CN110144499A

CN110144499A - 一种用于5g通迅基站壳体的压铸铝合金及其制备方法

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Publication number: CN110144499A
Application number: CN201910540602.9A
Authority: CN
Inventors: 宋东福; 黄惠兰; 叶猛; 王顺成; 张大童; 赵愈亮; 郑开宏
Original assignee: ZHAOQING NANDU REGENERATION ALUMINUM CO Ltd; South China University of Technology SCUT; Guangdong Institute of Materials and Processing
Current assignee: Institute Of Materials And Processing Guangdong Academy Of Sciences; Zhaoqing Southern Aluminum Recycling Co ltd; South China University of Technology SCUT; Institute of New Materials of Guangdong Academy of Sciences
Priority date: 2019-06-21
Filing date: 2019-06-21
Publication date: 2019-08-20
Anticipated expiration: 2039-06-21
Also published as: CN110144499B

Abstract

本发明公开了一种用于5G通迅基站壳体的压铸铝合金及其制备方法，涉及铝合金技术领域。用于5G通迅基站壳体的压铸铝合金的化学组成包括：Si 9.0‑12.0％，Zn 4.5‑6.5％，Mg 0.3‑0.65％，Fe 0.5‑0.8％，Mn 0.3‑0.5％，Ti 0.08‑0.15％，B 0.005‑0.01％，杂质元素含量≤0.15％，其余为Al。该制备方法包括以下步骤：根据上述铝合金的元素组成进行配料，通过熔炼的方法制成铝合金材料。其能够制备符合上述铝合金的化学组成的产品，使产品具备高强度、高导热性能，还具有很好的铸造性能和自淬火性能。

Description

一种用于5G通迅基站壳体的压铸铝合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及铝合金技术领域，且特别涉及一种用于5G通迅基站壳体的压铸铝合金及其制备方法。

背景技术

随着全球移动通讯市场及大数据业务快速发展，4G无线网络已进入全面建设展开，而5G将成为未来3-5年无线通讯发展的主流。与现有4G网络相比较，5G网络具有超高的速率、超大的容量、超低的延时等特性，应用前景十分广阔。但由于5G无线通信选择了更高频段的电磁波传播，电磁波对固体的穿透能力下降，这导致了无线通迅基站数量成倍地增加。同时，随着无线通讯基站集成度的提高和功率的增大，对基站的体积、重量和散热性能提出了更高的要求，国内外运营商纷纷对无线基站提出高导热、轻量化、低成本的明确指标要求。外壳是支撑无线通讯基站的关键构件之一，为基站内部的电子元器件及电路板固定提供基板，同时也是基站内部器件散热的主要器件，其重量约占基站总重量的60％以上，成为基站轻量化和提高散热性能的首选。目前，基站外壳的材料主要通常采用成本低、成型性能良好的ADC12铝合金压铸而成，其铸件抗拉强度约为220～230MPa，导热系数在90-110W/(m·K)之间。但受制于ADC12铝合金材料的铸件力学性能和导热性能，现有的铝合金压铸件已不能满足5G无线基站轻量化和散热的要求，开发新型低成本、高强、高导热铝合金材料及其制备方法十分必要。

