CN110724860B - 一种高导热颗粒增强铝基复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及金属基复合材料技术领域，尤其涉及一种高导热颗粒增强铝基复合材料及其制备方法。高导热颗粒增强铝基复合材料，包括增强颗粒和铝合金，所述增强颗粒均匀分布于所述铝合金基体中，并与基体形成良好的界面结合；所述铝合金与所述增强颗粒的质量比为100：(1～30)。本发明优化铝合金与增强颗粒的质量比，并且控制铝合金中各组分的量，控制铝合金和增强颗粒的导热系数，得到导热率高并且综合力学性能好的铝基复合材料。

Description

一种高导热颗粒增强铝基复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及金属基复合材料技术领域，尤其涉及一种高导热颗粒增强铝基复合材料及其制备方法。
背景技术
随着电子通讯技术发展，产品架构随之不断调整，集成度越来越高，产品功耗大幅增加，给电子通信设备的散热、体积和重量带来新的挑战。以5G无线基站为例，体积、重量和功耗是4G产品的约3倍，同时壳体散热齿增高增密，轻量化是客户持续追求的目标。压铸成形性好，具有高导热的颗粒增强的铝基复合材料成为关注和研究的热点。
当前，商用的无线基站壳体用压铸铝合金材料导热性能呈现持续提高趋势，经多年持续研究开发，导热系数从常用ADC12的92W/(m·K)到AlSi6的175W/(m·K)，导热性能提高了90％。但随着电子通讯技术发展，仍然无法满足下一代电子通信产品对压铸铝合金材料高导热和综合力学性能的需求。现有压铸铝合金材料，要么满足导热性能要求，而综合力学性能达不到要求，要么综合力学性能达到要求，而导热性能达不到要求。
因此，研发导热率高并且综合力学性能好的铝基复合材料，特别是研制高导热颗粒增强铝基复合材料成为亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明为了研发导热率高并且综合力学性能好的铝基复合材料，提供一种高导热颗粒增强铝基复合材料及其制备方法，该高导热颗粒增强铝基复合材料具有良好的导热率以及综合力学性能，同时该制备方法简单且易于实施，制备流程短，绿色环保，成本低，效率高。
为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
根据本发明的一个方面，提供一种高导热颗粒增强铝基复合材料，包括增强颗粒和铝合金，所述增强颗粒均匀分布于所述铝合金基体中，并与基体形成良好的界面结合；所述铝合金与所述增强颗粒的质量比为100：(1～30)。
优选的，所述铝合金与所述增强颗粒的质量比为100：(1～20)。
优选的，所述铝合金包括下述组分，且各组分的含量以重量百分比表示如下：Si3.0％～7.5％，Fe 0.5％～1.0％，其它合金元素不超过0.05％，其余Al；导热系数≥180W/(m·K)。
优选的，所述增强颗粒为SiC、C3Al4、B4C，金刚石和石墨中的任意一种。
更优选的，所述增强颗粒为SiC。
优选的，所述SiC的平均粒径为4～50μm，导热系数≥290W/(m·K)。
更优选的，所述增强颗粒为金刚石。
优选的，所述金刚石的平均粒径为4～30μm，导热系数≥2000W/(m·K)。
在制造复合材料过程中，必须达到两方面的要求：(1)获得性能要求相应的增强体形貌、平均粒度及增强体在基体中的均匀分布；(2)基体与增强体之间形成高结合强度界面。
与其他金属基复合材料相比，铝基复合材料具有密度小、比强度高、基体合金成分选择范围广泛、热加工性好等优点。铝基复合材料的增强体主要有纤维、晶须和颗粒几类。纤维和晶须增强金属基复合材料具有高温性能好、比强度、比模量高等优势，但是存在工艺复杂，生产成本高等问题。颗粒增强方法制备的材料各项同性并且具有制备工艺过程简单和生产成本低等优点。研究表明，不规则形状的增强体颗粒的尖角处附近基体会产生应力集中，该位置通常被认为是裂纹源；相反，近球形增强体颗粒的尖角数量急剧减少，因此颗粒附近基体中产生应力集中并出现裂纹的区域显著下降，有利于材料力学性能的提高。本发明的增强体原料选择颗粒状增强体。
