CN111719071B - 一种压铸用高导热高强度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，尤其涉及一种压铸用高导热高强度铝基复合材料及其制备方法。所述铝基复合材料是在铝合金基体中添加增强颗粒形成，所述铝合金基体中各成分的含量以重量百分比表示如下：Si 2～12％，Fe 0.1～1.5％，Mg≤1.2％，Cu≤0.6％，Sr≤0.2％，RE≤0.8％，其余为Al和不可避免的杂质，所述增强颗粒为SiC和AlB2的混合物。本发明在Al‑Si系合金中引入SiC与AlB2混合颗粒，利用SiC颗粒高导热特性与AlB2颗粒净化作用，发挥混合颗粒协同效应，在强化铝合金基体强度和导热性能基础上，降低不可避免的杂质元素的固溶，减小晶格畸变程度，从而同时提高合金导热性能、强度与塑性。

Description

一种压铸用高导热高强度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，尤其涉及一种压铸用高导热高强度铝基复合材料及其制备方法。
背景技术
Al-Si系合金的结晶温度间隔小，其Si相有较大的凝固潜热和比热容，该合金线收缩系数、热裂及缩松倾向较小，使得该合金的铸造性能优于其它铝合金。另外，Al-Si系合金具有密度小、强韧性能良好、耐腐蚀等优点，这些优点使的该合金成为目前应用最广泛的铸造合金，被广泛应用于通信、家电、机械、电子、汽车等领域。目前最常用的铸造Al-Si系合金主要有A356、A380、ADC12等。这些Al-Si系铸造铝合金通常含有6.5％以上的Si元素，因而具有很好的铸造流动性能，可很好满足铸造工艺要求。但这些合金的导热性能较差，导热系数通常低于145W/(m·K)，其中A356合金的导热系数大约只有120W/(m·K)，而ADC12合金的导热系数大约只有90W/(m·K)。
随着5G时代到来，相关通信产品向小型化、微型化、薄壁化和集成化发展，设备的运行功率密度和发热量越来越高，如何在有限的空间内进行有效散热，成为目前相关产品设计的关键问题，传统的Al-Si系铸造铝合金很难满足零部件快速散热的功能要求。
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，提供一种压铸用高导热高强度铝基复合材料及其制备方法，该高导热高强度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，提供一种压铸用高导热高强度铝基复合材料，所述铝基复合材料是在铝合金基体中添加增强颗粒形成，所述铝合金基体中各成分的含量以重量百分比表示如下：Si 2～12％，Fe 0.1～1.5％，Mg≤1.2％，Cu≤0.6％，Sr≤0.2％，RE≤0.8％，其余为Al和不可避免的杂质，所述增强颗粒为SiC和AlB2的混合物。
所述铝合金基体中各成分的含量以重量百分比表示如下：Si 4～10％，Fe0.3～0.8％，Mg 0.1～0.8％，Cu 0.1～0.5％，Sr 0.02～0.12％，RE 0.1～0.4，其余为Al和不可避免的杂质。
所述铝合金中不可避免的杂质包括：V、Mn、Zn、Ti、Cr，单种杂质元素质量≤0.05wt.％，杂质元素的总含量≤0.20wt.％。
所述SiC颗粒的体积分数占所述铝基复合材料的0.1～10％，所述AlB2颗粒的体积分数占所述铝基复合材料的0.05～1％。
所述RE选自La、Ce、Y、Er、Pr、Nd、Sc、Gd中的一种或多种。
所述SiC颗粒的平均粒径为0.05～100μm，纯度大于99％；所述AlB2颗粒的平均粒径为0.1～100μm，纯度大于98％。
