CN111411274B - 一种高强导热铝合金材料及其制备方法 - Google Patents

一种高强导热铝合金材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及合金技术领域，具体涉及一种高强导热铝合金材料及其制备方法。本发明提供的高强导热铝合金材料，按质量百分含量计，化学组成为：锌16.1～17.1％，硅8.0～9.0％，铁0.3～0.7％，铜2.1～2.4％，锰0.1～0.3％，镁≤0.1％，铬0.01～0.1％，镍0.01～0.1％，钛0.01～0.05％，铅≤0.05％，锶0.005～0.045％，余量为铝。本发明通过对各元素的含量进行控制，获得了兼具高导热率与高强度的铝合金材料。

Description

一种高强导热铝合金材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及合金技术领域，具体涉及一种高强导热铝合金材料及其制备方法。
背景技术
铝合金与钢铁相比具有比强度高、比刚度高、导热性好、耐蚀性好等优点。相对于钛合金、镁合金，具有资源储量大、成本低、工艺性能好的优势，因此铝合金已经成为航天航空工业、通讯行业、汽车工业以及其他工业领域理想的轻量化材料。
不同的铝合金材料具有不同的导热性能及力学性能。目前，普通压铸铝合金的导热系数均低于100W/m·K，在电子、电气、通讯、机电等行业，常出现工作时因元器件发热而影响工作性能的现象。
为了提高铝合金的导热性能，目前市面上的高导热铝合金材料中大多数通过掺杂稀土元素提高导热率，但由于稀土元素的价格昂贵，熔炼工艺要求严格，无法大批量使用在工业化生产中；而且制备出的铝合金材料强度较低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高强导热铝合金材料及其制备方法，本发明提供的高强导热铝合金材料具有高导热率和高强度特性，力学性能优异，适于批量化生产。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种高强导热铝合金材料，按质量百分含量计，化学组成为：锌16.1～17.1％，硅8.0～9.0％，铁0.3～0.7％，铜2.1～2.4％，锰0.1～0.3％，镁≤0.1％，铬0.01～0.1％，镍0.01～0.1％，钛0.01～0.05％，铅≤0.05％，锶0.005～0.045％，余量为铝。
优选地，所述高强导热铝合金材料的化学组成为：锌16.1～16.6％，硅8.0～8.5％，铁0.3～0.5％，铜2.1～2.25％，锰0.1～0.2％，镁0.01～0.05％，铬0.01～0.05％，镍0.01～0.05％，钛0.01～0.03％，铅0.01～0.025％，锶0.005～0.04％，余量为铝。
本发明提供了上述技术方案所述高强导热铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：
将铝锭进行第一熔炼，得到纯铝液；
将所述纯铝液和锌源、硅源、铁源、铜源、锰源、镁源、铬源、镍源、钛源、铅源和锶源混合，进行第二熔炼，得到合金原料液；
将所述合金原料液进行精炼，得到精炼液；
将所述精炼液进行低频电磁搅拌，得到半固态浆料；
将所述半固态浆料浇铸到模具中，压铸成型，得到高强导热铝合金材料。
优选地，所述第一熔炼的温度为700～770℃。
优选地，所述第二熔炼的温度为680～750℃。
优选地，所述纯铝液和锌源、硅源、铁源、铜源、锰源、镁源、铬源、镍源、钛源、铅源和锶源混合为：先将硅源、铁源、铜源、铬源、镍源、锰源和钛源加入到纯铝液中，再加入镁源、锌源、铅源和锶源。优选地，所述精炼用精炼剂占所述合金原料液质量的0.2～0.3％。
优选地，所述半固态浆料的液相率为35～75％。
优选地，浇铸的时间为50～70min，所述浇铸时的半固态浆料温度为585～660℃；所述压铸成型的压力为350～600MPa。
优选地，在进行所述浇铸前对模具进行预热，所述预热的温度为35～50℃，所述预热的时间为10～40min。