近年来，国内对高强、高导热压铸铝合金材料及制备进行了有益的探索，主要研究方向集中在Al-Si压铸铝合金的改性，已改善合金的散热性能。公开号为CN104264017B公开了一种高导热率铸造铝合金及其制备方法，该合金由10.5％～13.5％的硅，0.1％～0.5％的钴、0.2％～0.4％的Fe、0.01％～0.05％的Ti和0.01％～0.05％的B组成，制备的合金导热系数可到190W/(m·K)，屈服强度为80～98MPa。公开号为CN108546855A公开了一种高导热率铸造铝合金及其制备方法，合金中含有Si：6.5～10.5％，Mg：0.3～0.5％，Co：0.1～0.5％，B：0.02～0.04％，Ti：0.01～0.05％，Mn：0.02～0.08％，Ni：0.03～0.07％，Zr：0.1～0.3％，Sb：0.01～0.03％，稀土元素：0.1～0.5％，制备的合金屈服强度320MPa，导热系数可到175W/(m·K)。公开号为CN109439981A公开了一种散热用高强度铝合金及其制备方法，除了含有铝和杂质元素外，合金中还含有1.0-3.0wt.％Si、5.0-15.0wt.％Zn、0.1-2.0wt.％、0.1-2.0wt.％Cu、0.01-0.06wt.％Sr；0.01～0.1wt.％B，制备的合金抗拉强度大于300MPa，屈服强度可大于220MPa，导热率大于130W/(m.K)。上述三个专利中，CN104264017B所获得的合金屈服强度不足100MPa，轻量化效果不佳，且含有较高含量的钴、RE等稀贵金属，成本较高；CN108546855A制备的合金强度和导热系数良好，但铸造性能仍未达到最佳，且合金中含有较高含量的Co、Zr等稀贵元素，成本也较高；CN109439981A合金具有较高的强度和导热率，但合金中Si含量太低，合金流动性受限，不适合制备复杂结构、薄壁件。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于5G通迅基站壳体的压铸铝合金，旨在赋予铝合金高强度、高导热性能的同时，具有很好的铸造性能和自淬火性能。

本发明的另一目的在于提供一种用于5G通迅基站壳体的压铸铝合金的制备方法，旨在制备符合上述铝合金元素组成的产品，使产品具备高强度、高导热性能，还具有很好的铸造性能和自淬火性能。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

本发明提出了一种用于5G通迅基站壳体的压铸铝合金，按重量百分比计，铝合金的化学组成包括：Si 9.0-12.0％，Zn 4.5-6.5％，Mg0.3-0.65％，Fe 0.5-0.8％，Mn 0.3-0.5％，Ti 0.08-0.15％，B 0.005-0.01％，杂质元素含量≤0.15％，其余为Al；

优选地，铝合金的抗拉强度为300-350MPa，屈服强度为200-250MPa，延伸率为2.0-3.5％，导热系数为130-150W/(m·K)。

本发明还提出一种用于5G通迅基站壳体的压铸铝合金的制备方法，包括以下步骤：根据上述铝合金的元素组成进行配料，通过熔炼的方法制成铝合金材料。

本发明实施例提供一种用于5G通迅基站壳体的压铸铝合金的有益效果是：通过对铝合金的化学组成进行改进，通过硅、锌、镁、锰、硼等元素含量的调整，使材料不仅具有良好的铸造性能和自淬火性能，还具有高强度、高导热等优点，室温抗拉强度300-350MPa，屈服强度200-250MPa，延伸率2.0-3.5％，导热系数130W/(m·K)以上，特别适合于压铸工艺。

本发明还提供了一种用于5G通迅基站壳体的压铸铝合金的制备方法，其能够制备符合上述铝合金的化学组成的产品，使产品具备高强度、高导热性能，还具有很好的铸造性能和自淬火性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例1中合金铸件的金相组织图谱(500倍)。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下面对本发明实施例提供的一种用于5G通迅基站壳体的压铸铝合金及其制备方法进行具体说明。

本发明实施例提供的一种用于5G通迅基站壳体的压铸铝合金，按重量百分比计，铝合金的化学组成包括：Si 9.0-12.0％，Zn 4.5-6.5％，Mg0.3-0.65％，Fe 0.5-0.8％，Mn0.3-0.5％，Ti 0.08-0.15％，B 0.005-0.01％，杂质元素含量≤0.15％，其余为Al。

需要说明的是，通过对铝合金的化学组成进行改进，通过硅、锌、镁、锰、硼等元素含量的调整，使材料不仅具有良好的铸造性能和自淬火性能，还具有高强度、高导热等优点。该铝合金室温抗拉强度300-350MPa，屈服强度200-250MPa，延伸率2.0-3.5％，导热系数130W/(m·K)以上，特别适合于压铸工艺。

