CN111809088B - 一种中等强度高导热铝合金及其快速时效工艺 - Google Patents

一种中等强度高导热铝合金及其快速时效工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种中等强度高导热铝合金及其快速时效工艺，包括以下步骤：1)铝合金铸锭制备，按照相应的配方制备6系铝合金铸锭；2)均质化处理，在不同温度下依次进行均质化处理，均质处理后冷却；3)将均质后的铝合金铸锭表面进行表面刷棒或剥皮处理；4)挤压，将刷棒或剥皮好的铝合金铸锭进行头中尾分段加热，随后放入挤压机的挤压筒中进行挤压；5)矫正；6)双级人工时效处理，一级时效温度为230‑250℃，一级时效保温时间为1.5‑2h，二级时效温度为170‑190℃，二级时效保温时间为4‑5h。利用本发明制得的铝合金，其热导率能达到215W/(m·K)以上，接近纯铝导热性能，同时其抗拉强度大于195Mpa，屈服强度大于170Mpa，断后延伸率大于8％，远远大于纯铝的力学性能。

Description

一种中等强度高导热铝合金及其快速时效工艺
技术领域
本发明涉及铝型材加工制造技术领域，尤其涉及一种中等强度高导热铝合金及其快速时效工艺。
背景技术
随着铝型材工业的发展，对铝合金各个方面的性能也提出了越来越高的要求。特别针对很多散热材料，除了常规的基础力学性能为，如何提升其导热性能以提高散热能力也越来越重要。特别是在5G通讯逐步落地的过程中，因为通讯功率的增大，其配套元件功率也需要持续增大，但大功率会带来更大的热量产生，如果不能及时散热降温，将会导致通讯元件的快速老化甚至烧损，存在极大不利影响。所以，提升铝合金导热性能及散热效果，以配合产品升级的需要越来越重要。同时，还要能保证型材加工时不出现变形或者成品使用时能够避免变形等问题，即，在高导热情况下需要一定的合金性能的强度、硬度指标。为了达到这个综合效果，调整材料的成分和内部组织，设计热处理工艺是提升综合性能的一个重点方向。
现有技术中，在通常的高导热铝合金的选择上，一般采用的是1系纯铝，但是因为其内部缺乏强化相作用，一般强度不能达到需求，但是如果使用强化相较多的6系铝合金，因为在合金内有最大强化效果的是β”相，但其与铝基体完全共格，会导致型材的导热性能快速下降，而非共格平衡相β相虽然基本不影响导热性能，但是其能提供的强度提升很少，又会导致型材出现强度不足的情况。所以需要通过热处理生成β’相，既有一定强度也因为与铝基体呈非完全共格结构，对导热的影响也不大，是理想的导热材料强化相。但一般为了生成β’相需要使用中低温度较长时间的时效工艺，其产能较低，影响交货速度。
有鉴于此，研究一种具备高导热性能的铝合金，且能快速达到需求的力学性能与导热性能的时效热处理工艺是非常重要的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有中等强度、导热率达215W/(m·K)以上的6系铝合金型材加工工艺。
为达到以上目的，本发明采用如下技术方案。
一种中等强度高导热铝合金及其快速时效工艺，其特征在于，包括以下步骤：1)铝合金铸锭制备，按照如下重量份数比配制铝合金：Si：0.40～0.45％，Fe：≤0.12％，Cu：≤0.01％，Mn：≤0.005％，Mg：0.55～0.60％，Zn：≤0.03％，B：0.04～0.06％，Ti：0.005～0.015％，单个杂质≤0.01％，杂质合计≤0.05％，余量为Al；然后将铝合金原料熔融铸造成铝合金铸锭；2)均质化处理，将铸造后的铝合金铸锭在540±10℃下均质化处理6±1h后升温至580±10℃继续均质2±0.5h，均质处理后冷却；3)刷棒或剥皮处理，将均质后的铝合金铸锭表面进行表面刷棒或剥皮处理；4)挤压，将刷棒或剥皮好的铝合金铸锭进行头中尾分段加热，温度分别为棒头温度420～460℃、棒中温度410～450℃、棒尾温度400～440℃，随后放入挤压机的挤压筒中进行挤压；5)矫正，挤压型材产品冷却后进行矫正，矫正量0.3-1.0％；6)将挤压型材进行双级人工时效处理，一级时效温度为230-250℃，一级时效保温时间为1.5-2H，二级时效温度为170-190℃，二级时效保温时间为4-5H。
更为优选的是，在步骤1)铝合金铸锭制备步骤中，Al必须使用纯度≥99.8％的铝锭。
更为优选的是，在步骤1)铝合金铸锭制备步骤中，将配制好的铝合金原料加入熔炼炉中熔解为铝液时，先添加总含Ti量0.005％的AlTi合金，再添加AlB合金。
更为优选的是，在步骤1)铝合金铸锭制备步骤中，铝合金原料添加完后使用电磁搅拌设备搅拌均匀，再使用精炼剂进行精炼除气后静置30～60分钟沉淀杂质，然后通过40～60目陶瓷过滤板过滤铝液中剩余杂质，再将铝液铸造为铝合金铸锭。
