计算的结果添加相对应的物质，可添加物质为高纯铝、 Al-Si中间合金、Al-Fe中间合金、Al-Cu中间合金、纯Mg锭和 Al-B中间合金中的至少一种。所添加方式为：先将所需添加物中块状原料加工成粉体，粒径最大值小于10mm，再将粉体放置于喷吹气流的进气管道中，利用喷吹的气流带动所需添加物的粉体进入铝熔体，可移动喷吹气流出口在铝熔体中的各个位置，可调节气流大小，进而实现所添加物快速均匀地分散在铝熔体中，添加完成后，静置30min以上；加入Al-Sr合金，静置30min以上。

(6)将金属液输送至压射室进行薄壁件压铸，压铸时炉内金属液温度为680～720℃，压铸模具的温度低于普通压铸的温度；压铸结束后设置风冷，将铸件温度迅速降低，形成高固溶度的过饱和固溶体。

(7)压铸成型取件后，采用强制风铸件在10-50s内将表面温度降低至30-50℃，获得压铸件合金。

上述改进方法制备的薄壁件的抗拉强度为308～339MPa，屈服强度为253～271MPa，延伸率为3.1～4.2％，热导率为 115～126W/m·k。

此改进可以减少铝熔体的制备时间，改善分散效果，快速实现所添加物均匀地分散在铝熔体中。

本发明具有的有益效果：

1)本发明的高强韧铝合金压铸成型方法，通过控制压铸模具温度、取件后采用风冷冷却手段，在薄壁压铸件成型过程中形成快速凝固的工艺条件，使得铸件形成过饱和固溶体，在无需经过热处理的条件下提升铸件强度与韧性，无需增加材料加工成本；

2)本发明材料成分Si元素控制在接近共晶点范围，保证合金流动性良好，满足薄壁件型腔充填效果；Mg元素控制在 1.0wt％-2.5wt％范围，可以充分发挥Mg元素对合金的强化作用，同时控制熔炼、压铸过程中形成氧化夹杂物含量在较低水平； Cu元素控制在0.2wt％-0.5wt％范围内，合金具有较好耐腐蚀性能。

附图说明

图1为本发明实施例一所制备铝合金的微观形貌(放大倍数 100倍，铸态)。

图2为本发明实施例四所制备铝合金的微观形貌(放大倍数 500倍，铸态)。

具体实施方式

本发明公开了通过控制铝合金中的元素组成和铝熔体的制备方法，获得一种高强韧散热铝合金，尤其是一种薄壁压铸件用高强韧散热铝合金。

本发明首先通过控制各组成元素的比例和杂质的含量，充分发挥各元素在合金中的正向作用，降低负向作用，再次对合金的制备方法进行优化：控制各组分的添加条件，从而充分发挥各组分正向作用，采用风冷手段，进行快速冷却是制备本发明合金的关键，从而充分发挥各组分的正向作用，形成高固溶度的过饱和固溶体。

本发明铝合金制备的薄壁压铸件的壁厚为0.3～2mm。

【实施例一】

一种薄壁压铸件用高强韧散热铝合金材料，其组分及各组分的质量百分比为：Si含量8.0wt％～10wt％，Mg含量 1.8wt％～2.5wt％，Cu含量0.2wt％～0.3wt％，Sr含量0.005w t％-0.1wt％，Fe含量0.2wt％～0.4wt％，B含量0.001wt％～0.02wt％，其余杂质元素0.01wt％以下，余量为Al。

所述薄壁压铸件用高强韧散热铝合金材料的制备方法，按以下步骤进行：

(1)根据所述铝合金材料的组分及各组分的质量百分比，采用高纯铝锭、纯镁锭、Al-Si中间合金、Al-Fe中间合金、Al-B 中间合金、Al-Cu中间合金和精炼剂为原料，以高纯铝锭为基准，算得并称取纯镁锭、Al-Si中间合金、Al-Fe中间合金、Al-B中间合金和Al-Cu中间合金。

