CN111575553A

CN111575553A - 一种高导热共晶铝合金材料制备工艺

Info

Publication number: CN111575553A
Application number: CN202010492112.9A
Authority: CN
Inventors: 程汉明; 姜鹏飞
Original assignee: Nantong Hongjin Metal Aluminum Industry Co ltd
Current assignee: Nantong Hongjin Metal Aluminum Industry Co ltd
Priority date: 2020-06-03
Filing date: 2020-06-03
Publication date: 2020-08-25

Abstract

本发明公开了一种高导热共晶铝合金材料制备工艺，属于共晶铝合金材料制备技术领域。本发明在制备工艺中增加纳米级晶种细化剂添加以及过滤净化工艺，从而控制B元素的有效残余量和铝液纯净度，铝合金经过充分细化与，铝合金中B元素不存在氧化与烧损现象，从而使得产品具备长效稳定的效果，通过对高温铝合金液充分过滤净化，产品内有害杂质得到有效控制，产品性能得到有效保证，无需在压铸过程中再次添加中间变质与细化剂，具备高效，快捷的优秀特点。

Description

一种高导热共晶铝合金材料制备工艺

技术领域

本发明属于共晶铝合金材料制备技术领域，尤其与一种高导热共晶铝合金材料制备工艺有关。

背景技术

随着电子信息通信电器等行业的迅速发展，消费电子产品LED 照明设备通信基站射频单元等有向高集成小型化轻量化的方向发展的趋势,由于设备运行功率密度和发热量越来越高因而新材料应用和结构优化设计已成为提高设备散热能力，降低系统温度的关键。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可实现设备的小型化轻量化被广泛应用于散热片机壳等零部件其中变形铝合金的型材挤压工艺适合于生产在长度方向断面形状一致的产品如散热片散热管等产品的导热性能力学性能都比较优良但由于生产工艺和成本的限制变形铝合金不适合生产结构复杂的一体化壳类零件和箱体零件铸造铝合金结合压铸或挤压铸造等液态成形工艺可实现短流程高效生产且产品成形性好已广泛应用在汽车通信等复杂薄壁结构零部件。但是铸造铝合金含有较多的硅、铜等合金元素，极大地降低了其导热导电性能，因此急需开发既能实现批量压铸成形又具有优良导热性能的铸造铝合金材料以满足通信和电子行业的需求。铸造铝合金中的硅可提高合金流动性，但随着硅含量的提高，合金热导率随之下降，这主要是因为硅在 α-Al基体中的固溶度增大，加剧晶格畸变的程度且随着硅含量的进一步增加，组织中的共晶硅数量增加，尺寸变得粗大，这都导致自由电子，散射增大，从而降低电导率和热导率。因此，高导热铸造铝合金开发的难点在于，通过合金设计和组织调控保证合金良好流动性的同时仍具有较高热导率。因此研究既有良好的导热性能又兼具良好流动性的共晶型铝硅合金具有广阔的应用前景和经济效益。目前采用常规生产主要通过降低少量硅含量，牺牲一部分流动性性能，以及采用Al-Sr与Al-Ca中间合金利用两种元素分别对 AlSi12Fe合金共晶硅进行变质处理，均可以大幅提高合金的热导率和电导率，但是由于Sr元素极容易氧化产生氧化物杂质以及烧损严重，Sr元素有效残余量衰减厉害，导致产品导热性能不能稳定保持，而Ca元素随着超过50ppm以上，严重影响合金流动性，很不利于产品精密压铸成型。

发明内容

针对上述背景技术存在的问题，本发明旨在提供一种高导热共晶铝合金材料制备工艺，本发明配方工艺具备科学合理、导热性能高、导电率高的优点。

为此，本发明采用以下技术方案：一种高导热共晶铝合金材料制备工艺，其特征是包括以下制备步骤：

第一步，备料，按照共晶铝合金材料的配方中各个成分的质量百分比准备原材料，材料配方包括Cu0-0.1%、Si10.5%-14%、Mn0-0.1%、Mg0-0.15%、Ti0-0.05%、Fe0.5%-0.8%、Zn0-0.1%、Na0-50ppm、Ca0-25ppm、B0.15-0.3%，Al余量；

第二步、熔解，将原材料倒入熔炼炉中升温熔解，温度为700℃-720℃，充分形成铝液，接着将熔炼炉中铝液体转入到合金炉中，温升至760℃-780℃，依次加入Si合金元素，待完全充分熔解后均匀搅拌，搅拌过程中温度保持不变；