本发明中，对于Al-Si合金，其共晶点为577℃，此时Si含量为12wt.％。硅含量小于2wt.％时为单相α相；硅含量大于2％且小于12％时为双相组织：初始α相+共晶相(Si+α相)；当硅含量大于12％时，为共晶相(Si相)；因此，本发明的Si含量设定为2～12％，这样保证合金流动性的同时，避免粗大初晶硅的出现。优选的，Si含量设定为4～10％。
本发明中，对于压铸铝合金来说，加入一定量的Fe有利于铸件成形后脱模，同时生成的硬脆富铁相有利于提高合金的硬度和高温机械性能，但Fe含量不能过高，过高的Fe含量会降低合金力学性能、耐蚀性能以及导热性能。因此，本发明的Fe含量设定为0.1～1.5％。优选的，Fe含量设定为0.3～0.8％。
本发明中，加入Mg和Cu可提高合金强度，但同时增加基体固溶度，导致晶格畸变程度增多，对导热性能不利，因而Mg和Cu的含量需要严格控制。因此，本发明的Mg≤1.2％,Cu≤0.6％。优选的，Mg含量设定为0.1～0.8％，Cu含量设定为0.1～0.5％。
本发明中，Sr对共晶硅可以起到良好的变质作用，细化共晶硅，对导热性能有利，但研究表明Sr含量超过0.2％后，合金的导热性能反而下降。因此，本发明的Sr≤0.2％。优选的，Sr含量设定为0.02～0.12％。
本发明中，稀土可以细化共晶硅，也可以净化合金熔体，有一定去除杂质的作用，微量添加稀土对合金导热和力学性能有利，但对于Al-Si合金，若是稀土过量，导热性能将迅速下降。因此，本发明的RE含量设定为0.01～0.8％。优选的，RE含量设定为0.1～0.4％。RE选自La、Ce、Y、Er、Pr、Nd、Sc、Gd中的一种或多种。
本发明中，SiC颗粒体积分数为0.1～10％，在该范围内，随着SiC体积分数增加，强度增加，且导热性能可以保持在较高水平，若是继续提高SiC体积分数，SiC颗粒体积分数>10％，一方面合金熔体的流动性能将严重下降；另一方面成形件的导热系数也将随着铸件内部SiC与基体之间越来越多的界面结合缺陷而下降。优选的，SiC颗粒体积分数为1～5％。
本发明中，AlB2颗粒的主要作用是与铝熔体中中不可避免的杂质元素V、Mn、Zn、Ti、Cr反应，使固溶态杂质元素转化为TiB2、V2B3、Cr2B等硼化物析出，并且大部分以沉淀熔渣形式去除，含量一般控制在1％以内，如果AlB2颗粒的体积分数超过1％，残留在熔体中的AlB2颗粒不仅增加成本，同时引入新的界面，降低合金导热性能。因此，本发明的AlB2颗粒体积分数为0.05～1％。优选的，AlB2颗粒体积分数为0.1～0.5％。
所述SiC颗粒的平均粒径为0.05～100μm，优选的，SiC颗粒的平均粒径为5～25μm，纯度大于99％；所述AlB2颗粒的平均粒径为0.1～100μm，优选的，AlB2颗粒的平均粒径为1～20μm，纯度大于98％。
根据本发明的另一方面，还提供了一种压铸用高导热高强度铝基复合材料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1)称取并干燥原料：按成分含量称取铝合金基体和增强颗粒，并将增强颗粒混合物置于干燥箱中干燥；
S2)熔炼：将预热后的铝合金基体放入熔炼炉中进行加热熔化，得到熔炼熔体；
S3)精炼：熔炼熔体完全融化后，将精炼剂和/或惰性气体加入熔炼熔体以进行精炼，得到精炼熔体；
S4)铝基复合材料熔体制备：将经过干燥的增强颗粒加入步骤S3)得到的精炼熔体中并搅拌，除去表面夹渣，得到铝基复合材料熔体；
S5)流变或压铸成型：舀取步骤S4)得到的铝基复合材料熔体送往压铸机压室直接进行压铸成形，得到铸件；或先舀取铝基复合材料熔体制备半固态浆料，再将半固态浆料送入压铸机压室进行半固态流变成形得到铸件；
S6)热处理：将S5)得到的铸件在200～360℃温度下时效2～6h，得到高导热高强度铝基复合材料。