本发明中，选择所述铝合金与所述增强颗粒的质量比为100：(1～30)。所述铝合金与所述增强颗粒的质量比过高，即增强颗粒的含量过低，强化效果不明显，可加工性改善有限，同时对导热性能提升也不大；所述铝合金与所述增强颗粒的质量比降低，即增强颗粒的含量增高，强化效果好，材料强度和硬度提升幅度大，导热性能提升幅度也大，但硬度过高，会降低刀具寿命，增加成本，经济性不高；此外，随着增强颗粒含量的增加，在制备过程中容易引起颗粒聚集，从而成为应力集中源，在变形时容易产生内裂纹，甚至连通纹，造成材料内部损伤。优选的，所述铝合金与所述增强颗粒的质量比为100：(1～20)。
本发明中，所述铝合金包括下述组分，且各组分的含量以重量百分比表示如下：Si3.0％～7.5％，Fe 0.5％～1.0％，其它合金元素不超过0.05％，其余Al；导热系数≥180W/(m·K)。
Si能够提高合金的流动性，可以使合金从共晶到过共晶都有很好的流动性。含硅7.5％的共晶合金有很窄的凝固温度范围，补缩性、抗热裂性好，适合铸造薄壁、复杂铸件。随着含硅量增加，强度、硬度提高，导热性会降低。为了调整合金材料的综合力学性能和导热性能指标。本发明中，Si的含量为3.0％～7.5％。
Fe能够减少粘模倾向，使铝合金易于压铸。铁含量过低时，铝合金液与模具易粘合；铁含量太多时，则产生FeAl3针状结晶，降低力学性能、切削性能、耐蚀性能。本发明中，Fe的含量为0.5％～1.0％。
除Si和Fe以外，合金成分中还含微量Mg，Mn，Sr等元素。铝硅合金中加入少量的镁，可提高强度和屈服极限以及合金的切削加工性。Mg含量越高，压铸铝合金的强度也越高，但韧性会逐渐下降。本发明中，Mg含量不超过0.01％。
Mn能提高耐蚀性和强度，但含量过多会产生硬化与脆性。在适量的锰作用下，有害的针状Fe～Al会转变为细密的Fe～Mn～Al，还可减少粘模的倾向。本发明中，Mn含量不超过0.01％.
Sr是表面活性元素，在结晶学上锶能改变金属间化合物相的行为。因此用锶元素进行变质处理能改善合金的塑性加工性和最终产品质量。本发明中，Sr含量0.02％～0.04％。
本发明中，所述增强颗粒为SiC、C3Al4、B4C、金刚石和石墨中的任意一种。
优选的，所述增强颗粒为SiC。所述增强颗粒的平均粒径为4～50μm，导热系数≥290W/(m·K)。
SiC具有高强度、高硬度、高模量、低膨胀系数等许多优点，是一种理想的增强物。SiC颗粒增强铝基复合材料综合了铝合金基体的比强度高、塑性加工性好，和SiC颗粒硬度高、热膨胀系数低的优点，是综合性能优良的金属基复合材料。SiC颗粒体积分数范围5～50％，灵活性高，可根据应用工程场景调整，获得不同性能要求的铝基复合材料，材料导热性高，综合力学性能良好，调控便捷，能够形成结构相对复杂的壳体零件和散热器，也解决了材料硬度和机械加工性问题；复合材料的导热性改善明显，并可对SiC颗粒体积分数调控来满足不同高导热材料需求；SiC颗粒在620～670℃熔体温度下在压铸生产的半固态浆料制备过程中，将增强颗粒搅入半固态熔体中，克服了铝合金熔体和SiC颗粒密度差异引起的强化颗粒上浮现象，分散均匀性进一步提高，同时制备流程短，绿色环保，成本低，效率高。
SiC颗粒粒径4～50μm，便于对合金材料弥散强化，提高强度和硬性，以获得良好的综合力学性能，改善可加工性。此外，SiC颗粒密度约2.2g/cm3，与铝合金液密度2.2～2.5g/cm3比较接近，可消除由于两种材料密度差异大造成难以分散的问题。
在铝合金中加入适量金刚石，可显著提高材料的导热性能。金刚石热导率为2000W/(m·K)，通常选用颗粒粒径4～50μm，便于对合金材料弥散强化，提高强度和硬性，以获得良好的综合力学性能，改善可加工性。此外，金刚石颗粒密度约3.5g/cm3，与铝合金液密度2.2～2.5g/cm3有较大差异，通过半固态制浆可明显改善或消除由于两种材料密度差异大造成难以分散的问题。
