CN111575556B - 一种高导热铝合金及其热处理工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高导热铝合金，所述高导热铝合金包括以下成分：0.22‑0.33％Si、Fe≤0.15％、0.1‑0.15％Cu、0.49‑0.57％Mg、Zn≤0.15％、0.03‑0.05％Ti，0.03‑0.05％B、余量为Al和其他不可避免的杂质元素组成；所述Mg和Si的总含量低于0.8％，1.65≤Mg/Si≤1.85；所述Ti和B的总含量≤0.08％，0.9≤Ti/B≤1。本发明在普通元素的基础上，对元素比例含量进行优选，同时配合制备热处理方法，在提高导热性能的同时，保证了力学性能不会大幅下降，降低了成本，具有应用化前景。

Description

一种高导热铝合金及其热处理工艺
技术领域
本发明属于铝合金材料领域，具体涉及一种高导热铝合金及其热处理工艺。
背景技术
铝合金凭借良好的导热性能、成形性能与相对低廉的价格而成为主要导热材料。现有的传热材料大多采用铝合金挤制而成，主要用作大型公用设施、汽车、高铁、飞机等交通用空调器、散热器，以及电子电气、计算机、精密机械等微小型精密散热器。随着各种散热器功能升级，对散热器的热传导能力的要求也越来越高。针对6000系铝合金而言，需要进一步降低铝合金的成分，以提高合金散热性，但会降低合金强度。因此，单纯使用6063合金的散热片不能满足散热需求，需要研发出一种新型高导热铝合金来替代目前所使用的6063铝合金。
低Mg含量的Al-Mg合金导热性较好，常用于汽车、飞机等散热器。该合金属于不可热处理强化合金，其强度主要取决于Mg含量和形变强化程度。提高合金Mg含量，可提高合金的强度，但降低合金导热性能，而变形强化对导热性影响较小。另一方面，添加微量强化元素是一种有效稳定合金性能的方法。例如，添加微量的Sc可提高Al-Mg合金的力学性能和再结晶温度，但Sc价格过于昂贵。稀土元素Er与Sc类似，能与铝形成与基体共格Al3Er弥散相，提高合金强度。
稀土元素的价格还是比较昂贵，如何在基础元素之间，找到一种合理的元素搭配，从而实现成本与力学性能、高导热性能的兼顾，是关键所在。
发明内容
本发明的目的是提供一种高导热铝合金，选用常规的元素，对元素配方进行了优化，并且配合热处理方法，使铝合金满足了强度和力学性能，同时大幅改善导热性能。
为了解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种高导热铝合金，所述高导热铝合金包括以下成分：0.22-0.33％Si、Fe≤0.15％、0.1-0.15％Cu、0.49-0.57％Mg、Zn≤0.15％、0.03-0.05％Ti，0.03-0.05％B、余量为Al和其他不可避免的杂质元素组成；所述Mg和Si的总含量低于0.8％，1.65≤Mg/Si≤1.85；所述Ti和B的总含量≤0.08％，0.9≤Ti/B≤1.1。
进一步地，所述高导热铝合金包括以下成分：0.28％Si、0.51％Mg、0.14％Zn、0.04％Ti、0.04％B、0.1％Fe、0.12％Cu，0.12％其他不可避免的杂质元素，余量为Al。
进一步地，所述Mg/Si＝1.7。
进一步地，所述Ti/B＝1。
进一步地，所述高导热铝合金的制备过程包括：合金配料准备，合金熔炼过程，合金铸造过程，合金均质，合金热处理。
进一步地，所述合金熔炼过程中精炼2次，第一次精炼，时间为10-15min，氩气气压0.25-0.4MPa，流量为0.8-1.2L/min；第二次精炼，时间为5-10min，氩气气压0.15-0.3MPa，流量为0.4-1.65L/min。
进一步地，所述合金均质：575-595℃，2-4h，空冷。
一种高导热铝合金的热处理工艺，其特征在于，高导热铝合金的热挤压出口温度控制为520-530℃，在线淬火，随后型材拉伸，拉伸率为2.0-2.6％，拉伸后立即进行人工时处理，工艺为200-220℃/3h，拉伸和人工时效之间间隔不超过2h。
本发明具有以下有益效果：
现有技术中为了提高铝合金的导热性能，通常会加入稀土元素，起到增强导热和平衡力学性能的作用，但是稀土元素成本昂贵，本发明在普通元素的基础上，对元素比例含量进行优选，同时配合制备热处理方法，在提高导热性能的同时，保证了力学性能不会大幅下降，降低了成本，具有应用化前景。
具体实施方式
为便于更好地理解本发明，通过以下实例加以说明，这些实例属于本发明的保护范围，但不限制本发明的保护范围。
一种高导热铝合金，所述高导热铝合金包括以下成分：0.22-0.33％Si、Fe≤0.15％、0.1-0.15％Cu、0.49-0.57％Mg、Zn≤0.15％、0.03-0.05％Ti，0.03-0.05％B、余量为Al和其他不可避免的杂质元素组成；所述Mg和Si的总含量低于0.8％，1.65≤Mg/Si≤1.85；所述Ti和B的总含量≤0.08％，0.9≤Ti/B≤1.1。
所述高导热铝合金的制备过程包括：合金配料准备，合金熔炼过程，合金铸造过程，合金均质，合金热处理。
所述合金熔炼过程中精炼2次，第一次精炼，时间为10-15min，氩气气压0.25-0.4MPa，流量为0.8-1.2L/min；第二次精炼，时间为5-10min，氩气气压0.15-0.3MPa，流量为0.4-1.65L/min。
所述合金均质：575-595℃，2-4h，空冷。
高导热铝合金的热挤压出口温度控制为520-530℃，在线淬火，随后型材拉伸，拉伸率为2.0-2.6％，拉伸后立即进行人工时处理，工艺为200-220℃/3h，拉伸和人工时效之间间隔不超过2h。
实施例1
一种高导热铝合金，所述高导热铝合金包括以下成分：0.28％Si、0.51％Mg、0.14％Zn、0.04％Ti、0.04％B、0.1％Fe、0.12％Cu，0.12％其他不可避免的杂质元素，余量为Al。
高导热铝合金的制备方法：(1)将原料按照块重及尺寸从大到小依次加入到熔炼炉中，然后将炉气温度提升20℃保温至全部熔化后，再将炉气温度提升20℃后依次加入纯锌锭，保温至完全熔化后得到合金溶液，将合金熔液的温度降低至730℃，加入盖复精炼熔剂，盖复精炼熔剂推荐的组成为(％，质量分数)：30％NaCl，47％KCl，23％冰晶石，在熔体镜面上形成保护层后，进行精炼，合金熔炼过程中精炼2次，第一次精炼，时间为12.5min，氩气气压0.3MPa，流量为1.0L/min；第二次精炼，时间为7.5min，氩气气压0.2MPa，流量为1.0L/min，依次进行静置、扒渣和铸造，得到铸锭；(2)均匀化处理：将铸锭进行均匀化处理，585℃，3h，空冷，得到均匀化后的铸锭；(3)热挤压：热挤压出口温度控制为525℃，在线淬火，随后型材拉伸，拉伸率为2.3％，拉伸后立即进行人工时处理，工艺为210℃/3h，拉伸和人工时效之间间隔不超过2h，得到铝合金型材。
对比例1
与实施例1的铸造工艺基本相同，唯有不同的是0.3％Si、0.52％Mg。
对比例2
与实施例1的工艺基本相同，唯有不同的是0.25％Si、0.50％Mg。
对比例3
与实施例1的工艺基本相同，唯有不同的是0.33％Si、0.49％Mg。
对比例4
与实施例1的工艺基本相同，唯有不同的是0.05％Ti，0.05％B。
对比例5
与实施例1的工艺基本相同，唯有不同的是0.05％Ti，0.03％B。
对比例6
与实施例1的工艺基本相同，唯有不同的是在线淬火后，不进行拉伸。
对比例7
与实施例1的工艺基本相同，唯有不同的是精炼1次，时间为20min，氩气气压0.4MPa，流量为1.2L/min。
对实施例1和对比例1-7制得的铝合金型材，进行测定屈服强度和拉伸强度，测定结果如下表所示。将对实施例1和对比例1-6的合金制成标准样品大小，采用美国QuantumDesign公司的
Figure BDA0002572965200000061
DynaCoolTM测量热导率。
Figure BDA0002572965200000062
由实施例1和对比例1-3的对比结果可知，当Si，Mg的含量不在特定的比例和范围内时，热导率和力学性能有较明显的下降。由实施例1和对比例4-5的比较可知，Ti和B的比例不在本发明的范围内时，热导率有明显的不足。由实施例1和对比例6的比较可知，在线淬火后，不进行拉伸，力学性能和热导率都略微下降。由实施例1和对比例7的比较可知，只精炼1次的话，技术效果显然不如精炼2次的效果。
以上内容不能认定本发明具体实施只局限于这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (2)