在步骤S1)中，在150～170℃下保温干燥1～2h，脱除颗粒表面吸附的水分；在步骤S2)中，将铝合金熔体温度控制在710～765℃；在步骤S3)中，将铝合金熔体温度控制在650～720℃。
在步骤S4)中，所述搅拌方法选自机械搅拌、电磁搅拌、超声搅拌中的一种或多种的组合，其中所述机械搅拌的搅拌速度为100～1200r/min，搅拌时间为2～30min；所述电磁搅拌的电流为10～200A，频率为10～100Hz，搅拌时间为5～50min；所述超声搅拌的功率为100～3000W，搅拌时间为5～40min。将步骤S1)经过干燥的增强颗粒混合物加入搅拌形成的漩涡中，完成增强颗粒的添加；除去表面夹渣，得到铝基复合材料熔体。
控制压铸成形工艺参数：模具温度190～260℃、慢压射速度0.1～0.8m/s，快压射速度1～5m/s、压射比压40～100MPa、增压压力60～120MPa和保压时间2～10s；在步骤S5)中，将铝合金熔体温度降至640～680℃，送往压铸机压室直接进行压铸成形得到铸件；或在步骤S5)中，将铝合金熔体温度降至580～615℃，半固态浆料的制备时间为2～100s，优选的，半固态浆料的制备时间为10～30s。半固态浆料中的初生固相体积分数为5～50％，优选的，半固态浆料中的初生固相体积分数为15～35％，进行半固态流变成形得到铸件。
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。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
(1)本发明通过在Al-Si系合金中引入SiC与AlB2混合颗粒，利用SiC颗粒高导热特性与AlB2颗粒净化作用，发挥混合颗粒协同效应，在强化铝合金基体强度和导热性能基础上，降低不可避免的杂质元素的固溶，减小晶格畸变程度，从而同时提高合金导热性能与强度；
(2)本发明中所使用的SiC增强颗粒来源广泛，且价格便宜，AlB2颗粒所占体积分数小，用量少，在成本增加不高的基础上获得高导热高强度压铸铝合金，有利于其产业化推广和应用范围扩大；
(3)本发明中采用半固态流变压铸成形获得的压铸件内部包含大量平均尺寸<30μm、球形度>0.82的初生晶粒，提高了铸件的强度；因为半固态浆料的温度对初生固相体积分数有较大影响，通过控制搅拌参数来调控半固态浆料温度，进而控制固相分数，以达到理想的固相分数，从而满足各种形状复杂的大型薄壁零部件的半固态压铸要求；
(4)本发明中控制铝基复合材料中各组分的量及其制备方法，制备的铸件经热处理后的导热系数达162～195W/(m.K)、抗拉强度273～338MPa、屈服强度195～254Mpa，并且伸长率增加6.8～9.8％。强度高、塑性好、导热性能优异，可满足5G通信、新能源汽车等对导热性能和强度有较高要求的铸件，如通信基站的散热基板、滤波器以及新能源汽车的电结构壳体等。
附图说明
图1为铝基复合材料半固态浆料的水淬显微组织图。
图2为铝基复合材料熔体的水淬显微组织图。
图3为直接压铸成形本发明的高导热高强度铝基复合材料铸件的显微组织图，其中晶粒为典型树枝晶，且组织内可观察到缩孔缩松。
图4为半固态流变压铸成形本发明的高导热高强度铝基复合材料铸件的显微组织图，其中初生晶粒细小圆整且分布均匀，且组织较为致密。
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。
本发明的压铸用高导热高强度铝基复合材料，所述铝基复合材料是在铝合金基体中添加增强颗粒形成，所述铝合金基体中各成分的含量以重量百分比表示如下：Si 2～12％，Fe 0.1～1.5％，Mg≤1.2％，Cu≤0.6％，Sr≤0.2％，RE≤0.8％，其余为Al和不可避免的杂质，所述增强颗粒为SiC和AlB2的混合物。