具体地，铝合金主要合金元素包括Al、Si、Zn等3种元素，其中Si的含量为9.0～12.0wt.％，在此范围内能够保证合金的流动性、铸造性能及补缩性能，可能是由于此范围能够控制在Al-Si二元合金的共晶点(11.7wt.％)附近；Zn元素具有良好的自淬火、自强化特性，合金铸态时及能获得淬火组织，减少了固溶热处理工序和降低了生产成本。更为重要的是，Zn能与Mg形成MgZn₂等强化相，大幅提高合金的强度和屈服强度，并通过控制Zn、Mg的绝对含量和相对含量来控制合金的力学性能。

此外，Fe对能有效地改善压铸工艺的粘模现象及提高模具寿命，且对合金的导热性影响不大，但含铁相对合金的塑形影响极大，含量需严格控制。本发明通过添加一定含量的Mn元素，一方面替代Fe对减少黏膜的作用，一方面与B元素协同变质，促进针状富铁相向汉字状转变，彻底消除针状和初生富铁相，改善合金的塑性和加工性能。微量元素Ti主要起细化组织作用，提高合金强度和导热性。

通过上述分析可知，铝合金配方中各组分均对提高综合性能起到作用，但是各自组分在配方中的含量对性能起到很大影响，如各组分的用量超出上述范围均会导致铝合金综合性能的下降。

发明人进一步对铝合金的组成进行了优化，优选地，铝合金的化学组成包括：Si10.0-11.0％，Zn 5.0-6.0％，Mg0.4-0.55％，Fe 0.6-0.7％，Mn 0.35-0.45％，Ti 0.10-0.15％，B 0.005-0.01％，杂质元素含量≤0.15％，其余为Al。通过进一步优化配方组成，使铝合金的各项性能进一步得到优化，铝合金的抗拉强度为300-350MPa，屈服强度为200-250MPa，延伸率为2.0-3.5％，导热系数为130-150W/(m·K)。

具体地，杂质元素选自Cr、Ni、Cu和Na中的任意一种或多种。杂质的种类跟原料的选择有关，一般为上述几种。

本发明实施例还提供了用于5G通迅基站壳体的压铸铝合金的制备方法，包括以下步骤：根据上述铝合金的元素组成进行配料，通过熔炼的方法制成铝合金材料。可以采用常规的工艺步骤，制备符合上述元素组成的铝合金，在工艺过程中时时取样进行检测，与目标比例进行对比，以保证最终铝合金中各组分的含量控制在本发明实施例提供的范围内。优选地，在原料熔融之后，进行取样测试，并根据合金设计成分与检测结果之间的差异进行微调。

优选地，在配料时考虑镁元素的烧损，增加镁含量的5-15％用量，以保证铝合金产品中镁含量符合要求。

在一些实施例中，先将Al、Si、Zn、Ti、Fe和Mn对应的原料先进行熔炼，再加入Mg和B对应的原料。采用分步加料的方式能够保证镁、硼等元素的含量符合设计要求，减少烧损，节省工艺成本。

优选地，铝合金的原料包括工业纯铝、硅原料、锌锭、镁锭、Al-Ti中间合金、铁原料、锰原料和Al-B中间合金；其中，硅原料为纯硅和/或Al-Si中间合金，铁原料为铁剂和/或Al-Fe中间合金，锰原料为锰剂和/或Al-Mn中间合金。以上几种原料均可以通过市购的方式购买，原料的杂质含量较少，比较适合于应用于熔炼。

在实际操作过程中，先将工业纯铝及含Si、Zn、Ti、Fe和Mn的原料加入熔炼炉中加热至熔融，然后转移熔体至保温炉中将镁锭和Al-B中间合金压入熔体内部。保温炉可以控制温度略小于熔炼炉，进一步减少烧损。优选地，在熔炼炉中熔炼的温度为750-800℃；在保温炉中调整熔体温度为700-720℃；熔炼炉和保温炉的温度控制在上述范围内为宜，能够保证熔炼效率的同时减少烧损。具体地，将Mg锭和Al-B中间合金压入熔体内部的过程是采用钛制工具，采用钛制工具压入不会引入杂质，能够适应高温环境。