本发明的高导热颗粒增强铝基复合材料中，选择各组分含量及参数的上述范围的有益效果将通过实施例给出具体实验数据进行说明。
下面是根据本发明的高导热颗粒增强铝基复合材料所包括的各组分的优选取值范围示例。
优选示例一
铝合金与增强颗粒的质量比为100：10。
铝合金包括下述组分，且各组分的含量以重量百分比表示如下：Si 6.0％～7.5％，Fe 0.5％～0.7％，其它合金元素不超过0.05％，其余Al；导热系数≥180W/(m·K)。
增强颗粒为SiC，颗粒粒径4～50μm，导热系数290W/(m·K)。
优选示例二
铝合金与增强颗粒的质量比为100：20。
铝合金包括下述组分，且各组分的含量以重量百分比表示如下：Si 6.0％～7.5％，Fe 0.5％～0.7％，其它合金元素不超过0.05％，其余Al；导热系数≥180W/(m·K)。
增强颗粒为SiC，颗粒粒径4～50μm，导热系数290W/(m·K)。
优选示例三
铝合金与增强颗粒的质量比为100：10。
铝合金包括下述组分，且各组分的含量以重量百分比表示如下：Si 3.0％～4.5％，Fe 0.5％～0.7％，其它合金元素不超过0.05％，其余Al；导热系数≥195W/(m·K)。
增强颗粒为SiC，颗粒粒径4～50μm，导热系数290W/(m·K)。
优选示例四
铝合金与增强颗粒的质量比为100：20。
铝合金包括下述组分，且各组分的含量以重量百分比表示如下：Si 3.0％～4.5％，Fe 0.5％～0.7％，其它合金元素不超过0.05％，其余Al；导热系数≥195W/(m·K)。
增强颗粒为SiC，颗粒粒径4～50μm，导热系数290W/(m·K)。
优选示例五
铝合金与增强颗粒的质量比为100：30。
铝合金包括下述组分，且各组分的含量以重量百分比表示如下：Si 3.0％～4.5％，Fe 0.5％～0.7％，其它合金元素不超过0.05％，其余Al；导热系数≥195W/(m·K)。
增强颗粒为SiC，颗粒粒径4～50μm，导热系数290W/(m·K)。
优选示例六
铝合金与金刚石固体颗粒的质量比为100：1。
铝合金包括下述组分，且各组分的含量以重量百分比表示如下：Si 6.0％～7.5％，Fe 0.5％～0.7％，其它合金不超过0.05％，其余Al，导热系数≥180W/(m·K)。
增强颗粒为金刚石，颗粒粒径5～20μm，导热系数2000W/(m·K)。
优选示例七
铝合金与金刚石固体颗粒的质量比为100：2。
铝合金包括下述组分，且各组分的含量以重量百分比表示如下：Si 6.0％～7.5％，Fe 0.5％～0.7％，其它合金不超过0.05％，其余Al，导热系数≥180W/(m·K)。
增强颗粒为金刚石，颗粒粒径5～20μm，导热系数2000W/(m·K)。
优选示例八
铝合金与金刚石固体颗粒的质量比为100：1。
铝合金包括下述组分，且各组分的含量以重量百分比表示如下：Si 3.0％～4.5％，Fe 0.5％～0.7％，其它合金不超过0.05％，其余Al，导热系数≥195W/(m·K)。
增强颗粒为金刚石，颗粒粒径5～20μm，导热系数2000W/(m·K)。
优选示例九
铝合金与金刚石固体颗粒的质量比为100：2。
铝合金包括下述组分，且各组分的含量以重量百分比表示如下：Si 3.0％～4.5％，Fe 0.5％～0.7％，其它合金不超过0.05％，其余Al，导热系数≥195W/(m·K)。
增强颗粒为金刚石，颗粒粒径5～20μm，导热系数2000W/(m·K)。
优选示例十
铝合金与金刚石固体颗粒的质量比为100：3。
铝合金包括下述组分，且各组分的含量以重量百分比表示如下：Si 3.0％～4.5％，Fe 0.5％～0.7％，其它合金不超过0.05％，其余Al，导热系数≥195W/(m·K)。
增强颗粒为金刚石，颗粒粒径5～20μm，导热系数2000W/(m·K)。