(2)惰性气氛保护下，将高纯Al投入加热炉中，加热至 680℃，待高纯铝完全融化后，再保温15min；接着升温至750℃后，边搅拌边向铝熔体中加入的Al-Si中间合金和Al-Fe中间合金，加完后，保温10min形成铝熔体；

(3)将步骤一中的铝熔体降温至740℃，保温10min后，边搅拌边向铝熔体加入Al-Cu中间合金、纯Mg锭和Al-B中间合金；再加入精炼剂后，其中，精炼剂的质量为炉料总量1‰，进行喷吹精炼：在熔体中通入高纯惰性气体进行精炼除气处理，通气时保持熔体温度为700℃，通气时间为5min；除气处理后静置10min，扒去浮渣；保持熔体温度为680℃。

(4)喷吹精炼结束后，计算出炉内铝合金熔体的质量，将炉内铝合金熔体温度控制在710℃，为了进一步控制合金的元素组成及各组分的含量，在液态内部取样，冷却至室温后进行直读光谱分析，测量元素组成及各元素的质量比例，计算出各原料需要补加的质量。按计算的结果添加相对应的原料，再进行取样测量，直到元素组成符合所述铝合金材料的组分及各组分的质量百分比。随后静置30min以上；熔体温度在700℃，搅拌条件下，加入Al-Sr合金，加完再搅拌20min后，静置30min；

(5)在合金熔炼的同时，启动压铸模温机，将模具温度预热至150℃，随后将金属液输送至压射室进行薄壁件压铸，压铸时炉内金属液温度为680℃，压铸结束后设置风冷，将铸件温度迅速降低，形成高固溶度的过饱和固溶体。

(6)压铸成型取件后，采用强制风将铸件在10-20s内将表面温度降低至30-40℃，获得压铸件合金1。

所得压铸件合金1的壁厚0.3mm，(压铸态)抗拉强度 339MPa、屈服强度271MPa，延伸率3.1％，热导率115W/m·k。

由图1可见，合金1的微观组织主要由初生α-Al和共晶Si 组成，由于快速冷却的效果，熔质元素Mg均固溶进入Al基体，晶界处未见析出物；此外在Sr元素变质作用下，共晶Si相粗大层片状组织基本消失，转变为细小均匀纤维状组织。这种组织结构提升了合金机械性能和热传导性能。

【实施例二】

一种薄壁压铸件用高强韧散热铝合金材料，其组分及各组分的质量百分比为：Si含量9.0wt％～11wt％，Mg含量1.5 wt％～1.8wt％，Cu含量0.4wt％～0.5wt％，Sr含量0.005wt％-0.1wt％， Fe含量0.2wt％～0.4wt％，B含量0.001wt％～0.02wt％，其余杂质元素0.01wt％以下，余量为Al。

所述薄壁压铸件用高强韧散热铝合金材料的制备方法，按以下步骤进行：

(1)根据所述铝合金材料的组分及各组分的质量百分比，采用高纯铝锭、纯镁锭、Al-Si中间合金、Al-Fe中间合金、Al-B 中间合金、Al-Cu中间合金和精炼剂为原料，以高纯铝锭为基准，算得并称取纯镁锭、Al-Si中间合金、Al-Fe中间合金、Al-B中间合金和Al-Cu中间合金。

(2)惰性气氛保护下，将高纯Al投入加热炉中，加热至 680℃，待高纯铝完全融化后，再保温20min；接着升温至760℃后，边搅拌边向铝熔体中加入的Al-Si中间合金和Al-Fe中间合金，加完后，保温20min形成铝熔体；

(3)将步骤一中的铝熔体降温至750℃，保温10min后，边搅拌边向铝熔体加入Al-Cu中间合金、纯Mg锭和Al-B中间合金；再加入精炼剂后，其中，精炼剂的质量为炉料总量2‰，进行喷吹精炼：在熔体中通入高纯惰性气体进行精炼除气处理，通气时保持熔体温度为710℃，通气时间为20min；除气处理后静置15min，扒去浮渣；保持熔体温度为690℃。