在将Mg锭和Al-B中间合金压入熔体内部之后，采用精炼剂加入熔体中进行除杂；优选地，采用精炼剂进行除杂的过程根据精炼后的合金成分和含氢量调整精炼次数，以使氢含量小于0.12mL/100gAl。采用精炼剂去除氧化铝为主的杂质以及氢气，使氢含量复合预设要求。

进一步地，在除杂后，进行扒渣和过滤，再铸造成型；优选地，在扒渣之前进行保温15-30min；过滤过程采用陶瓷过滤的方式。通过扒渣和过滤的操作将精炼剂去除，以免影响产品的元素组成。

为了进一步提高铸件的导热系数，发明人对铸造成型的铸件进行人工时效处理。将铸造成型的铸件加热至150-200℃进行保温，再空冷；优选地，保温时间为40-120min。通过将铸造成型的工件再次升温再空冷，能控制MgZn₂、Mg₂Si等第二相的析出，调控合金的屈服强度和导热系数；同时还能有效减少合金的自然时效热特性，提高合金性能的稳定性。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

本实施例提供一种用于5G通迅基站壳体的压铸铝合金，按重量百分比计，铝合金的化学组成包括：Si 10.85％，Zn 6.46％，Mg0.41％，Fe 0.72％，Mn 0.5％，Ti 0.11％，B0.006％，杂质元素含量0.12％，其余为Al。

本实施例还提供一种用于5G通迅基站壳体的压铸铝合金的制备方法，包括以下步骤：

(1)选择工业纯铝、Al-Si中间合金、Zn锭、Mg锭、Al-Ti中间合金、Fe剂、Mn剂、Al-B中间合金作为原材料，并按设计成分及考虑Mg元素的烧损进行配料。

(2)将其中的工业纯铝及含Si、Zn、Ti、Fe、Mn的原料先加入熔炼炉中，升温至760℃。待炉料全部熔化完毕后，炉中取样测试其化学成分，对比设计成分与实测成分之间的差异并进行微调，确保合金成分达到设计成分要求。

(3)转移熔体至保温炉，并调整铝熔体温度至700℃，用钛制工具将配好的Mg锭和Al-B中间合金压入熔体内部，并轻微搅拌使其均匀分布。

(4)采用高纯惰性气体作为载体将精炼剂喷入熔体中，在线除气除杂。搅拌充分后取样化验熔体成分和含氢量，根据测试结果及时调整合金成分和精炼次数，确保合金成分和含氢量复合设计要求。

(5)保温15min后，扒渣，打开熔炉塞柱，熔体经陶瓷过滤后直供铸锭机，制得高强高导热压铸铝合金铸锭。

(6)将铸件加热至150℃，保温60分钟，并测试合金成分及跟踪测试其压铸件力学性能。

实施例2

本实施例提供一种用于5G通迅基站壳体的压铸铝合金，按重量百分比计，铝合金的化学组成包括：Si 9.10％，Zn 4.51％，Mg0.48％，Fe 0.80％，Mn 0.31％，Ti 0.12％，B0.009％，杂质元素含量0.11％，其余为Al。

(1)选择工业纯铝、Si、Zn锭、Mg锭、Al-Ti中间合金、Al-Fe中间合金、Mn剂、Al-B中间合金作为原材料，并按设计成分及考虑Mg元素的烧损进行配料。

(2)将其中的工业纯铝及含Si、Zn、Ti、Fe、Mn的原料先加入熔炼炉中，升温至750℃。待炉料全部熔化完毕后，炉中取样测试其化学成分，对比设计成分与实测成分之间的差异并进行微调，确保合金成分达到设计成分要求。