所述铝合金基体中各成分的含量以重量百分比表示如下：Si 4～10％，Fe0.3～0.8％，Mg 0.1～0.8％，Cu 0.1～0.5％，Sr 0.02～0.12％，RE 0.1～0.4，其余为Al和不可避免的杂质。
所述铝合金中不可避免的杂质包括：V、Mn、Zn、Ti、Cr，单种杂质元素质量≤0.05wt.％，杂质元素的总含量≤0.20wt.％。
所述SiC颗粒的体积分数占所述铝基复合材料的0.1～10％，所述AlB2颗粒的体积分数占所述铝基复合材料的0.05～1％。优选的，SiC颗粒体积分数为1～5％，AlB2颗粒体积分数为0.1～0.5％。
所述RE选自La、Ce、Y、Er、Pr、Nd、Sc、Gd中的一种或多种。
所述SiC颗粒的平均粒径为0.05～100μm，优选的，SiC颗粒的平均粒径为5～25μm，纯度大于99％；所述AlB2颗粒的平均粒径为0.1～100μm，优选的，AlB2颗粒的平均粒径为1～20μm，纯度大于98％。
本发明的压铸用高导热高强度铝基复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：
S1)称取并干燥原料：按成分含量称取铝合金基体和增强颗粒，并将增强颗粒混合物置于干燥箱中干燥；
S2)熔炼：将预热后的铝合金基体放入熔炼炉中进行加热熔化，得到熔炼熔体；
S3)精炼：熔炼熔体完全融化后，将精炼剂和/或惰性气体加入熔炼熔体以进行精炼，得到精炼熔体；
S4)铝基复合材料熔体制备：将经过干燥的增强颗粒加入步骤S3)得到的精炼熔体中并搅拌，除去表面夹渣，得到铝基复合材料熔体；
S5)流变或压铸成型：舀取步骤S4)得到的铝基复合材料熔体送往压铸机压室直接进行压铸成形，得到铸件；或先舀取铝基复合材料熔体制备半固态浆料，再将半固态浆料送入压铸机压室进行半固态流变成形得到铸件；
S6)热处理：将S5)得到的铸件在200～360℃温度下时效2～6h，得到高导热高强度铝基复合材料。
在步骤S1)中，在150～170℃下保温干燥1～2h，脱除颗粒表面吸附的水分；在步骤S2)中，将铝合金熔体温度控制在710～765℃；在步骤S3)中，将铝合金熔体温度控制在660～720℃。
在步骤S4)中，所述搅拌方法选自机械搅拌、电磁搅拌、超声搅拌中的一种或多种的组合，其中所述机械搅拌的搅拌速度为100～1200r/min，搅拌时间为2～30min；所述电磁搅拌的电流为10～200A，频率为10～100Hz，搅拌时间为5～50min；所述超声搅拌的功率为100～3000W，搅拌时间为5～40min；将步骤S1)经过干燥的增强颗粒混合物加入搅拌形成的漩涡中，完成增强颗粒的添加；除去表面夹渣，得到铝基复合材料熔体。
控制压铸成形工艺参数：模具温度190～260℃、慢压射速度0.1～0.8m/s，快压射速度1～5m/s、压射比压40～100MPa、增压压力60～120MPa和保压时间2～10s；在步骤S5)中，将铝合金熔体温度降至580～615℃，半固态浆料的制备时间为2～100s，半固态浆料中的初生固相体积分数为5～50％，进行半固态流变成形得到铸件A；或在步骤S5)中，将铝合金熔体温度降至640～680℃，送往压铸机压室直接进行压铸成形得到铸件B。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的压铸用高导热高强度铝基复合材料及其制备方法进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
实施例1：