根据本发明的另一方面，还提供了一种高导热颗粒增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
1S配料及熔炼：按组分配取所述铝合金原料；将配取的所述铝合金原料加热熔炼，得铝合金液，其中熔炼温度为700～760℃；对增强颗粒进行预处理、清洗、加热烘干；
2S半固态浆料制备：将步骤1S所得的铝合金液进行搅拌的同时按照合适的质量配比均匀加入所述增强颗粒，制备成温度为610～630℃的高导热颗粒增强铝基半固态浆料；
3S压铸成型：将步骤2S所得的高导热颗粒增强铝基半固态浆料压铸成型，得半固态压铸高导热颗粒增强铝基复合材料，其中，压铸温度为200～350℃、压射速度为1.0～3.0m/s、压射比压为60～110MPa、增压压力为90～180MPa，保压时间为8～12s；
4S组合热处理：将步骤3S所得的半固态压铸高导热颗粒增强铝基复合材料在545～550℃温度下固溶处理6～9h，水淬后，在200～205℃温度下时效处理3～5h，随炉冷却后得高导热颗粒增强铝基复合材料。
其中，在步骤2S中，所述搅拌振动方法包括机械搅拌、电磁搅拌或超声振动方法，其中，所述机械搅拌方法的搅拌速度为100～125转/分钟，搅拌时间为10～20s；所述电磁搅拌方法的搅拌频率为40～50赫兹，搅拌时间为10～15s；所述超声振动方法的振动频率为20～30赫兹，振动时间为5～10s。
其中，在步骤3S中，压铸模温度为250～300℃、压射速度为1.5～2.5m/s、压射比压为70～90MPa、增压压力为100～150MPa，保压时间为8～10s。
其中，在步骤4S中，将步骤3S所得的半固态压铸高导热颗粒增强铝基复合材料在546～548℃温度下固溶处理7～8h，水淬后，在202～204℃温度下时效处理3.5～4.5h，随炉冷却后得高导热颗粒增强铝基复合材料。
本发明将高导热颗粒增强铝基复合材料应用于半固态压铸或铸造成形技术，研发得到导热率高并且综合力学性能好的铝基复合材料，用来满足电子通信产品对压铸铝合金材料高导热和综合力学性能的需求。
本发明中的高导热颗粒增强铝基复合材料有以下优点：1)本发明中的高导热颗粒增强铝基复合材料包括增强颗粒和铝合金，优化铝合金与增强颗粒的质量比，并且控制铝合金中各组分的量，控制铝合金和增强颗粒的导热系数，得到导热率高并且综合力学性能好的铝基复合材料；2)适合于制备体积分数不同的颗粒增强铝基复合材料，增强颗粒体积分数范围5～50％，灵活性高，可根据应用工程场景调整，获得不同性能要求的铝基复合材料，材料导热性高，综合力学性能良好，调控便捷，能够形成结构相对复杂的壳体零件和散热器，也解决了材料硬度和机械加工性问题；3)在620～670℃熔体温度下在压铸生产的半固态浆料制备过程中，将增强颗粒搅入半固态熔体中，克服了铝合金熔体和增强颗粒密度差异引起的强化颗粒上浮现象，分散均匀性进一步提高，与传统的浸渗法相比，制备流程短，绿色环保，成本低，效率高；4)本发明的高导热颗粒增强铝基复合材料，抗拉强度为210～300MPa，屈服强度为110～195MPa，导热系数为195～250W/(m·K)，适用于半固态压铸工艺，满足于电子通信产品对压铸铝合金材料高导热和综合力学性能的需求。
具体实施例
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，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
实施例1
质量配比：铝合金：SiC固体颗粒＝100：10。
铝合金：Si 6.0％，Fe 0.5％，其余Al，导热系数185W/(m·K)。
固体颗粒：SiC颗粒粒径5μm，导热系数290W/(m·K)。
该高导热颗粒增强铝基复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：
1S配料及熔炼：按组分配取所述铝合金原料；将配取的所述铝合金原料加热熔炼，得铝合金液，其中熔炼温度为735℃；