(5)保温30min后，扒渣，打开熔炉塞柱，熔体经陶瓷过滤后流入保温炉，直供压铸机，制得高强高导热压铸铝合金铸件。

(6)将铸件加热至175℃，保温50分钟，并测试合金成分及其压铸件力学性能。

实施例3

本实施例提供一种用于5G通迅基站壳体的压铸铝合金，按重量百分比计，铝合金的化学组成包括：Si 10.23％，Zn 5.89％，Mg0.30％，Fe 0.63％，Mn 0.38％，Ti 0.09％，B0.008％，杂质元素含量0.10％，其余为Al。

(1)选择工业纯铝、Si、Zn锭、Mg锭、Al-Ti中间合金、Fe剂、Al-Mn中间合金、Al-B中间合金作为原材料，并按设计成分及考虑Mg元素的烧损进行配料。

(2)将其中的工业纯铝及含Si、Zn、Ti、Fe、Mn的原料先加入熔炼炉中，升温至800℃。待炉料全部熔化完毕后，炉中取样测试其化学成分，对比设计成分与实测成分之间的差异并进行微调，确保合金成分达到设计成分要求。

(3)转移熔体至保温炉，并调整铝熔体温度至710℃，用钛制工具将配好的Mg锭和Al-B中间合金压入熔体内部，并轻微搅拌使其均匀分布。

(5)保温20min后，打开熔炉塞柱，熔体经陶瓷过滤后流入保温炉，直供压铸机，制得高强高导热压铸铝合金铸件。

(6)将铸件加热至200℃，保温40分钟；测试合金成分及其压铸件力学性能。

实施例4

本实施例提供一种用于5G通迅基站壳体的压铸铝合金，按重量百分比计，铝合金的化学组成包括：Si 11.86％，Zn 4.98％，Mg0.62％，Fe 0.51％，Mn 0.42％，Ti 0.14％，B0.005％，杂质元素含量0.12％，其余为Al。

(3)调整铝熔体温度至720℃，用钛制工具将配好的Mg锭和Al-B中间合金压入熔体内部，并轻微搅拌使其均匀分布；

(5)保温20min后，扒渣，打开熔炉塞柱，熔体经陶瓷过滤后直供铸锭机，制得高强高导热压铸铝合金铸锭。

(6)将铸件加热至180℃，保温120分钟，并测试合金成分及其压铸件的力学性能。

实施例5

本实施例提供一种用于5G通迅基站壳体的压铸铝合金，按重量百分比计，铝合金的化学组成与实施例4相同。

本实施例还提供一种用于5G通迅基站壳体的压铸铝合金的制备方法，具体步骤与实施例4大致相同，不同之处在于：原料采用一步加入的方式。具体如下：

(2)将其中的工业纯铝及含Si、Zn、Ti、Fe、Mn、Mg、B的原料先加入熔炼炉中，升温至760℃。待炉料全部熔化完毕后，炉中取样测试其化学成分，对比设计成分与实测成分之间的差异并进行微调，确保合金成分达到设计成分要求。

(3)采用高纯惰性气体作为载体将精炼剂喷入熔体中，在线除气除杂。搅拌充分后取样化验熔体成分和含氢量，根据测试结果及时调整合金成分和精炼次数，确保合金成分和含氢量复合设计要求。

(4)保温20min后，扒渣，打开熔炉塞柱，熔体经陶瓷过滤后直供铸锭机，制得高强高导热压铸铝合金铸锭。

(5)将铸件加热至180℃，保温120分钟，并测试合金成分及其压铸件的力学性能。

实施例6

本实施例还提供一种用于5G通迅基站壳体的压铸铝合金的制备方法，具体步骤与实施例4大致相同，不同之处在于：不进行步骤(6)。

试验例1

将实施例1-4制备得到的铝合金的性能，包括抗拉强度、屈服强度、伸长率、导热系数，结果见表1，测试方法：参照《GB T 228.1-2010金属材料拉伸试验第1部分室温试验方法》和《GB/T 3651-2008金属高温导热系数测量方法》。