铝合金基体的具体成分及质量分数为：Si 4.0％,Fe 0.30％,Mg 0.10％,Cu0.10％,Sr 0.02％,La 0.10％,其余为Al和不可避免的杂质,其中，不可避免杂质元素总质量分数为0.05％；增强颗粒为平均粒径5μm、纯度99.5％的SiC颗粒和平均粒径1μm、纯度99％的AlB2颗粒，其中SiC颗粒和AlB2颗粒的体积分数分别为1％和0.1％；
该压铸用高导热高强度铝基复合材料的制备方法，该方法具体包括以下步骤：
S1)称取并干燥原料：按成分含量称取上述铝基复合材料所需的纯Al和Al-12Si铸锭、Al-10Fe和Al-5Sr中间合金以及SiC颗粒和AlB2颗粒；将增强颗粒混合物置于干燥箱中干燥，150℃干燥1h；
S2)熔炼：将熔炼炉加热升温至710℃，将经过200℃预热6min后的重量为6kg的基体铝合金放入熔炼炉中进行熔化，得到熔炼熔体；
S3)精炼：熔炼熔体完全融化后，将高纯氩气通入熔体中以除气精炼，精炼温度为660℃，得到精炼熔体；
S4)铝基复合材料熔体制备：将经过干燥的SiC和AlB2混合颗粒加入步骤S3)得到的精炼熔体中，并对熔体施加机械搅拌使颗粒在熔体中均匀分布，其中机械搅拌速度为150r/min，搅拌时间为5min；除去表面夹渣，得到铝基复合材料熔体；
S5)流变或压铸成形：控制压铸成形工艺参数：模具温度190℃、慢压射速度0.1m/s，快压射速度1m/s、压射比压40MPa、增压压力60MPa和保压时间2s；舀取步骤S4)得到的铝基复合材料熔体约1.4kg，舀取铝基复合材料熔体水淬，其凝固显微组织如图2所示，温度为640℃的铝基复合材料熔体送往压铸机压室直接进行压铸成形得到铸件1A；舀取步骤S4)得到的铝基复合材料熔体约1.4kg，采用强制对流搅拌工艺制备半固态浆料，当搅拌10s后，熔体温度下降到580℃时停止搅拌，此时半固态浆料对应的初生固相体积分数为50％，舀取半固态浆料水淬，其半固态显微组织如图1所示，再将制备好的半固态浆料送入压铸机压室进行流变成形获得铸件1B；
S6)热处理：将铸件1A和1B分别放入热处理炉中，加热到200℃温度下时效2小时；热处理后直接压铸件和流变压铸件的显微组织分别如图3和图4所示。
实施例2：
铝合金基体的具体成分及质量分数为：Si 10.0％,Fe 0.80％,Mg 0.80％,Cu0.50％,Sr 0.12％,Ce 0.40％,其余为Al和不可避免的杂质,其中，不可避免杂质元素总质量分数为0.20％；增强颗粒为平均粒径25μm、纯度99.5％的SiC颗粒和平均粒径20μm、纯度99％的AlB2颗粒，其中SiC颗粒和AlB2颗粒的体积分数分别为5％和0.5％；
该压铸用高导热高强度铝基复合材料的制备方法，该方法具体包括以下步骤：
S1)称取并干燥原料：按成分含量称取上述铝基复合材料所需的纯Al和Al-12Si铸锭、Al-10Fe和Al-5Sr中间合金以及SiC颗粒和AlB2颗粒；将增强颗粒混合物置于干燥箱中干燥，170℃干燥2h；
S2)熔炼：将熔炼炉加热升温至765℃，将经过220℃预热5min后的重量为6kg的基体铝合金放入熔炼炉中进行熔化，得到熔炼熔体；
S3)精炼：熔炼熔体完全融化后，将高纯氩气通入熔体中以除气精炼，精炼温度为720℃，得到精炼熔体；
S4)铝基复合材料熔体制备：将经过干燥的SiC和AlB2混合颗粒加入步骤S3)得到的精炼熔体中，并对熔体施加复合机械搅拌和电磁搅拌使颗粒在熔体中均匀分布，其中机械搅拌速度为800r/min，电磁电流50mA，电磁频率20Hz，搅拌时间为20min；除去表面夹渣，得到铝基复合材料熔体；