本发明提供了一种高强导热铝合金材料，按质量百分含量计，化学组成为：锌16.1～17.1％，硅8.0～9.0％，铁0.3～0.7％，铜2.1～2.4％，锰0.1～0.3％，镁≤0.1％，铬0.01～0.1％，镍0.01～0.1％，钛0.01～0.05％，铅≤0.05％，锶0.005～0.045％，余量为铝。本发明在铝基体中同时加入锌和镁，能够形成强化相Mg/Zn2，对铝合金产生明显的强化作用，可明显增加抗拉强度和屈服强度；镁元素和铜元素为铝-硅合金中的主要强化元素，镁与硅能够形成Mg2Si沉淀相，提高合金时效后的强度，并提高合金的导热性，本发明将镁元素的含量控制为≤0.1％，能够提高铝合金的导热率；铜的固溶强化作用较强，也能够有效地提高合金的强度和硬度；铬作为铝合金的重要组分之一，在铝中形成(CrFe)Al7和(CrMn)Al12等金属间化合物，阻碍再结晶的形成和长大过程，对合金具有一定的强化作用，还能改善合金韧性、降低应力及腐蚀开裂敏感性；镍具有磁性和良好的可塑性，有好的耐腐蚀性，在空气中不被氧化，又耐强碱，本发明在铝合金中加入0.01～0.1％的镍能够提高铝合金材料的延展性、硬度和抗腐蚀性；钛元素能够细化晶粒，改善合金组织，以提高铝合金的力学性能；本发明在铝合金中添加0.005～0.04％的锶进行细化变质，使得铝合金中共晶硅的形态从纤维状、长针状转变为分布均匀的短棒状、球状，显著提高本发明的高导热率铝合金的力学性能。
相比于现有技术，本发明不需要加入稀土元素，而是通过在铝基体中加入锌、硅、铁、铜、锰、镁、铬、镍、钛、铅、锶元素，降低了原料成本，也降低了工艺难度；并通过对各元素的含量进行控制，获得了兼具高导热率与高强度的铝合金。实施例结果表明，本发明提供的高强导热铝合金材料的抗拉强度为370MPa，屈服强度为285MPa，延伸率为1.5％，硬度为146HV，采用25℃激光闪测法测试热扩散，导热率为124W/m·K，说明本发明提供的高强导热铝合金材料具有高导热率和高强度特性，力学性能优异，适于批量化生产。
具体实施方式
本发明提供了一种高强导热铝合金材料，按质量百分含量计，化学组成为：锌16.1～17.1％，硅8.0～9.0％，铁0.3～0.7％，铜2.1～2.4％，锰0.1～0.3％，镁≤0.1％，铬0.01～0.1％，镍0.01～0.1％，钛0.01～0.05％，铅≤0.05％，锶0.005～0.045％，余量为铝。
按质量百分含量计，本发明提供的高强导热铝合金材料包括锌16.1～17.1％，优选为16.1～16.6％。在本发明中，锌是形成铝合金材料的重要组分之一，将其和镁同时加入铝合金中，能够形成强化相Mg/Zn2，对铝合金产生明显的强化作用，可明显增加抗拉强度和屈服强度。
按质量百分含量计，本发明提供的高强导热铝合金材料包括硅8.0～9.0％，优选为8.0～8.5％。在本发明中，硅(Si)是形成铝合金的重要组分之一，硅元素与铝的晶格常数存在很大差异，硅固溶于铝基体中会导致铝基体晶格畸变，在外电场作用下，电子波的传播阻力增大，电阻增大，铝合金的导热率则下降；另一方面，硅在铝合金中能与Al形成Al+Si共晶液相，提高铝合金的压铸流动性，同时还能提高铝合金的强度和机械加工性能；Si含量越高，共晶液相越多，铝合金的压铸流动性越好，但压铸铝合金的导热率、塑性会下降；Si含量低于8.0％时，铝合金的流动性无法满足半固态压铸的工艺要求，而Si含量超过9.0％时，铝合金的导热率会受到很大影响。本发明将Si含量控制在8.0～9.0％，能够提高铝合金的流动性，使其具有良好的铸造性能。
按质量百分含量计，本发明提供的高强导热铝合金材料包括铁0.3～0.7％，优选为0.3～0.5％。在本发明中，铁(Fe)作为铝合金中无法避免的杂质，在铝合金中易形成粗大的针状的β-AlFeSi相，导致铝合金强度和塑性较低；本发明将铁的含量控制在上述范围能够削弱铁对铝合金的不良影响，防止铝合金强度和塑性降低。
按质量百分含量计，本发明提供的高强导热铝合金材料包括铜2.1～2.4％，优选为2.1～2.25％；本发明提供的高强导热铝合金材料包括镁≤0.1％，优选为0.01～0.05％。在本发明中，铜(Cu)元素、镁(Mg)元素作为铝合金的重要组分，可提高铝合金的力学性能；镁元素和铜元素为铝-硅合金中的主要强化元素，镁与硅经过热处理能够形成Mg2Si沉淀相，提高合金时效后的强度，并提高合金的导热性；铜的固溶强化作用较强，也能够有效的提高合金的强度和硬度，尤其是室温强化效果更优。
按质量百分含量计，本发明提供的高强导热铝合金材料包括锰0.1～0.3％，优选为0.1～0.2％。在本发明中，锰(Mn)元素能够保证压铸完成后的铝合金材料出模顺畅。