2S半固态浆料制备：将步骤1S所得的铝合金液进行搅拌，同时按照上述合适的质量配比均匀加入所述增强颗粒，制备成温度为630℃的高导热颗粒增强铝基半固态浆料；
3S压铸成型：将步骤2S所得的高导热颗粒增强铝基半固态浆料压铸成型，得半固态压铸高导热颗粒增强铝基复合材料，其中，压铸温度为300℃、压射速度为3.0m/s、压射比压为60MPa、增压压力为90MPa，保压时间为12s；
4S组合热处理：将步骤3S所得的半固态压铸高导热颗粒增强铝基复合材料在545℃温度下固溶处理9h，水淬后，在200℃温度下时效处理5h，随炉冷却后得高导热颗粒增强铝基复合材料。
铝基复合材料材料性能：抗拉强度240MPa，屈服强度140MPa，导热系数198W/(m·K)。
实施例2
质量配比：铝合金：SiC固体颗粒＝100：10。
铝合金：Si 6.5％，Fe 0.6％，Sr 0.02％，其余Al，导热系数182W/(m·K)。
固体颗粒：SiC颗粒粒径10μm，导热系数290W/(m·K)。
该高导热颗粒增强铝基复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：
1S配料及熔炼：按组分配取所述铝合金原料；将配取的所述铝合金原料加热熔炼，得铝合金液，其中熔炼温度为730℃；
2S半固态浆料制备：将步骤1S所得的铝合金液进行搅拌，同时按照上述合适的质量配比均匀加入所述增强颗粒，制备成温度为625℃的高导热颗粒增强铝基半固态浆料；
3S压铸成型：将步骤2S所得的高导热颗粒增强铝基半固态浆料压铸成型，得半固态压铸高导热颗粒增强铝基复合材料，其中，压铸温度为290℃、压射速度为2.5m/s、压射比压为80MPa、增压压力为120MPa，保压时间为11s；
4S组合热处理：将步骤3S所得的半固态压铸高导热颗粒增强铝基复合材料在546℃温度下固溶处理8h，水淬后，在202℃温度下时效处理4h，随炉冷却后得高导热颗粒增强铝基复合材料。
铝基复合材料材料性能：抗拉强度245MPa，屈服强度145MPa，导热系数192W/(m·K)。
实施例3
质量配比：铝合金：SiC固体颗粒＝100：10。
铝合金：Si 7.0％，Fe 0.6％，Mg 0.01％，Mn 0.01％，Sr 0.02％，其余Al，导热系数182W/(m·K)。
固体颗粒：SiC颗粒粒径30μm，导热系数290W/(m·K)。
该高导热颗粒增强铝基复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：
1S配料及熔炼：按组分配取所述铝合金原料；将配取的所述铝合金原料加热熔炼，得铝合金液，其中熔炼温度为725℃；
2S半固态浆料制备：将步骤1S所得的铝合金液进行搅拌，同时按照上述合适的质量配比均匀加入所述增强颗粒，制备成温度为620℃的高导热颗粒增强铝基半固态浆料；
3S压铸成型：将步骤2S所得的高导热颗粒增强铝基半固态浆料压铸成型，得半固态压铸高导热颗粒增强铝基复合材料，其中，压铸温度为280℃、压射速度为1.5m/s、压射比压为100MPa、增压压力为160MPa，保压时间为9s；
4S组合热处理：将步骤3S所得的半固态压铸高导热颗粒增强铝基复合材料在548℃温度下固溶处理9h，水淬后，在202℃温度下时效处理4h，随炉冷却后得高导热颗粒增强铝基复合材料。
铝基复合材料材料性能：抗拉强度248MPa，屈服强度148MPa，导热系数190W/(m·K)。
实施例1～12的SiC颗粒增强铝合金的力学性能、导热系数测试结果如表1所示，其中，性能检测均已以相同条件相同时间进行表征：
表1
Figure BDA0002277159850000101
Figure BDA0002277159850000111
续表1
Figure BDA0002277159850000121
Figure BDA0002277159850000131