第三步、第一次除渣除气，将炉温控制在至740℃-760℃，利用精炼机将熔剂与高纯氩气均匀排进合金炉中，保持15-20min；

第四步、扒去浮渣，变质处理，将炉温升至760℃-800℃，加入铝中间合金变质剂，保持20-30min；

第五步、第二次除渣除气，将炉温控制至760℃-800℃，利用精炼机将熔剂与高纯氩气均匀排进合金炉中，保持15-20min，

第六步、扒去浮渣，关闭炉门，进行静置处理，静置时间控制在20-40min；

第七步、GBF在线除气处理，严格控制好转速与氩气压力，经过专用40目陶瓷过滤板进行深层次净化处理，而后进行铸锭，严格控制进入分配器铝液温度，在得到共晶铝合金材料。

作为对上述技术方案的补充和完善，本发明还包括以下技术特征。

所述的第二步中均匀搅拌时间为10min。

所述的第四步中所述的铝中间合金变质剂为AlB3变质剂。

所述的第四步中所述的变质剂为混合稀土Al-RE以及Al-Ag细化变质剂，其中RE残余量在0.035-0.15%，Ag含量80-150ppm，同样可以提高铝合金导电与导热性能。

本发明可以达到以下有益效果：本发明工艺在铝合金经过充分变质与细化后，B元素不存在氧化与烧损现象，具备长效稳定的效果，产能性能得到有效保证，无需在压铸过程中再次添加中间变质与细化剂，具备高效，快捷的优秀特点。

具体实施方式

金属材料导热、导电的物理本质都是自由电子运动起主导作用。金属导电理论认为金属的晶体越完整，异种原子等引起的晶格畸变、晶界等缺陷越少，则电子运动的阻碍越小，导电性能越好，同种材料的导电能力越高，其导热性能必然越好。根材料电导率的测量技术远比热导率的成熟，很多情况下金属材料热导率数据是通过电导率计算获得的。因此对铝合金电导率的研究较多，电导率可以用于间接表征铝合金的变质、时效、铸造缺陷等级。根据 Wiedemann-Franz 定律，对铝合金电导率的影响规律对热导率的研究具有一致的参考价值。

本发明共晶铝合金材料主要核心配方中包括Cu0-0.1%、Si10.5%-14%、Mn0-0.1%、Mg0-0.15%、Ti0-0.05%、Fe0.5%-0.8%、Zn0-0.1%、Na0-50ppm、Ca0-25ppm、B0.15-0.3%,Al及不可避免的杂质余量。由此，本发明所述的共晶铝合金材料具有配方科学合理，导热性能高，导电率高的优点。该共晶铝合金材料的制备方法包括如下步骤：

步骤1、备料，按照共晶铝合金材料的配方中各个成分的百分比准备原材料；

步骤2、熔解，将原材料倒入熔炼炉中升温熔解，温度为700℃-720℃，充分形成铝液，接着将熔炼炉中铝液体转入到合金炉中，温升至760℃-780℃，依次加入Si合金元素，待完全充分熔解后均匀搅拌10min，搅拌过程中温度保持不变；

步骤3、第一次除渣除气，将炉温控制在至740℃-760℃，利用精炼机将熔剂与高纯氩气均匀排进合金炉中，保持15-20min；

步骤4、扒去浮渣，变质处理，将炉温升至760℃-800℃，加入AlB3变质剂，保持20-30min；

步骤5、第二次除渣除气，将炉温控制至760℃-800℃，利用精炼机将熔剂与高纯氩气均匀排进合金炉中，保持15-20min，

步骤6、扒去浮渣，关闭炉门，进行静置处理，静置时间控制在20-40min；

步骤7、GBF在线除气处理，严格控制好转速与氩气压力，经过专用40目陶瓷过滤板进行深层次净化处理,而后进行铸锭，严格控制进入分配器铝液温度，在得到共晶铝合金材料。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.一种高导热共晶铝合金材料制备工艺，其特征在于包括以下制备步骤：

第一步，备料，按照共晶铝合金材料的配方中各个成分的质量百分比准备原材料，材料配方包括Cu0-0.1%、Si10.5%-14%、Mn0-0.1%、Mg0-0.15%、Ti0-0.05%、Fe0.5%-0.8%、Zn0-0.1%、Na0-50ppm、Ca0-25ppm、B0.15-0.3%,Al余量；

第七步、细化处理，将炉温控制至760℃-800℃,保持20-30min；

第八步、GBF在线除气处理，严格控制好转速与氩气压力，经过专用40目陶瓷过滤板进行深层次净化处理，而后进行铸锭，严格控制进入分配器铝液温度，在得到共晶铝合金材料。

2.根据权利要求1所述的一种高导热共晶铝合金材料制备工艺，其特征在：所述的第二步中均匀搅拌时间为10min。

3.根据权利要求1或2所述的一种高导热共晶铝合金材料制备工艺，其特征在：所述的第四步中所述的铝中间合金变质剂为AlB3变质剂。

4.根据权利要求1或2所述的一种高导热共晶铝合金材料制备工艺，其特征在：所述的第四步中所述的变质剂为混合稀土Al-RE以及Al-Ag细化变质剂，其中RE残余量在0.035-0.15%，Ag含量80-150ppm。