(4)喷吹精炼结束后，计算出炉内铝合金熔体的质量，将炉内铝合金熔体温度控制在720℃，为了控制合金的元素组成及各组分的含量，在液态内部取样，冷却至室温后进行直读光谱分析，测量元素组成及各元素的质量比例，计算出各原料需要补加的质量。按计算的结果添加相对应的原料，再进行取样测量，直到元素组成符合所述铝合金材料的组分及各组分的质量百分比。随后静置30min以上；熔体温度在750℃，搅拌条件下，加入Al-Sr 合金，加完再搅拌10min后，静置60min；

(5)在合金熔炼的同时，启动压铸模温机，将模具温度预热至170℃，随后将金属液输送至压射室进行薄壁件压铸，压铸时炉内金属液温度为680℃，压铸结束后设置风冷，将铸件温度迅速降低，形成高固溶度的过饱和固溶体。

(6)压铸成型取件后，铸件在30-40s内将表面温度降低至 40-50℃，获得压铸件合金2。

所得压铸件合金2的壁厚1.2mm，(压铸态)抗拉强度 314MPa、屈服强度259MPa，延伸率3.7％，热导率117W/m·k。【实施例三】

一种薄壁压铸件用高强韧散热铝合金材料，其组分及各组分的质量百分比为：Si含量10.0wt％～12.6wt％，Mg含量1.0wt％～1.5wt％，Cu含量0.2wt％～0.3wt％，Sr含量0.005wt％-0.1wt％， Fe含量0.2wt％～0.4wt％，B含量0.001wt％～0.02wt％，其余杂质元素0.01wt％以下，余量为Al。

所述薄壁压铸件用高强韧散热铝合金材料的制备方法，按以下步骤进行：

(1)根据所述铝合金材料的组分及各组分的质量百分比，采用高纯铝锭、纯镁锭、Al-Si中间合金、Al-Fe中间合金、Al-B 中间合金、Al-Cu中间合金和精炼剂为原料，以高纯铝锭为基准，算得并称取纯镁锭、Al-Si中间合金、Al-Fe中间合金、Al-B中间合金和Al-Cu中间合金。

(2)惰性气氛保护下，将高纯Al投入加热炉中，加热至 680℃，待高纯铝完全融化后，再保温30min；接着升温至780℃后，边搅拌边向铝熔体中加入的Al-Si中间合金和Al-Fe中间合金，加完后，保温30min形成铝熔体；

(3)将步骤一中的铝熔体降温至750℃，保温30min后，边搅拌边向铝熔体加入Al-Cu中间合金、纯Mg锭和Al-B中间合金；再加入精炼剂后，其中，精炼剂的质量为炉料总量1‰，进行喷吹精炼：在熔体中通入高纯惰性气体进行精炼除气处理，通气时保持熔体温度为720℃，通气时间为10min；除气处理后静置30min，扒去浮渣；保持熔体温度为720℃。

(4)喷吹精炼结束后，计算出炉内铝合金熔体的质量，将炉内铝合金熔体温度控制在720℃，为了进一步控制合金的元素组成及各组分的含量，在液态内部取样，冷却至室温后进行直读光谱分析，测量元素组成及各元素的质量比例，计算出各原料需要补加的质量。按计算的结果添加相对应的原料，再进行取样测量，直到元素组成符合所述铝合金材料的组分及各组分的质量百分比。随后静置30min以上；熔体温度在650℃，搅拌条件下，加入Al-Sr合金后，静置80min；

(5)在合金熔炼的同时，启动压铸模温机，将模具温度预热至200℃，随后将金属液输送至压射室进行薄壁件压铸，压铸时炉内金属液温度为700℃，压铸结束后设置风冷，将铸件温度迅速降低，形成高固溶度的过饱和固溶体。

(6)压铸成型取件后，采用强制风铸件在40-50s内将表面温度降低至40-50℃，获得压铸件合金3。

所得压铸件合金3的壁厚2.0mm，(压铸态)抗拉强度 308MPa、屈服强度253MPa，延伸率4.2％，热导率126W/m·k。

【实施例四】

一种薄壁压铸件用高强韧散热铝合金材料，其组分及各组分的质量百分比为：Si含量8.0wt％～10wt％，Mg含量1.8wt％～2.5wt％，Cu含量0.2wt％～0.3wt％，Sr含量0.005wt％-0.1wt％， Fe含量0.2wt％～0.4wt％，B含量0.001wt％～0.02wt％，其余杂质元素0.01wt％以下，余量为Al。