表1铝合金性能测试结果

从表1的数据可以看出，本发明实施例提供的铝合金元素组成配方和制备工艺制备得到的产品的各项性能均十分优良。

试验例2

测试实施例1中合金铸件的金相组成，测试结果见图1。从图中可以看出铝合金的组织均匀性较高，α-Al基体相呈细小的花瓣状，平均粒径不到10μm。

综上所述，本发明提供的一种用于5G通迅基站壳体的压铸铝合金，通过对铝合金的化学组成进行改进，通过硅、锌、镁、锰、硼等元素含量的调整，使材料不仅具有良好的铸造性能和自淬火性能，还具有高强度、高导热等优点。

本发明提供的一种用于5G通迅基站壳体的压铸铝合金的制备方法，其能够制备符合上述铝合金的化学组成的产品，使产品具备高强度、高导热性能，还具有很好的铸造性能和自淬火性能。

以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，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。

Claims

1.一种用于5G通迅基站壳体的压铸铝合金，其特征在于，按重量百分比计，所述铝合金的化学组成包括：Si 9.0-12.0％，Zn 4.5-6.5％，Mg0.3-0.65％，Fe 0.5-0.8％，Mn 0.3-0.5％，Ti 0.08-0.15％，B 0.005-0.01％，杂质元素含量≤0.15％，其余为Al；

优选地，所述铝合金的抗拉强度为300-350MPa，屈服强度为200-250MPa，延伸率为2.0-3.5％，导热系数为130-150W/(m·K)。

2.根据权利要求1所述的用于5G通迅基站壳体的压铸铝合金，其特征在于，所述铝合金的化学组成包括：Si 10.0-11.0％，Zn 5.0-6.0％，Mg0.4-0.55％，Fe 0.6-0.7％，Mn 0.35-0.45％，Ti 0.10-0.15％，B 0.005-0.01％，杂质元素含量≤0.15％，其余为Al。

3.根据权利要求1或2所述的用于5G通迅基站壳体的压铸铝合金，其特征在于，所述杂质元素选自Cr、Ni、Cu和Na中的任意一种或多种。

4.权利要求1-3中任一项中所述用于5G通迅基站壳体的压铸铝合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据权利要求1-3中任一项所述铝合金的元素组成进行配料，通过熔炼的方法制成铝合金材料；

优选地，在配料时考虑镁元素的烧损，增加镁含量的5-15％用量。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，先将Al、Si、Zn、Ti、Fe和Mn对应的原料先进行熔炼，再加入Mg和B对应的原料；

优选地，所述铝合金的原料包括工业纯铝、硅原料、锌锭、镁锭、Al-Ti中间合金、铁原料、锰原料和Al-B中间合金；其中，所述硅原料为纯硅和/或Al-Si中间合金，所述铁原料为铁剂和/或Al-Fe中间合金，所述锰原料为锰剂和/或Al-Mn中间合金。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，先将工业纯铝及含Si、Zn、Ti、Fe和Mn的原料加入熔炼炉中加热至熔融，然后转移熔体至保温炉中将镁锭和Al-B中间合金压入熔体内部；

优选地，在所述熔炼炉中熔炼的温度为750-800℃；

优选地，在所述保温炉中调整熔体温度为700-720℃；

优选地，将Mg锭和Al-B中间合金压入熔体内部的过程是采用钛制工具；

优选地，在原料熔融之后，进行取样测试，并根据合金设计成分与检测结果之间的差异进行微调。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在将Mg锭和Al-B中间合金压入熔体内部之后，采用精炼剂加入熔体中进行除杂；

优选地，采用精炼剂进行除杂的过程根据精炼后的合金成分和含氢量调整精炼次数，以使氢含量小于0.12mL/100g Al。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述精炼剂选自氯化钾、氯化钙和氟化钾中的任意一种或多种。

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，在除杂后，进行扒渣和过滤，再铸造成型；

优选地，在扒渣之前进行保温15-30min；

优选地，过滤过程采用陶瓷过滤的方式。

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，将铸造成型的铸件加热至150-200℃进行保温，再空冷；

优选地，保温时间为40-120min。