S5)流变或压铸成形：控制压铸成形工艺参数：模具温度260℃、慢压射速度0.8m/s，快压射速度5m/s、压射比压100MPa、增压压力120MPa和保压时间10s；舀取步骤S4)得到的铝基复合材料熔体约1.4kg，温度为680℃的铝基复合材料熔体送往压铸机压室直接进行压铸成形得到铸件2A；舀取步骤S4)得到的铝基复合材料熔体约1.4kg，采用强制对流搅拌工艺制备半固态浆料，当搅拌30s后，熔体温度下降到615℃时停止搅拌，此时半固态浆料对应的初生固相体积分数为5％，再将制备好的半固态浆料送入压铸机压室进行流变成形获得铸件2B；
S6)热处理：将铸件2A和2B分别放入热处理炉中，加热到360℃温度下时效6小时。
实施例3：
铝合金基体的具体成分及质量分数为：Si 7.8％,Fe 0.66％,Cu 0.25％,Sr0.12％,Ce 0.20％,其余为Al和不可避免的杂质,其中，不可避免杂质元素总质量分数为0.13％；增强颗粒为平均粒径12μm、纯度99.5％的SiC颗粒和平均粒径3μm、纯度99％的AlB2颗粒，其中SiC颗粒和AlB2颗粒的体积分数分别为2％和0.2％；
该压铸用高导热高强度铝基复合材料的制备方法，该方法具体包括以下步骤：
S1)称取并干燥原料：按成分含量称取上述铝基复合材料所需的纯Al和Al-12Si铸锭、Al-10Fe和Al-5Sr中间合金以及SiC颗粒和AlB2颗粒；将增强颗粒混合物置于干燥箱中干燥，150℃干燥1h；
S2)熔炼：将熔炼炉加热升温至720℃，将经过200℃预热5min后的重量为6kg的基体铝合金放入熔炼炉中进行熔化，得到熔炼熔体；
S3)精炼：熔炼熔体完全融化后，将高纯氩气通入熔体中以除气精炼，精炼温度为680℃，得到精炼熔体；
S4)铝基复合材料熔体制备：将经过干燥的SiC和AlB2混合颗粒加入步骤S3)得到的精炼熔体中，并对熔体施加复合机械搅拌和超声搅拌使颗粒在熔体中均匀分布，其中机械搅拌速度为200r/min，超声搅拌功率为500W，搅拌时间为15min；除去表面夹渣，得到铝基复合材料熔体；
S5)流变或压铸成形：控制压铸成形工艺参数：模具温度210℃、慢压射速度0.25m/s，快压射速度3.5m/s、压射比压60MPa、增压压力70MPa和保压时间4s；舀取步骤S4)得到的铝基复合材料熔体约1.4kg，舀取铝基复合材料熔体水淬，其凝固显微组织如图2所示，温度为660℃的铝基复合材料熔体送往压铸机压室直接进行压铸成形得到铸件3A；舀取步骤S4)得到的铝基复合材料熔体约1.4kg，采用强制对流搅拌工艺制备半固态浆料，当搅拌18s后，熔体温度下降到585℃时停止搅拌，此时半固态浆料对应的初生固相体积分数为43％，再将制备好的半固态浆料送入压铸机压室进行流变成形获得铸件3B；
S6)热处理：将铸件3A和3B分别放入热处理炉中，加热到350℃温度下时效2小时。
实施例4～8的压铸用高导热高强度铝基复合材料的组成及制备工艺参数如表1所示。
表1
Figure BDA0002580909050000121
对比例1：
本对比例的一种高导热压铸用铝合金，由以下具体成分及质量百分比组成：Si7.8％,Fe 0.66％,Sr 0.02％，其余为Al和不可避免的杂质,其中，不可避免杂质元素总质量分数为0.13％；
本对比例提供了上述压铸用铝合金的制备方法，该方法具体包括以下步骤：
S1)称取原料：按成分称取配置上述压铸铝合金所需的纯Al和Al-12Si铸锭、Al-10Fe和Al-5Sr中间合金；
S2)熔炼：将熔炼炉加热升温至720℃，将经过220℃预热5min后的重量为6kg的铝合金放入熔炼炉中进行熔化，得到熔炼熔体；
S3)精炼：熔炼熔体完全融化后，将高纯氩气通入熔体中以除气精炼，精炼温度为700℃，得到精炼熔体；