所述薄壁压铸件用高强韧散热铝合金材料的制备方法，按以下步骤进行：

(1)根据所述铝合金材料的组分及各组分的质量百分比，采用高纯铝锭、纯镁锭、Al-Si中间合金、Al-Fe中间合金、Al-B 中间合金和Al-Cu中间合金为原料，以高纯铝锭为基准，算得并称取纯镁锭、Al-Si中间合金、Al-Fe中间合金、Al-B中间合金和Al-Cu中间合金，将上述块状原料加工成粉体，粒径最大值 1mm，再称取原料总质量1‰的无钠粉状精炼剂。

(2)将上述粉体按照Al-Si中间合金、Al-Fe中间合金、Al-B 中间合金和Al-Cu中间合金顺序的倒序，逐一覆盖的放置于喷吹气流的进气管道中，最后覆盖原料总量1‰的无钠粉状精炼剂；也可将上述粉体和精炼剂均匀混合后得到混合均匀的粉体，将混合均匀的粉体投入喷吹气流的进气管道中。

(3)惰性气氛保护下，将高纯Al投入加热炉中，加热至高纯铝完全融化后，再保温15min。

(4)升温至700℃后，开始喷吹操作，利用喷吹的气流带动粉体进入铝熔体，在此过程中，可移动喷吹气流出口在铝熔体中的各个位置，可调节气流大小，进而实现所添加物快速均匀地分散在铝熔体中，此改进可以减少铝熔体的制备时间，改善添加效果，减少制备步骤。

(5)喷吹精炼结束后，将炉内铝合金熔体温度控制在710℃，为了进一步控制合金的元素组成及各组分的含量，在液态内部取样，冷却至室温后进行直读光谱分析，测量元素组成及各元素的质量比例，以目标合金元素组成的成分为基准，计算所需添加比例。按计算的结果添加相对应的物质，添加物质为高纯铝、Al-Si 中间合金、Al-Fe中间合金、Al-Cu中间合金、纯Mg锭和Al-B 中间合金中的至少一种。添加方式：先将所需添加物中块状原料加工成粉体，粒径最大值1mm，再将粉体放置于喷吹气流的进气管道中，利用喷吹的气流带动所需添加物的粉体进入铝熔体，可移动喷吹气流出口在铝熔体中的各个位置，可调节气流大小，进而实现所添加物快速均匀地分散在铝熔体中。

添加完成后静置30min以上；加入Al-Sr合金，静置30min 以上，添加方式：采用Al-Sr粉体，粒径最大值6mm，再将Al-Sr 粉体放置于喷吹气流的进气管道中，利用喷吹的气流带动所需添加物的粉体进入铝熔体，可移动喷吹气流出口在铝熔体中的各个位置，可调节气流大小，进而实现Sr快速均匀地分散在铝熔体中。

(6)将金属液输送至压射室进行薄壁件压铸，压铸时炉内金属液温度为720℃，压铸模具的温度低于普通压铸的温度；压铸结束后设置风冷，将铸件温度迅速降低，形成高固溶度的过饱和固溶体。

(7)压铸成型取件后，采用强制风铸件在10s内将表面温度降低至30℃，获得压铸件合金4。

所得压铸件合金4的壁厚0.3mm，(压铸态)屈服强度为 271MPa，抗拉强度328MPa，延伸率为4.2％，热导率为126W/m·k。

由图2可见，合金4的微观组织主要由初生α-Al和共晶Si 组成，由于快速冷却的效果，熔质元素Mg均固溶进入Al基体，晶界处未见析出物；此外在Sr元素变质作用下，共晶Si相粗大层片状组织基本消失，转变为细小均匀纤维状组织。这种组织结构提升了合金机械性能和热传导性能。