按质量百分含量计，本发明提供的高强导热铝合金材料包括铬0.01～0.1％，优选为0.01～0.05％。在本发明中，铬(Cr)在铝中形成(CrFe)Al7和(CrMn)Al12等金属间化合物，阻碍再结晶的形成和长大过程，对合金具有一定的强化作用，还能改善合金韧性、降低应力及腐蚀开裂敏感性。
按质量百分含量计，本发明提供的高强导热铝合金材料包括镍0.01～0.1％，优选为0.01～0.05％。在本发明中，镍(Ni)具有磁性和良好的可塑性，有好的耐腐蚀性，在空气中不被氧化，又耐强碱；加入镍的铝合金材料延展性、硬度、抗腐蚀均得到明显提高。
按质量百分含量计，本发明提供的高强导热铝合金材料包括钛0.01～0.05％，优选为0.01～0.03％。在本发明中，钛元素(Ti)能够细化晶粒，改善合金组织，以提高铝合金的力学性能。
按质量百分含量计，本发明提供的高强导热铝合金材料包括铅≤0.05％，优选为0.01～0.025％。在本发明中，铅(Pb)是低熔点金属，在铝中固溶度不大，能改善切削性能。
按质量百分含量计，本发明提供的高强导热铝合金材料包括锶0.005～0.045％，优选为0.005～0.04％。在本发明中，锶(Sr)在压铸铝合金中用于在Al-Si合金中共晶硅的变质作用，未变质的Al-Si合金中的共晶硅主要呈纤维状、长针状，分布不均，共晶硅在铝合金中通常都是呈细长的针状，这种细长的针状共晶硅也会割裂铝合金基体，是导致传统压铸铝合金强度和塑性较低的重要原因；本发明通过添加少量的Sr进行细化变质，使得铝合金中共晶硅的形态从纤维状、长针状转变为分布均匀的短棒状、球状，显著提高本发明的高导热率铝合金的力学性能，其效具有稳定好、持续时间长和再现性好的优点。
本发明提供的高强导热铝合金材料包括余量为铝。本发明通过在铝基体中加入锌、硅、铁、铜、锰、镁、铬、镍、钛、铅、锶元素，降低了原料成本，也降低了工艺难度；并通过对各元素的含量进行控制，获得了兼具高导热率与高强度的铝合金。
本发明提供了上述技术方案所述高强导热铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：
将铝锭进行第一熔炼，得到纯铝液；
将所述纯铝液和锌源、硅源、铁源、铜源、锰源、镁源、铬源、镍源、钛源、铅源和锶源混合，进行第二熔炼，得到合金原料液；
将所述合金原料液进行精炼，得到精炼液；
将所述精炼液进行低频电磁搅拌，得到半固态浆料；
将所述半固态浆料浇铸到模具中，压铸成型，得到高强导热铝合金材料。
本发明将铝锭进行第一熔炼，得到纯铝液。在本发明中，所述铝锭的纯度优选为99.9％。在本发明中，所述第一熔炼的温度优选为700～770℃，更优选为715～760℃；所述第一熔炼的时间优选为1～8h，更优选为2～6h。在本发明中，所述第一熔炼的过程优选包括：先将部分铝锭进行半熔解，再加入剩余铝锭进行熔炼。在本发明中，所述半熔解是指铝锭还未完全溶解的状态。在本发明中，所述部分铝锭优选占铝锭总质量的50％。本发明采用分步熔解可以显著提高熔炼速度，减少能量损失，降低成本。
得到纯铝液后，本发明将所述纯铝液和锌源、硅源、铁源、铜源、锰源、镁源、铬源、镍源、钛源、铅源和锶源混合，进行第二熔炼，得到合金原料液。在本发明中，所述第二熔炼的温度优选为680～750℃，更优选为715～735℃；所述第二熔炼的时间优选为2～6h，更优选为2～4h，在本发明中，所述第二熔炼的时间以所有原料加入到纯铝液中开始计时。本发明在进行所述第二熔炼时的加料顺序优选为：先将硅源、铁源、铜源、铬源、镍源、锰源和钛源加入到纯铝液中，再加入镁源、锌源、铅源和锶源。本发明采用分步加入合金元素是根据不同合金元素的熔点不同，首先将熔点较高的合金加入，待合金基本熔化完全，加入低熔点合金，可以防止过烧，同时有助于合金的快速熔解。在本发明中，加入镁源、锌源、铅源和锶源时，体系的温度优选为670～730℃，更优选为680～710℃。
在本发明中，所述锌源优选为纯Zn锭，硅源优选为Al-40Si，铁源优选为Al-50Fe，铜源优选为Al-50Cu，锰源优选为Al-20Mn，镁源优选为Al-10Mg，铬源优选为Al-10Cr，镍源优选为Al-10Ni，钛源优选为Al-5Ti，铅源优选为Al-10Pb，锶源优选为Al-10Sr。在本发明中，所述锌源、硅源、铁源、铜源、锰源、镁源、铬源、镍源、钛源、铅源和锶源的纯度独立地优选为99.9％。
本发明在所述第二熔炼过程中，优选用测温表测量熔炼炉内液体温度，并与熔炼炉设备上设定的温度进行对比，若对比值在±10℃外，调整热电偶，直至对比值在±10℃内。