通过上述实施例1～12可以看到，随着含硅量增加，强度、硬度提高，导热性会降低。实施例1～6的机械性能好于实施例7～12，但是实施例7～12明显导热性更好。含有微量Mg，Mn，Sr的实施例3和实施例10的机械性能相对略好于其他实施例。随着SiC加入量的增加，材料强度和硬度有大幅度提升，导热性能同样大幅度提升。但硬度过高，会降低刀具寿命，增加成本，并且当SiC增加量过大时，机械性能增加幅度反而降低，见实施例11和实施例12，原因可能是随着增强颗粒含量的增加，在制备过程中容易引起颗粒聚集，从而成为应力集中源，在变形时容易产生内裂纹，甚至连通纹，造成材料内部损伤，导致机械性能增加幅度降低。所以综合成本和经济因素，选择所述铝合金与所述增强颗粒的合适质量比。此外，加入增强颗粒的粒径也会影响到复合材料的导热率，实施例9和实施例10加入的增强颗粒的粒径较大，导致增强颗粒的比表面积减小，导热效率变低，故加入了更大量的SiC颗粒，反而导热系数低于实施例7和实施例8。因此，加入的增强颗粒的粒径也是影响复合材料导热率的重要因素。
实施例13
质量配比：铝合金：金刚石固体颗粒＝100：1。
铝合金：Si 6.0％，Fe 0.5％，其余Al，导热系数185W/(m·K)。
固体颗粒：金刚烷颗粒粒径5μm，导热系数2000W/(m·K)。
该高导热颗粒增强铝基复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：
1S配料及熔炼：按组分配取所述铝合金原料；将配取的所述铝合金原料加热熔炼，得铝合金液，其中熔炼温度为745℃；
2S半固态浆料制备：将步骤1S所得的铝合金液进行搅拌，同时按照上述合适的质量配比均匀加入所述增强颗粒，制备成温度为620℃的高导热颗粒增强铝基半固态浆料；
3S压铸成型：将步骤2S所得的高导热颗粒增强铝基半固态浆料压铸成型，得半固态压铸高导热颗粒增强铝基复合材料，其中，压铸温度为250℃、压射速度为3.0m/s、压射比压为60MPa、增压压力为90MPa，保压时间为12s；
4S组合热处理：将步骤3S所得的半固态压铸高导热颗粒增强铝基复合材料在545℃温度下固溶处理9h，水淬后，在205℃温度下时效处理3h，随炉冷却后得高导热颗粒增强铝基复合材料。
铝基复合材料材料性能：抗拉强度250MPa，屈服强度150MPa，导热系数205W/(m·K)。
实施例14
质量配比：铝合金：金刚石固体颗粒＝100：1。
铝合金：Si 7.5％，Fe 0.7％，Sr 0.04％，其余Al，导热系数180W/(m·K)。
固体颗粒：金刚烷颗粒粒径20μm，导热系数2000W/(m·K)。
该高导热颗粒增强铝基复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：
1S配料及熔炼：按组分配取所述铝合金原料；将配取的所述铝合金原料加热熔炼，得铝合金液，其中熔炼温度为730℃；
2S半固态浆料制备：将步骤1S所得的铝合金液进行搅拌，同时按照上述合适的质量配比均匀加入所述增强颗粒，制备成温度为615℃的高导热颗粒增强铝基半固态浆料；
3S压铸成型：将步骤2S所得的高导热颗粒增强铝基半固态浆料压铸成型，得半固态压铸高导热颗粒增强铝基复合材料，其中，压铸温度为235℃、压射速度为1.0m/s、压射比压为110MPa、增压压力为180MPa，保压时间为8s；
4S组合热处理：将步骤3S所得的半固态压铸高导热颗粒增强铝基复合材料在550℃温度下固溶处理6h，水淬后，在200℃温度下时效处理5h，随炉冷却后得高导热颗粒增强铝基复合材料。
铝基复合材料材料性能：抗拉强度260MPa，屈服强度160MPa，导热系数200W/(m·K)。
实施例12～22的金刚石颗粒增强铝合金的力学性能、导热系数测试结果如表2所示，其中，性能检测均已以相同条件相同时间进行表征：
表2
Figure BDA0002277159850000141
Figure BDA0002277159850000151
续表2
Figure BDA0002277159850000161