【实施例五】

一种薄壁压铸件用高强韧散热铝合金材料，其组分及各组分的质量百分比为：Si含量9.0wt％～11wt％，Mg含量1.5wt％～1.8 wt％，Cu含量0.4wt％～0.5wt％，Sr含量0.005wt％-0.1wt％，Fe 含量0.2wt％～0.4wt％，B含量0.001wt％～0.02wt％，其余杂质元素0.01wt％以下，余量为Al。

所述薄壁压铸件用高强韧散热铝合金材料的制备方法，按以下步骤进行：

(1)根据所述铝合金材料的组分及各组分的质量百分比，采用高纯铝锭、纯镁锭、Al-Si中间合金、Al-Fe中间合金、Al-B 中间合金和Al-Cu中间合金为原料，以高纯铝锭为基准，算得并称取纯镁锭、Al-Si中间合金、Al-Fe中间合金、Al-B中间合金和Al-Cu中间合金，将上述块状原料加工成粉体，粒径最大值 6mm，再称取原料总质量1.5‰比例的无钠粉状精炼剂。

(2)将上述粉体按照Al-Si中间合金、Al-Fe中间合金、Al-B 中间合金和Al-Cu中间合金的顺序的倒序，逐一覆盖的放置于喷吹气流的进气管道中，最后覆盖原料总量1.5‰的无钠粉状精炼剂；也可将上述粉体和精炼剂均匀混合后得到混合均匀的粉体，将混合均匀的粉体投入喷吹气流的进气管道中。

(3)惰性气氛保护下，将高纯Al投入加热炉中，加热至高纯铝完全融化后，再保温15min。

(4)升温至720℃后，开始喷吹操作，利用喷吹的气流带动粉体进入铝熔体，在此过程中，可移动喷吹气流出口在铝熔体中的各个位置，可调节气流大小，进而实现所添加物快速均匀地分散在铝熔体中，此改进可以减少铝熔体的制备时间，改善添加效果，减少制备步骤。

(5)喷吹精炼结束后，将炉内铝合金熔体温度控制在710℃，为了进一步控制合金的元素组成及各组分的含量，在液态内部取样，冷却至室温后进行直读光谱分析，测量元素组成及各元素的质量比例，以目标合金元素组成的成分为基准，计算所需添加比例，按计算的结果添加相对应的物质，添加物质为高纯铝、Al-Si 中间合金、Al-Fe中间合金、Al-Cu中间合金、纯Mg锭和Al-B 中间合金中的至少一种。添加方式：先将所需添加物中块状原料加工成粉体，粒径最大值6mm，再将粉体放置于喷吹气流的进气管道中，利用喷吹的气流带动所需添加物的粉体进入铝熔体，可移动喷吹气流出口在铝熔体中的各个位置，可调节气流大小，进而实现所添加物快速均匀地分散在铝熔体中。

添加完成后静置30min以上；加入Al-Sr合金，静置30min 以上，采用Al-Sr中间合金粉体，粒径最大值10mm，再将Al-Sr 粉体放置于喷吹气流的进气管道中，利用喷吹的气流带动所需添加物的粉体进入铝熔体，可移动喷吹气流出口在铝熔体中的各个位置，可调节气流大小，进而实现Sr快速均匀地分散在铝熔体中。

(6)将金属液输送至压射室进行薄壁件压铸，压铸时炉内金属液温度为680℃，压铸模具的温度低于普通压铸的温度；压铸结束后设置风冷，将铸件温度迅速降低，形成高固溶度的过饱和固溶体。

(7)压铸成型取件后，采用强制风铸件在30s内将表面温度降低至40℃，获得压铸件合金5。

所得压铸件合金5的壁厚1.3mm，(压铸态)屈服强度为253MPa，抗拉强度339MPa，延伸率为3.1％，热导率为115W/m·k。

【实施例六】

一种薄壁压铸件用高强韧散热铝合金材料，其组分及各组分的质量百分比为：Si含量10.0wt％～12wt％，Mg含量1.0wt％

～1.5wt％，Cu含量0.2wt％～0.3wt％，Sr含量0.005wt％-0.1wt％， Fe含量0.2wt％～0.4wt％，B含量0.001wt％～0.02wt％，其余杂质元素0.01wt％以下，余量为Al。