得到合金原料液后，本发明将所述合金原料液进行精炼，得到精炼液。在本发明中，所述精炼用精炼剂优选为复合精炼剂，按质量百分比计，所述复合精炼剂由Na2CO32～10％、Na2SiF618～27％、AlF35～12％和余量NaCl组成。在本发明中，所述精炼剂优选占所述合金原料液质量的0.2～0.3％。本发明将精炼剂的用量控制在上述范围能够有效地细化晶粒尺寸，同时不会给溶液中参入其他有害杂质。
在本发明中，所述精炼优选在氩气气氛中进行，所述氩气的压力优选为0.5～0.65MPa，更优选为0.575～0.60MPa。本发明在氩气气氛中进行精炼能够保证溶液内部的合金元素均匀分布，同时有效地去除合金液体内部残余的气体，提高压铸成型后样品的质量。
在本发明的具体实施例中，所述精炼的具体操作方法优选包括：将精炼管伸入所述合金原料液中，由里向外、从左向右做“井”字状平行移动，周而复始，全面覆盖，进行精炼。在本发明中，所述精炼的温度优选为700～760℃，更优选为720～740℃；所述精炼的时间优选为15～25min，更优选为16～20min。
本发明优选在所述精炼后进行扒渣处理，得到精炼液。在本发明的具体实施例中，所述扒渣处理的具体操作方法包括：用耙子从后到前，将渣扒到熔炼炉斜坡处，当所述合金原料液的温度在680～750℃时，进行充分搅拌，搅拌时将耙子深入到熔炼炉内底部，沿熔炼炉前、后、左、右进行逐步搅拌10～15min；搅拌后用耙子从后到前，将渣扒到熔炼炉门处，控去铝水，使渣和铝水分离，再将渣扒到熔炼炉外。
得到精炼液后，本发明将所述精炼液进行低频电磁搅拌，得到半固态浆料。在本发明中，所述低频电磁搅拌的安匝数优选为8000～15000，所述低频电磁搅拌的频率优选为20～36Hz。本发明采用低频电磁场制备半固态浆料，制备过程中不与浆料直接接触，对浆料不产生污染，同时低频电磁场搅拌可以保证浆料内部合金成分分布更为均匀。在本发明的具体实施例中，优选将所述精炼液浇入浇包中，进行低频电磁搅拌，使浆料处于半固态。在本发明中，所述半固态浆料的液相率优选为35～75％，所述液相率为浆料中固液相体积分数之比。本发明将所述半固态浆料的液相率控制在上述范围能够保证高强导热铝合金材料具有较高的致密度。
得到本固态浆料后，本发明将所述半固态浆料浇铸到模具中，压铸成型，得到高强导热铝合金材料。在本发明中，所述浇铸时半固态浆料的温度优选为585～660℃，更优选为590～645℃；所述浇铸的时间优选为50～70min，更优选为60～65min。本发明限定浇铸过程在上述时间内完成能够有效地控制浆料的温度，若浇铸时间过长，会导致浆料温度下降，合金成分不均匀，固相率过高，不易挤压，且易对模具造成伤害；同时减少与空气接触的时间，提高样品的质量。在本发明中，所述压铸成型的压力优选为350～600MPa，更优选为400～600MPa。
本发明在进行所述浇铸前优选先对模具进行预热，所述预热的温度优选为35～50℃，更优选为42～44℃；所述预热的时间优选为10～40min，更优选为15～30min。本发明先对模具进行预热是为了保护模具，提高模具使用效率。如果模具不预热，一方面，由于模具温度低，很容易造成成型困难、粘膜、铸件裂纹等缺陷，另一方面，由于模具温度变化太大，冷热应力很大，很容易造成模具损坏，严重的情况下可能造成模具炸裂。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。
实施例1
按质量百分含量计，本实施例中高强导热铝合金材料的化学组成为：锌16.1％；硅8.0％，铁0.3％，铜2.1％，锰0.1％，镁0.01％，铬0.01％，镍0.01％，钛0.01％，铅0.01％，锶0.005％，铝73.345％；
按照上述配方量，调整温度至720℃，先向熔炼炉内加入铝锭投料总量的50％，然后进行升温半熔解，接着加入剩余的铝锭完全熔解，待全部铝锭完全溶解后，保温30min；
调整温度至715℃，按照上述配方量分别加入硅源、铁源、铜源、铬源、镍源、锰源和钛源加入到纯铝液中，保温4h。待全部溶解后，加入镁源、锌源、铅源和锶源，在680℃条件下高温熔解2h，得到合金原料液；在所述高温熔解过程中，用手持测温表测量熔炼炉内液体温度，并与设备上控制的液体温度680℃进行对比，对比值在±10℃外，调整热电偶，直至对比值在±10℃内；