S4)流变或压铸成形：控制压铸成形工艺参数：模具温度210℃、慢压射速度0.25m/s，快压射速度3.5m/s、压射比压60MPa、增压压力70MPa和保压时间4s；舀取步骤S3)得到的熔体约1.4kg，温度为660℃的铝合金熔体送往压铸机压室直接进行压铸成形得到铸件1A’；舀取步骤S3)得到的铝合金熔体约1.4kg，采用强制对流搅拌工艺制备半固态浆料，当搅拌18s后，熔体温度下降到608℃时停止搅拌，此时半固态浆料对应的初生固相体积分数为17％，再将制备好的半固态浆料送入压铸机压室进行流变成形获得铸件1B’；
S5)热处理：将铸件1A’和1B’分别放入热处理炉中，加热到350℃温度下时效2小时。
对比例2：
本对比例的一种高导热压铸用铝合金，由以下具体成分及质量百分比组成：Si6.5％,Fe 0.54％,Mg 0.2％，Ce 0.15％,其余为Al和不可避免的杂质,其中，不可避免杂质元素总质量分数为0.11％；
本对比例提供了上述压铸用铝合金的制备方法，该方法具体包括以下步骤：
S1)称取原料：按成分称取配置上述压铸铝合金所需的纯Al、纯Mg和Al-12Si铸锭、Al-10Fe和Al-10Ce中间合金；
S2)熔炼：将熔炼炉加热升温至720℃，将经过200℃预热6min后的重量为8kg的铝合金放入熔炼炉中进行熔化，得到熔炼熔体；
S3)精炼：熔炼熔体完全融化后，将高纯氩气通入熔体中以除气精炼，精炼温度为720℃，得到精炼熔体；
S4)流变或压铸成形：控制压铸成形工艺参数：模具温度210℃、慢压射速度0.2m/s，快压射速度3m/s、压射比压65MPa、增压压力70MPa和保压时间3s；舀取步骤S3)得到的熔体约1.5kg，温度为650℃的铝合金熔体送往压铸机压室直接进行压铸成形得到铸件2A’；舀取步骤S3)得到的铝合金熔体约1.5kg，采用强制对流搅拌工艺制备半固态浆料，当搅拌20s后，熔体温度下降到602℃时停止搅拌，此时半固态浆料对应的初生固相体积分数为16％，再将制备好的半固态浆料送入压铸机压室进行流变成形获得铸件2B’；
S5)热处理：将铸件2A’和2B’分别放入热处理炉中，加热到300℃温度下时效3小时。
对比例3：
本对比例制备了ADC12铝合金流变压铸件和直接压铸件，包括以下步骤：
S1)熔炼：将熔炼炉加热升温至700℃，将15公斤ADC12铝合金锭干燥后加入熔炼炉中熔化；
S2)精炼：熔炼熔体完全融化后，将高纯氩气通入熔体中以除气精炼，精炼温度为700℃，得到精炼熔体；
S3)流变或压铸成形：控制压铸成形工艺参数：模具温度220℃、慢压射速度0.25m/s，快压射速度3.5m/s、压射比压60MPa、增压压力70MPa和保压时间4s；舀取步骤S2)得到的熔体约1.5kg，温度为660℃的铝合金熔体送往压铸机压室直接进行压铸成形得到铸件3A’；舀取步骤S3)得到的铝合金熔体约1.5kg，采用强制对流搅拌工艺制备半固态浆料，当搅拌20s后，熔体温度下降到580℃时停止搅拌，此时半固态浆料对应的初生固相体积分数为21％，再将制备好的半固态浆料送入压铸机压室进行流变成形获得铸件3B’；
(4)热处理：将流变压铸件和传统压铸件均放入温度为270℃的热处理炉内时效4小时。
将上述实施例1-8制备的高导热高强度铝基复合材料流变压铸件和直接压铸件和对比例1-3制备的流变压铸件和直接压铸件作为对比，分别测定各铝合金铸件的导热系数、抗拉强度和伸长率，具体结果如表2所示。
表2
Figure BDA0002580909050000151
Figure BDA0002580909050000161
从表2结果可以看出，与对比例1-3的铝合金相比，本发明实施例1-8的铝基复合材料流变压铸件和直接压铸件的强度和导热性能均比对比例的普通铝合金高很多，且比较同种铝基复合材料/铝合金的压铸件性能，发现流变压铸工艺制备的铸件具有更高的强度和导热性能。随着SiC和AlB2颗粒体积分数在一定范围内增加，流变压铸件和传统压铸件的力学性能和导热系数均有所提高，这表明本发明通过在铝合金基体中添加SiC和AlB2颗粒混合物可有效提高提高材料的导热、强度和塑性。