所述薄壁压铸件用高强韧散热铝合金材料的制备方法，按以下步骤进行：

(1)根据所述铝合金材料的组分及各组分的质量百分比，采用高纯铝锭、纯镁锭、Al-Si中间合金、Al-Fe中间合金、Al-B 中间合金和Al-Cu中间合金为原料，以高纯铝锭为基准，算得并称取纯镁锭、Al-Si中间合金、Al-Fe中间合金、Al-B中间合金、 Al-Cu中间合金和Al-Sr合金，将上述块状原料加工成粉体，粒径最大值10mm，再称取原料总质量2‰比例的无钠粉状精炼剂。

(2)将上述粉体按照Al-Si中间合金、Al-Fe中间合金、Al-B 中间合金、Al-Cu中间合金和Al-Sr合金的顺序的倒序，逐一覆盖的放置于喷吹气流的进气管道中，最后覆盖原料总量2‰的无钠粉状精炼剂。

(3)惰性气氛保护下，将高纯Al投入加热炉中，加热至高纯铝完全融化后，再保温20min。

(4)升温至710℃后，开始喷吹操作，利用喷吹的气流带动粉体进入铝熔体，在此过程中，可移动喷吹气流出口在铝熔体中的各个位置，可调节气流大小，进而实现所添加物快速均匀地分散在铝熔体中，减少铝熔体的制备时间。

(5)喷吹精炼结束后，将炉内铝合金熔体温度控制在710℃，为了进一步控制合金的元素组成及各组分的含量，在液态内部取样，冷却至室温后进行直读光谱分析，测量元素组成及各元素的质量比例，以目标合金元素组成的成分为基准，计算所需添加比例，目标合金元素组成的成分为：Si含量10.0wt％～12wt％，Mg 含量1.0wt％～1.5wt％，Cu含量0.2wt％～0.3wt％，Sr含量0.005 wt％-0.1wt％，Fe含量0.2wt％～0.4wt％，B含量0.001wt％～0.02wt％，其余杂质元素0.01wt％以下，余量为Al。按计算的结果添加相对应的物质，添加物质为高纯铝、Al-Si中间合金、Al-Fe中间合金、Al-Cu中间合金、纯Mg锭、Al-B中间合金和Al-Sr合金中的至少一种。添加方式：先将所需添加物中块状原料加工成粉体，粒径最大值10mm，再将粉体放置于喷吹气流的进气管道中，利用喷吹的气流带动所需添加物的粉体进入铝熔体，可移动喷吹气流出口在铝熔体中的各个位置，可调节气流大小，进而实现所添加物快速均匀地分散在铝熔体中。

添加完成后静置35min以上。

(6)将金属液输送至压射室进行薄壁件压铸，压铸时炉内金属液温度为680℃，压铸模具的温度低于普通压铸的温度；压铸结束后设置风冷，将铸件温度迅速降低，形成高固溶度的过饱和固溶体。

(7)压铸成型取件后，采用强制风铸件在50s内将表面温度降低至50℃，获得压铸件合金6。

所得压铸件合金6的壁厚2.0mm，(压铸态)屈服强度为 254MPa，抗拉强度308MPa，延伸率为3.3％，热导率为119W/m·k。

【实施例七】

一种薄壁压铸件用高强韧散热铝合金材料，其组分及各组分的质量百分比为：Si含量8.0wt％～12.6wt％，Mg含量1.0wt％～2.5wt％，Cu含量0.2wt％～0.5wt％，Sr含量0.005wt％-0.1wt％， Fe含量0.2wt％～0.4wt％，B含量0.001wt％～0.02wt％，其余杂质元素0.01wt％以下，余量为Al。