向精炼机内加入0.2％所述合金原料液重量的精炼剂(由Na2CO38wt.％、Na2SiF620wt.％、AlF37wt.％和余量NaCl组成)，盖好；先向合金原料液中通入30s氩气，并控制氩气压力在0.575MPa；然后，逐步将精炼管伸入所述合金原料液中，并由里向外、从左向右做“井”字状平行移动，周而复始，全面覆盖，在720℃条件下精炼15min；精炼完成后，用耙子从后到前，将渣扒到熔炼炉斜坡处，当所述合金原料液温度在680℃时，进行充分搅拌，搅拌时将耙子深入到熔炼炉内底部，沿熔炼炉前后、左右进行逐步搅拌10min；搅拌后用耙子从后到前，将渣扒到熔炼炉门处，控一控铝水，使渣和铝水分离，再将渣扒到熔炼炉外，得到精炼液；启动低频电磁场，安匝数为8500，电磁频率为25Hz，搅拌得到液相含量为35％的半固态浆料；
将所述半固态浆料浇铸到模具中，在浇铸前先预热模具15min，模温为42℃；检查铸锭线链条运转状况无问题后投入生产，浇铸温度为590℃，50min完成所述浇铸，然后进行压铸成型，压力为400MPa，自然冷却成型，得到高强导热铝合金材料。
本实施例得到的高强导热铝合金材料的抗拉强度为353MPa，屈服强度为268MPa，延伸率为1.4％，硬度为137HV，导热率为120W/m·K，环保符合ROHS指令要求。
实施例2
按质量百分含量计，本实施例中高强导热铝合金材料的化学组成为：锌17.1％；硅9.0％，铁0.7％，铜2.4％，锰0.3％，镁0.1％，铬0.1％，镍0.1％，钛0.05％，铅0.05％，锶0.04％，铝70.06％；
按照上述配方量，调整温度至740℃，先向熔炼炉内加入铝锭投料总量的50％，然后进行升温半熔解，接着加入剩余的铝锭完全熔解，待全部铝锭完全溶解后，保温20min；
调整温度至725℃，按照上述配方量分别加入硅源、铁源、铜源、铬源、镍源、锰源和钛源加入到纯铝液中，保温3h。待全部溶解后，加入镁源、锌源、铅源和锶源，在690℃条件下高温熔解1.5h，得到合金原料液；在所述高温熔解过程中，用手持测温表测量熔炼炉内液体温度，并与设备上控制的液体温度690℃进行对比，对比值在±10℃外，调整热电偶，直至对比值在±10℃内；
向精炼机内加入0.3％所述合金原料液重量的精炼剂(由Na2CO34wt.％、Na2SiF622wt.％、AlF36wt.％和余量NaCl组成)，盖好；先向合金原料液中通入30s氩气，并控制氩气压力在0.59MPa；然后，逐步将精炼管伸入所述合金原料液中，并由里向外、从左向右做“井”字状平行移动，周而复始，全面覆盖，在730℃条件下精炼20min；精炼完成后，用耙子从后到前，将渣扒到熔炼炉斜坡处，当所述合金原料液温度在750℃时，进行充分搅拌，搅拌时将耙子深入到熔炼炉内底部，沿熔炼炉前后、左右进行逐步搅拌15min；搅拌后用耙子从后到前，将渣扒到熔炼炉门处，控一控铝水，使渣和铝水分离，再将渣扒到熔炼炉外，得到精炼液；启动低频电磁场，安匝数为10000，电磁频率为30Hz，搅拌得到液相含量为55％的半固态浆料；
将所述半固态浆料浇铸到模具中，在浇铸前先预热模具25min，模温为44℃；检查铸锭线链条运转状况无问题后投入生产，浇铸温度为620℃，55min完成所述浇铸，然后进行压铸成型，压力为600MPa，自然冷却成型，得到高强导热铝合金材料。
本实施例得到的高强导热铝合金材料的抗拉强度为370MPa，屈服强度为285MPa，延伸率为1.5％，硬度为146HV，导热率为124W/m·K，环保符合ROHS指令要求。
实施例3
按质量百分含量计，本实施例中高强导热铝合金材料的化学组成为：锌16.69％；硅8.55％，铁0.5％，铜2.225％，锰0.2％，镁0.05％，铬0.05％，镍0.05％，钛0.03％，铅0.025％，锶0.045％，铝71.585％；
按照上述配方量，调整温度至750℃，先向熔炼炉内加入铝锭投料总量的50％，然后进行升温半熔解，接着加入剩余的铝锭完全熔解，待全部铝锭完全溶解后，保温10min；
调整温度至735℃，按照上述配方量分别加入硅源、铁源、铜源、铬源、镍源、锰源和钛源加入到纯铝液中，保温1h。待全部溶解后，加入镁源、锌源、铅源和锶源，在710℃条件下高温熔解1h，得到合金原料液；在所述高温熔解过程中，用手持测温表测量熔炼炉内液体温度，并与设备上控制的液体温度710℃进行对比，对比值在±10℃外，调整热电偶，直至对比值在±10℃内；