1.一种高导热铝合金，其特征在于，所述高导热铝合金包括以下成分：0.28％Si、0.51％Mg、0.14％Zn、0.04％Ti、0.04％B、0.1％Fe、0.12％Cu，0.12％其他不可避免的杂质元素，余量为Al；所述Mg和Si的总含量低于0.8％，1.65≤Mg/Si≤1.85；所述Ti和B的总含量≤0.08％，0.9≤Ti/B≤1.1；
所述高导热铝合金的制备过程包括：合金配料准备，合金熔炼过程，合金铸造过程，合金均质，合金热处理；
其中，所述合金熔炼过程中精炼2次，第一次精炼，时间为10-15min，氩气气压0.25-0.4MPa，流量为0.8-1.2L/min；第二次精炼，时间为5-10min，氩气气压0.15-0.3MPa，流量为0.4-1.65L/min；
所述合金热处理步骤是将铝合金的热挤压出口温度控制为520-530℃，在线淬火，随后型材拉伸，拉伸率为2.0-2.6％，拉伸后立即进行人工时效处理，工艺为200-220℃/3h，拉伸和人工时效之间间隔不超过2h。
2.根据权利要求1所述的高导热铝合金，其特征在于，所述合金均质：575-595℃，2-4h，空冷。
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Pledgee: Bank of Communications Ltd. Fujian branch

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Registration number: Y2022350000022