所述薄壁压铸件用高强韧散热铝合金材料的制备方法，按以下步骤进行：

(1)根据所述铝合金材料的组分及各组分的质量百分比，采用高纯铝锭、纯镁锭、高纯Si、高纯Fe、高纯B、高纯Cu 和高纯Sr为原料，以高纯铝锭为基准，算得并称取纯镁锭、高纯Si、高纯Fe、高纯B、高纯Cu和高纯Sr，将上述块状原料加工成粉体，粒径最大值10mm，再称取原料总质量2‰比例的无钠粉状精炼剂。

(2)将上述粉体和精炼剂混匀后，放置于喷吹气流的进气管道中。

(3)惰性气氛保护下，将高纯Al投入加热炉中，加热至高纯铝完全融化后，再保温20min。

(4)升温至720℃后，开始喷吹操作，利用喷吹的气流带动粉体进入铝熔体，在此过程中，可移动喷吹气流出口在铝熔体中的各个位置，可调节气流大小，进而实现所添加物快速均匀地分散在铝熔体中，减少铝合金熔体的制备时间。

(5)喷吹精炼结束后，将炉内铝合金熔体温度控制在680℃～720℃，为了进一步控制合金的元素组成及各组分的含量，在液态内部取样，冷却至室温后进行直读光谱分析，测量元素组成及各元素的质量比例，以目标合金元素组成的成分为基准计算。按计算的结果添加相对应的物质，添加物质为高纯铝、Al-Si中间合金、Al-Fe中间合金、Al-Cu中间合金、纯Mg锭、Al-B中间合金和Al-Sr合金中的至少一种。添加方式：先将所需添加物中块状原料加工成粉体，粒径最大值20mm，再将粉体放置于喷吹气流的进气管道中，利用喷吹的气流带动所需添加物的粉体进入铝熔体，可移动喷吹气流出口在铝熔体中的各个位置，可调节气流大小，进而实现所添加物快速均匀地分散在铝熔体中。

添加完成后静置35min以上。

(6)将金属液输送至压射室进行薄壁件压铸，压铸时炉内金属液温度为680℃～720℃，压铸模具的温度150℃～200℃；压铸结束后设置风冷，将铸件温度迅速降低，形成高固溶度的过饱和固溶体。

(7)压铸成型取件后，采用强制风铸件在10s内将表面温度降低至50℃，获得压铸件合金7。

所得压铸件合金7的壁厚0.3mm，(压铸态)屈服强度为 259MPa，抗拉强度314MPa，延伸率为3.7％，热导率为117W/m·k。

【实施例八】

一种薄壁压铸件用高强韧散热铝合金材料，其组分及各组分的质量百分比为：Si含量10wt％～12.6wt％，Mg含量1.0wt％～2.5wt％，Cu含量0.2wt％～0.5wt％，Sr含量0.005wt％-0.1wt％， Fe含量0.2wt％～0.4wt％，B含量0.001wt％～0.02wt％，其余杂质元素0.01wt％以下，余量为Al。

所述薄壁压铸件用高强韧散热铝合金材料的制备方法，按以下步骤进行：

(1)根据所述铝合金材料的组分及各组分的质量百分比，采用高纯铝锭、纯镁锭、高纯Si、高纯Fe、高纯B、高纯Cu 和高纯Sr为原料，以高纯铝锭为基准，算得并称取纯镁锭、高纯Si、高纯Fe、高纯B、高纯Cu和高纯Sr，将上述块状原料加工成粉体，粒径最大值5mm，再称取原料总质量1‰比例的无钠粉状精炼剂。

(2)将上述粉体和精炼剂混匀后，放置于喷吹气流的进气管道中。

(3)惰性气氛保护下，将高纯Al投入加热炉中，加热至高纯铝完全融化后，再保温20min。

(4)升温至720℃后，开始喷吹操作，利用喷吹的气流带动粉体进入铝熔体，在此过程中，可移动喷吹气流出口在铝熔体中的各个位置，可调节气流大小，进而实现所添加物快速均匀地分散在铝熔体中，减少铝合金熔体的制备时间。