Figure BDA0002277159850000171
通过上述实施例13～22可以看到，随着含硅量增加，强度、硬度提高，导热性会降低。随着金刚石加入量的增加，材料强度和硬度有大幅度提升，导热性能同样大幅度提升。但硬度过高，会降低刀具寿命，增加成本，并且当金刚石增加量过大时，机械性能增加幅度反而降低，可能是由于金刚石与铝合金密度相差过大，容易局部聚集，增大搅拌分散强度，在变形时容易产生内裂纹，甚至连通纹，造成材料内部损伤，导致机械性能增加幅度降低。所以综合成本和经济因素，选择所述铝合金与所述增强颗粒的合适质量比。
以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述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精神和范围。

Claims (3)

1.一种高导热颗粒增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于，
所述高导热颗粒增强铝基复合材料，包括增强颗粒和铝合金，所述增强颗粒均匀分布于所述铝合金基体中，并与基体形成良好的界面结合；所述铝合金与所述增强颗粒的质量比为100：（1~30）；
所述铝合金包括下述组分，且各组分的含量以重量百分比表示如下：Si 3.0%~7.5%，Fe0.5%~1.0%，其它合金元素不超过0.05%，其余Al；导热系数≥180W/(m·K)；
所述增强颗粒为SiC或金刚石；
所述SiC的平均粒径为4~50μm，导热系数≥290W/(m·K)；
或所述金刚石的平均粒径为4~30μm，导热系数≥2000W/(m·K)；
所述高导热颗粒增强铝基复合材料的制备方法具体包括以下步骤：
1S配料及熔炼：按组分配取所述铝合金原料；将配取的所述铝合金原料加热熔炼，得铝合金液，其中熔炼温度为700~760℃；对增强颗粒进行预处理、清洗、加热烘干；
2S半固态浆料制备：将步骤1S所得的铝合金液进行搅拌振动的同时按照合适的质量配比均匀加入所述增强颗粒，制备成温度为610~630℃的高导热颗粒增强铝基半固态浆料；
3S压铸成型：将步骤2S所得的高导热颗粒增强铝基半固态浆料压铸成型，得半固态压铸高导热颗粒增强铝基复合材料，其中，压铸温度为200~350℃、压射速度为1.0~3.0m/s、压射比压为60~110MPa、增压压力为90~180MPa，保压时间为8~12s；
4S组合热处理：将步骤3S所得的半固态压铸高导热颗粒增强铝基复合材料在545~550℃温度下固溶处理6~9h，水淬后，在200~205℃温度下时效处理3~5h，随炉冷却后得高导热颗粒增强铝基复合材料。
2.根据权利要求1所述的高导热颗粒增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于，所述铝合金与所述增强颗粒的质量比为100：（1~20）。
3.根据权利要求1所述的高导热颗粒增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于，在步骤2S中，所述搅拌振动方法包括机械搅拌、电磁搅拌或超声振动方法，其中，所述机械搅拌方法的搅拌速度为100~125转/分钟，搅拌时间为10~20s；所述电磁搅拌方法的搅拌频率为40~50赫兹，搅拌时间为10~15s；所述超声振动方法的振动频率为20~30赫兹，振动时间为5~10s；
在步骤3S中，压铸温度为250~300℃、压射速度为1.5~2.5m/s、压射比压为70~90MPa、增压压力为100~150MPa，保压时间为8~10s；
在步骤4S中，将步骤3S所得的半固态压铸高导热颗粒增强铝基复合材料在546~548℃温度下固溶处理7~8h，水淬后，在202~204℃温度下时效处理3.5~4.5h，随炉冷却后得高导热颗粒增强铝基复合材料。
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