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 (5)

1.一种压铸用高导热高强度铝基复合材料，其特征在于：所述铝基复合材料是在铝合金基体中添加增强颗粒形成，所述铝合金基体中各成分的含量以重量百分比表示如下：Si4~10%，Fe 0.3~0.8%，Mg 0.1~0.8%，Cu 0.1~0.5%，Sr 0.02~0.12%， RE 0.1~0.4，其余为Al和不可避免的杂质，所述增强颗粒为SiC和AlB2的混合物；
所述SiC颗粒的体积分数占所述铝基复合材料的0.1~10%，所述AlB2颗粒的体积分数占所述铝基复合材料的0.05~1%；
所述RE选自La、Ce、Y、Er、Pr、Nd、Sc、Gd中的一种或多种；
所述的压铸用高导热高强度铝基复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：
S1) 称取并干燥原料：按成分含量称取铝合金基体和增强颗粒，并将增强颗粒混合物置于干燥箱中干燥；
S2）熔炼：将预热后的铝合金基体放入熔炼炉中进行加热熔化，得到熔炼熔体；
S3）精炼：熔炼熔体完全融化后，将铝合金熔体温度控制在660~720℃，将精炼剂和/或惰性气体加入熔炼熔体以进行精炼，得到精炼熔体；
S4）铝基复合材料熔体制备：将经过干燥的增强颗粒加入步骤S3)得到的精炼熔体中并搅拌，除去表面夹渣，得到铝基复合材料熔体；
S5）流变或压铸成型：待步骤S4)得到的铝基复合材料熔体温度降至640~680℃后，将其舀取并送往压铸机压室直接进行压铸成形得到铸件；或待铝基复合材料熔体温度降至580~615℃后，将其舀取后制备半固态浆料，制备时间为2~100s，半固态浆料中的初生固相体积分数为5~50%，再将其送入压铸机压室进行半固态流变成形得到铸件，其中模具温度190~260℃、慢压射速度0.1~0.8 m/s，快压射速度1~5m/s、压射比压40~100MPa、增压压力60~120MPa和保压时间2~10s；
S6) 热处理：将S5) 得到的铸件在200~360℃温度下时效2~6h，得到高导热高强度铝基复合材料。
2.根据权利要求1所述的高导热高强度铝基复合材料，其特征在于：所述铝合金中不可避免的杂质包括：V、Mn、Zn、Ti、Cr，单种杂质元素质量≤0.05wt.%，杂质元素的总含量≤0.20 wt.%。
3.根据权利要求1所述的高导热高强度铝基复合材料，其特征在于：所述SiC颗粒的平均粒径为0.05～100μm，纯度大于99%；所述AlB2颗粒的平均粒径为0.1～100μm，纯度大于98%。
4.根据权利要求1所述的高导热高强度铝基复合材料的制备方法，其特征在于，在步骤S1)中，在150~170℃下保温干燥1~2h，脱除颗粒表面吸附的水分；在步骤S2）中，将铝合金熔体温度控制在710~765℃。
5.根据权利要求1所述的高导热高强度铝基复合材料的制备方法，其特征在于，在步骤S4)中，所述搅拌方法选自机械搅拌、电磁搅拌、超声搅拌中的一种或多种的组合，其中所述机械搅拌的搅拌速度为100~1200r/min，搅拌时间为2~30min；所述电磁搅拌的电流为10~200A，频率为10~100Hz，搅拌时间为5~50min；所述超声搅拌的功率为100~3000W，搅拌时间为5~40min；将步骤S1）经过干燥的增强颗粒混合物加入搅拌形成的漩涡中，完成增强颗粒的添加；除去表面夹渣，得到铝基复合材料熔体。
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