(5)喷吹精炼结束后，将炉内铝合金熔体温度控制在680℃，为了进一步控制合金的元素组成及各组分的含量，在液态内部取样，冷却至室温后进行直读光谱分析，测量元素组成及各元素的质量比例，以目标合金元素组成的成分为基准计算。按计算的结果添加相对应的物质，添加物质为高纯铝锭、纯镁锭、高纯Si、高纯Fe、高纯B、高纯Cu和高纯Sr中的至少一种。添加方式：先将所需添加物中块状原料加工成粉体，粒径最大值5mm，再将粉体放置于喷吹气流的进气管道中，利用喷吹的气流带动所需添加物的粉体进入铝熔体，可移动喷吹气流出口在铝熔体中的各个位置，可调节气流大小，进而实现所添加物快速均匀地分散在铝熔体中。

添加完成后静置35min以上。

(6)将金属液输送至压射室进行薄壁件压铸，压铸时炉内金属液温度为680℃，压铸模具的温度200℃；压铸结束后设置风冷，将铸件温度迅速降低，形成高固溶度的过饱和固溶体。

(7)压铸成型取件后，采用强制风铸件在50s内将表面温度降低至50℃，获得压铸件合金8。

所得压铸件合金8的壁厚0.3mm，(压铸态)屈服强度为 271MPa，抗拉强度338MPa，延伸率为3.3％，热导率为114W/m·k。

表1本发明部分实施例中制备的铝合金性能

由表一可见，本发明所制备的中铝合金性能，在抗拉强度、屈服强度、延伸率和热导率方面均具有良好性能。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的保护范围当中。

Claims (6)

1.一种制备薄壁压铸件用高强韧散热铝合金材料的方法，其特征在于：具体包括如下步骤：

(1)惰性气氛保护下，将高纯Al投入加热炉中，加热至高纯铝完全融化后，再保温15～30min；接着升温至750～780℃后，加入金属Si和Al-Fe中间合金，并进行搅拌；

(2)将炉温设置为740～750℃，待熔体温度稳定至740～750℃后保温15～30min，加入Al-Cu中间合金、纯Mg锭和Al-B中间合金；按炉料总量1～2‰比例称取无钠粉状精炼剂，进行喷吹精炼；

(3)喷吹精炼结束后，将炉内铝合金熔体温度控制在710～720℃，在液态内部取样，冷却至室温后进行直读光谱分析，以合金元素组成成分为目标，所述合金元素组成成分为：Si：8.0wt％-12.6wt％；Mg：1.0wt％-2.5wt％；Cu：0.2wt％-0.5wt％；Fe：0.2wt％-0.4wt％；Sr：0.005wt％-0.1wt％，B：0.001wt％-0.02wt％，其余杂质元素0.01wt％以下，余量为Al，计算需添加原料的质量，并按计算结果添加原料，所述原料为高纯铝、金属Si、Al-Fe中间合金、Al-Cu中间合金、Al-B中间合金和纯Mg锭中的至少一种，随后静置30min以上；加入Al-Sr合金，静置30min以上；

(4)将金属液输送至压射室进行薄壁件压铸，压铸时炉内金属液温度为680～720℃，压铸模具的温度低于普通压铸的温度；压铸结束后设置风冷，将铸件温度迅速降低，形成高固溶度的过饱和固溶体；

(5)压铸件取出后，进行吹风冷却，将铸件温度降低。

2.根据权利要求1所述的制备薄壁压铸件用高强韧散热铝合金材料的制备方法，其特征在于：步骤4中，压铸模具温度为150～200℃。

3.根据权利要求1所述的制备薄壁压铸件用高强韧散热铝合金材料的制备方法，其特征在于：步骤5中，压铸件经过吹风冷却，吹风时间为10～50s，使铸件表面温度降到30～50℃。

4.一种薄壁压铸件，其特征在于：使用权利要求1-3任一项的制备方法制得。

5.根据权利要求4所述的薄壁压铸件，其特征在于：所述薄壁压铸件的壁厚0.3～2mm。

6.根据权利要求4或5所述的薄壁压铸件，其特征在于：所述薄壁压铸件的抗拉强度为308～339MPa，屈服强度为253～271MPa，延伸率为3.1～4.2％，热导率为115～126W/m·k。

Images