向精炼机内加入0.25％所述合金原料液重量的精炼剂(由Na2CO37wt.％、Na2SiF620wt.％、AlF39wt.％和余量NaCl组成)，盖好；先向合金原料液中通入30s氩气，并控制氩气压力在0.60MPa；然后，逐步将精炼管伸入所述合金原料液中，并由里向外、从左向右做“井”字状平行移动，周而复始，全面覆盖，在740℃条件下精炼20min；精炼完成后，用耙子从后到前，将渣扒到熔炼炉斜坡处，当所述合金原料液温度在715℃时，进行充分搅拌，搅拌时将耙子深入到熔炼炉内底部，沿熔炼炉前后、左右进行逐步搅拌12min；搅拌后用耙子从后到前，将渣扒到熔炼炉门处，控一控铝水，使渣和铝水分离，再将渣扒到熔炼炉外，得到精炼液；启动低频电磁场，安匝数为14000，电磁频率为30Hz，搅拌得到液相含量为65％的半固态浆料；
将所述半固态浆料浇铸到模具中，在浇铸前先预热模具30min，模温为42℃；检查铸锭线链条运转状况无问题后投入生产，浇铸温度为655℃，60min完成所述浇铸，然后进行压铸成型，压力为500MPa，自然冷却成型，得到高强导热铝合金材料。
本实施例得到的高强导热铝合金材料的抗拉强度为362MPa，屈服强度为278MPa，延伸率为1.6％，硬度为133HV，导热率为121W/m·K，环保符合ROHS指令要求。
对比例
对比合金选用最常用的ADC12合金，按质量百分含量计，铝合金材料的化学组成为：锌0.8％；硅10.0％，铁0.8％，铜2.2％，锰0.3％，镁0.1％，铝75.8％；
按照上述配方量，调整温度至735℃，先向熔炼炉内加入铝锭投料总量的50％，然后进行升温半熔解，接着加入剩余的铝锭完全熔解，待全部铝锭完全溶解后，保温30min；
调整温度至720℃，按照上述配方量分别加入硅源、铁源、铜源、铬源、镍源、锰源和钛源加入到纯铝液中，保温1h。待全部溶解后，加入镁源、锌源、铅源和锶源，在690℃条件下高温熔解2h，得到合金原料液；在所述高温熔解过程中，用手持测温表测量熔炼炉内液体温度，并与设备上控制的液体温度690℃进行对比，对比值在±10℃外，调整热电偶，直至对比值在±10℃内；
向精炼机内加入0.3％所述合金原料液重量的精炼剂(由Na2CO36wt.％、Na2SiF621wt.％、AlF37wt.％和余量为NaCl组成)，盖好；先向合金原料液中通入30s氩气，并控制氩气压力在0.60MPa；然后，逐步将精炼管伸入所述合金原料液中，并由里向外、从左向右做“井”字状平行移动，周而复始，全面覆盖，在740℃条件下精炼18min；精炼完成后，用耙子从后到前，将渣扒到熔炼炉斜坡处，当所述合金原料液温度在750℃时，进行充分搅拌，搅拌时将耙子深入到熔炼炉内底部，沿熔炼炉前后、左右进行逐步搅拌15min；搅拌后用耙子从后到前，将渣扒到熔炼炉门处，控一控铝水，使渣和铝水分离，再将渣扒到熔炼炉外，得到精炼液；启动低频电磁场，安匝数为11500，电磁频率为23Hz，搅拌得到液相含量为50％的半固态浆料；
将所述半固态浆料浇铸到模具中，在浇铸前先预热模具20min，模温为50℃；检查铸锭线链条运转状况无问题后投入生产，浇铸温度为630℃，70min完成所述浇铸，然后进行压铸成型，压力为450MPa，自然冷却成型，得到铝合金材料。
对比例得到的铝合金材料的抗拉强度为251MPa，屈服强度为149MPa，延伸率为1.8％，硬度为95HV，导热率为96W/m·K，环保符合ROHS指令要求。
表1实施例1～3和对比例所得产品的力学性能
Figure BDA0002510494190000121
从表1中可以看出，本发明实施例1～3提供的高强导热铝合金材料的导热系数均高于120W/m·K，且合金的抗拉强度均高于340MPa，屈服强度均高于250MPa，导热系数和强度均显著高于对比例中合金的导热系数和强度。由于合金中加入较高含量的Zn元素，熔解到合金基体中，可以显著提高合金的强度，同时合金中加入少量的微量元素，可以形成强化相，并细化晶粒，显著提高压铸铝合金的强度和导热系数.由以上实施例可知，本发明提供的高强导热铝合金材料同时具有高导热率和高强度，综合性能优异。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种高强导热铝合金材料，按质量百分含量计，化学组成为：锌16.1~16.6%，硅8.0~8.5%，铁0.3~0.5%，铜2.1~2.25%，锰0.1~0.2%，镁0.01~0.05%，铬0.01~0.05%，镍0.01~0.05%，钛0.01~0.03%，铅0.01~0.025%，锶0.005~0.04%，余量为铝；