更为优选的是，在步骤2)均质化处理步骤中，均质处理后使用风冷的方式冷却。
更为优选的是，在步骤4)挤压步骤中，产品的挤出速度为8～20m/min，挤压盛锭筒温度控制在390～440℃。
更为优选的是，在步骤4)挤压步骤中，挤压后使用变频风机进行淬火冷却处理。
本发明的有益效果是：
经实际测试，利用本发明提供制得的6系铝合金型材，其热导率能达到215W/(m·K)以上，接近纯铝导热性能，同时其抗拉强度大于195Mpa，屈服强度大于170Mpa，断后延伸率大于8％，远远大于纯铝的力学性能。这些力学性能指标使其能用于很多外壳产品或需要进行深加工的产品领域，不像纯铝因为强度过低无法作为外壳或加工使用，但其又具备很好的导热性能，能大大加快设备散热，具备很大的应用价值。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步的描述，使本发明的技术方案及其有益效果更加清楚、明确。下面描述实施例是示例性的，旨在解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
一种中等强度高导热铝合金及其快速时效工艺，其特征在于，包括以下步骤：
1)铝合金铸锭制备，按照如下重量份数比配制铝合金：Si：0.40～0.45％，Fe：≤0.12％，Cu：≤0.01％，Mn：≤0.005％，Mg：0.55～0.60％，Zn：≤0.03％，B：0.04～0.06％，Ti：0.005～0.015％，单个杂质≤0.01％，杂质合计≤0.05％，余量为Al。其中，Al必须使用纯度≥99.8％的铝锭，不允许使用回收铝废料，将配制好的铝合金原料加入熔炼炉中熔解为铝液，其中先添加总含Ti量0.005％的AlTi合金，再添加AlB合金，其目的是促进与Zr、V等元素结合形成化合物，避免因为杂质成分较少无法与B元素化合的问题，添加完后使用电磁搅拌设备搅拌均匀，再使用精炼剂进行精炼除气后静置30～60分钟沉淀杂质，然后通过40～60目陶瓷过滤板过滤铝液中剩余杂质，再将铝液铸造为铝合金铸锭，其中静置处理的目的是使铝液内杂质成分与Ti、B充分反应生成较重的杂质聚合物，并在静置过程中沉淀至底部，以减少杂质成份组成的化合物在基体内对的影响从而提升导热性能。
2)均质化处理，将铸造后的铝合金铸锭在540±10℃下均质化处理6±1h后升温至580±10℃继续均质2±0.5h，均质处理后使用风冷的方式冷却，双级均质处理的目的是通过一级均质先确保相基本融入基体，使其不会在高温时熔化形成过烧缺陷，再通过高温均质确保Fe相球化完全，减小针状相对导热性能的影响，消除铸锭的微观偏析，使晶体内部各种溶质元素均匀分布。
3)刷棒或剥皮处理，将均质后的铝合金铸锭表面进行表面刷棒或剥皮处理，目的是为了避免表面偏析层杂质在挤压过程中卷入造成型材影响导热性能。
4)挤压，将刷棒或剥皮好的铝合金铸锭进行头中尾分段加热，温度分别为棒头温度420～460℃、棒中温度410～450℃、棒尾温度400～440℃放入挤压机的挤压筒中进行挤压，产品的挤出速度为8～20m/min，挤压盛锭筒温度控制在390～440℃，目的是减少铸锭表面偏析层杂质在挤压过程中的卷入，挤压后使用变频风机进行淬火冷却处理。
5)矫正，挤压型材产品冷却后进行矫正，矫正量0.3-1.0％，矫正量必须控制，避免过小矫直量无法释放型材内部内应力，同时也避免矫直长度过长造成冷变形剧烈形成位错缺陷影响导热性能。
6)将挤压型材进行双级人工时效处理，一级时效温度为230-250℃，一级时效保温时间为1.5-2H，二级时效温度为170-190℃，二级时效保温时间为4-5H，这种时效工艺的目的是使型材在一级高温时效时内部GP区先大量直接转化为β’相，避免形成β”相过多影响导热性能，二级时效时再将余下少量未完全转化的GP区形成少量β”相以提升性能，同时因为转化量少对导热性能影响较轻微。
经过实际测验，采用如上的加工方式生产的铝合金型材热导率能达到215W/(m·K)以上，接近纯铝导热性能，同时其抗拉强度大于195Mpa，屈服强度大于170Mpa，断后延伸率大于8％，远远大于纯铝的力学性能。这些力学性能指标使其能用于很多外壳产品或需要进行深加工的产品领域，不像纯铝因为强度过低无法作为外壳或加工使用，但其又具备很好的导热性能，能大大加快设备散热，具备很大的应用价值。
通过上述描述，所属技术领域的技术人员应当理解，本发明不局限于上述的具体实施方式，在本发明基础上采用本领域公知技术的改进和替代均落在本发明的保护范围，本发明的保护范围应由各权利要求项及其等同物限定之。具体实施方式中未阐述的部分均为现有技术或公知常识。