所述高强导热铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：
将铝锭进行第一熔炼，得到纯铝液；
将所述纯铝液和锌源、硅源、铁源、铜源、锰源、镁源、铬源、镍源、钛源、铅源和锶源混合，进行第二熔炼，得到合金原料液；
将所述合金原料液进行精炼，得到精炼液；
将所述精炼液进行低频电磁搅拌，得到半固态浆料；
将所述半固态浆料浇铸到模具中，压铸成型，得到高强导热铝合金材料；所述第一熔炼的温度为700~770℃；所述第二熔炼的温度为680~750℃；所述浇铸的时间为50~70min，所述浇铸时的半固态浆料温度为585~660℃；所述压铸成型的压力为350~600MPa。
2.权利要求1所述的高强导热铝合金材料的制备方法，其特征在于，所述高强导热铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：
将铝锭进行第一熔炼，得到纯铝液；
将所述纯铝液和锌源、硅源、铁源、铜源、锰源、镁源、铬源、镍源、钛源、铅源和锶源混合，进行第二熔炼，得到合金原料液；
将所述合金原料液进行精炼，得到精炼液；
将所述精炼液进行低频电磁搅拌，得到半固态浆料；
将所述半固态浆料浇铸到模具中，压铸成型，得到高强导热铝合金材料；所述纯铝液和锌源、硅源、铁源、铜源、锰源、镁源、铬源、镍源、钛源、铅源和锶源混合为：先将硅源、铁源、铜源、铬源、镍源、锰源和钛源加入到纯铝液中，再加入镁源、锌源、铅源和锶源；
所述第一熔炼的温度为700~770℃；
所述第二熔炼的温度为680~750℃；
所述浇铸的时间为50~70min，所述浇铸时的半固态浆料温度为585~660℃；所述压铸成型的压力为350~600MPa。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述精炼用精炼剂占所述合金原料液质量的0.2~0.3%。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述半固态浆料的液相率为35~75%。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在进行所述浇铸前对模具进行预热，所述预热的温度为35~50℃，所述预热的时间为10~40min。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112063901B (zh) * 2020-09-09 2021-11-05 南昌工程学院 高强度耐磨式自润滑轴承高温复合材料及其制备方法
CN113046607B (zh) * 2021-03-16 2022-03-04 郑州大学 一种高硬高导热多元合金及其制备方法
CN114058914B (zh) * 2021-11-20 2022-06-17 东莞市青鸟金属材料有限公司 一种铝合金材料及其制备方法
CN114277292A (zh) * 2021-12-28 2022-04-05 广东金铝轻合金股份有限公司 适用于车载摄像头制造的高硬度铝合金及制造工艺
CN116287901A (zh) * 2023-03-14 2023-06-23 贵州航鹏新材料科技有限公司 一种中强导热铝合金材料

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB302440A (en) * 1927-10-12 1928-12-20 David Ronald Tullis Production of an aluminium alloy
EP0725153A1 (en) * 1994-08-18 1996-08-07 Nisso Metallochemical Co., Ltd. Aluminum alloy for die casting and ball joint using the same
CN102251158A (zh) * 2011-07-09 2011-11-23 浙江巨科铝业有限公司 一种汽车轮毂用铝合金及其制作方法
CN103952609A (zh) * 2014-05-12 2014-07-30 马鸿斌 一种新型高锌铝合金及其制备方法
CN105525158A (zh) * 2016-02-19 2016-04-27 福建省金瑞高科有限公司 一种半固态压铸铝合金材料及使用该材料压铸成型的方法
CN108034869A (zh) * 2018-01-05 2018-05-15 深圳市泰耀供应链有限公司 一种高强铝合金压铸工艺
CN108300917A (zh) * 2018-02-07 2018-07-20 宁波合力模具科技股份有限公司 一种大型复杂汽车结构件专用压铸铝合金及其制备方法
CN108300914A (zh) * 2017-08-24 2018-07-20 东莞市金羽丰知识产权服务有限公司 高屈服强度铝合金的配方及其冶炼关键装置
CN108559882A (zh) * 2017-11-02 2018-09-21 东莞市金羽丰知识产权服务有限公司 高屈服强度铝合金的配方及其冶炼关键装置
CN110714148A (zh) * 2019-11-21 2020-01-21 珠海市润星泰电器有限公司 一种高性能半固态压铸铝合金及其制备方法
CN111041302A (zh) * 2020-01-07 2020-04-21 张静怡 一种自然时效强化特性显著的新型高强压铸铝合金及其制备方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107699748A (zh) * 2017-09-30 2018-02-16 徐州轩辕铝业有限公司 一种铝合金
CN109576539B (zh) * 2018-12-14 2020-06-09 珠海市润星泰电器有限公司 高电导率铝合金及其制备方法
CN110125339A (zh) * 2019-05-28 2019-08-16 扬州易达利机械科技有限公司 大型铝合金摩托车轮毂铸造工艺
CN110157963B (zh) * 2019-06-21 2020-05-19 广东省材料与加工研究所 一种用于智能手机的压铸铝合金及其制备方法与应用

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB302440A (en) * 1927-10-12 1928-12-20 David Ronald Tullis Production of an aluminium alloy
EP0725153A1 (en) * 1994-08-18 1996-08-07 Nisso Metallochemical Co., Ltd. Aluminum alloy for die casting and ball joint using the same
CN102251158A (zh) * 2011-07-09 2011-11-23 浙江巨科铝业有限公司 一种汽车轮毂用铝合金及其制作方法
CN103952609A (zh) * 2014-05-12 2014-07-30 马鸿斌 一种新型高锌铝合金及其制备方法
CN105525158A (zh) * 2016-02-19 2016-04-27 福建省金瑞高科有限公司 一种半固态压铸铝合金材料及使用该材料压铸成型的方法
CN108300914A (zh) * 2017-08-24 2018-07-20 东莞市金羽丰知识产权服务有限公司 高屈服强度铝合金的配方及其冶炼关键装置
CN108559882A (zh) * 2017-11-02 2018-09-21 东莞市金羽丰知识产权服务有限公司 高屈服强度铝合金的配方及其冶炼关键装置
CN108034869A (zh) * 2018-01-05 2018-05-15 深圳市泰耀供应链有限公司 一种高强铝合金压铸工艺
CN108300917A (zh) * 2018-02-07 2018-07-20 宁波合力模具科技股份有限公司 一种大型复杂汽车结构件专用压铸铝合金及其制备方法
CN110714148A (zh) * 2019-11-21 2020-01-21 珠海市润星泰电器有限公司 一种高性能半固态压铸铝合金及其制备方法
CN111041302A (zh) * 2020-01-07 2020-04-21 张静怡 一种自然时效强化特性显著的新型高强压铸铝合金及其制备方法

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