Claims (7)

1.一种中等强度高导热铝合金及其快速时效工艺，其特征在于，包括以下步骤：
1)铝合金铸锭制备，按照如下重量份数比配制铝合金：Si：0.40～0.45％，Fe：≤0.12％，Cu：≤0.01％，Mn：≤0.005％，Mg：0.55～0.60％，Zn：≤0.03％，B：0.04～0.06％，Ti：0.005～0.015％，单个杂质≤0.01％，杂质合计≤0.05％，余量为Al；然后将铝合金原料熔融铸造成铝合金铸锭；
2)均质化处理，将铸造后的铝合金铸锭在540±10℃下均质化处理6±1h后升温至580±10℃继续均质2±0.5h，均质处理后冷却；
3)刷棒或剥皮处理，将均质后的铝合金铸锭表面进行表面刷棒或剥皮处理；
4)挤压，将刷棒或剥皮好的铝合金铸锭进行头中尾分段加热，温度分别为棒头温度420～460℃、棒中温度410～450℃、棒尾温度400～440℃，随后放入挤压机的挤压筒中进行挤压；
5)矫正，挤压型材产品冷却后进行矫正，矫正量0.3-1.0％；
6)将挤压型材进行双级人工时效处理，一级时效温度为230-250℃，一级时效保温时间为1.5-2H，二级时效温度为170-190℃，二级时效保温时间为4-5H。
2.根据权利要求1所述的一种中等强度高导热铝合金及其快速时效工艺，其特征在于，在步骤1)铝合金铸锭制备步骤中，Al必须使用纯度≥99.8％的铝锭。
3.根据权利要求1所述的一种中等强度高导热铝合金及其快速时效工艺，其特征在于，在步骤1)铝合金铸锭制备步骤中，将配制好的铝合金原料加入熔炼炉中熔解为铝液时，先添加总含Ti量0.005％的AlTi合金，再添加AlB合金。
4.根据权利要求1所述的一种中等强度高导热铝合金及其快速时效工艺，其特征在于，在步骤1)铝合金铸锭制备步骤中，铝合金原料添加完后使用电磁搅拌设备搅拌均匀，再使用精炼剂进行精炼除气后静置30～60分钟沉淀杂质，然后通过40～60目陶瓷过滤板过滤铝液中剩余杂质，再将铝液铸造为铝合金铸锭。
5.根据权利要求1所述的一种中等强度高导热铝合金及其快速时效工艺，其特征在于，在步骤2)均质化处理步骤中，均质处理后使用风冷的方式冷却。
6.根据权利要求1所述的一种中等强度高导热铝合金及其快速时效工艺，其特征在于，在步骤4)挤压步骤中，产品的挤出速度为8～20m/min，挤压盛锭筒温度控制在390～440℃。
7.根据权利要求1所述的一种中等强度高导热铝合金及其快速时效工艺，其特征在于，在步骤4)挤压步骤中，挤压后使用变频风机进行淬火冷却处理。
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