CN111979455B

CN111979455B - 一种压铸铝合金及其制备方法和应用

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Publication number: CN111979455B
Application number: CN201910439423.6A
Authority: CN
Inventors: 廖梦觉; 杨阳; 王孝东; 郭强
Original assignee: BYD Co Ltd
Current assignee: BYD Co Ltd
Priority date: 2019-05-24
Filing date: 2019-05-24
Publication date: 2021-12-07
Anticipated expiration: 2039-05-24
Also published as: CN111979455A

Abstract

本发明涉及铝合金领域，尤其涉及一种压铸铝合金及其制备方法和应用。以重量百分含量计，本发明所述压铸铝合金包含：Si 6％‑9％，Mg 1％‑2％，Fe 0.12％‑0.15％，Sr 0.05％‑0.15％，Ni 0.005％‑0.01％，Sc 0.005％‑0.015％，以及铝和不可避免杂质，杂质总量＜0.1％。通过上述技术方案，本发明提供的压铸铝合金具有良好的力学性能、压铸成型性和导热性。

Description

一种压铸铝合金及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及铝合金领域，尤其涉及一种压铸铝合金及其制备方法和应用。

背景技术

在IT通讯领域，铝合金作为外观件已日益显示出其应用前景。相比不锈钢，铝合金更加轻盈、熔点低，适合于压铸成型，效率高、成本低、易于回收。相比于镁合金，铝合金导热性能更好，成型性更佳，同时成型条件广泛，适用于制备手机等IT产品的结构件。

现有技术中，铝合金的力学性能良好时，会铝合金的导热性能差。因此，需要优化铝合金配方，使铝合金兼顾良好的力学性能和导热性能。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中铝合金的力学性能和导热性能难兼顾的技术问题，提供一种压铸铝合金及其制备方法和应用。

本发明第一方面，提供一种压铸铝合金，以重量百分含量计，所述压铸铝合金包含：Si 6％-9％，Mg 1％-2％，Fe 0.12％-0.15％，Sr 0.05％-0.15％，Sc0.005％-0.015％，Ni或Zr 0.005％-0.01％，以及铝和不可避免杂质，杂质总量＜0.1％。

优选地，所述压铸铝合金包含：Si 7.0％-8.3％，Mg 1.2％-1.8％，Fe 0.130％-0.145％，Sr 0.08％-0.12％，Sc 0.008％-0.012％，Ni或Zr 0.006％-0.008％，以及铝和不可避免杂质，杂质总量＜0.1％。

优选地，所述压铸铝合金中，所述压铸铝合金中含有Ni时，Sc与Ni比例为(1-1.5)：1；所述压铸铝合金中含有Zr时，Sc与Zr比例为(1-1.5)：1。

优选地，所述压铸铝合金中包括Mg₂Si相、Al₃Sc相、NiSc金属间化合物。

优选地，所述压铸铝合金的屈服强度150-220MPa，抗拉强度为275-350MPa，延伸率为1-5.6％，导热率160-190W/(m·k)。

进一步优选地，所述压铸铝合金的屈服强度180-220MPa，抗拉强度为310-350MPa，延伸率为1-3％，导热率170-190W/(m·k)。

本发明第二方面，提供一种压铸铝合金的制备方法，包括以下步骤：按照压铸铝合金的组分配比，先在熔炼炉中加入含铝料，含铝料熔化后再加入含硅料、含镁料、含铁料、含锶料、含镍料或含锆料、含钪料进行熔炼，再经除渣、精炼除气处理后进行浇铸得到铝合金铸锭，将铝合金铸锭熔融压铸成型，得到本发明第一方面所述的压铸铝合金。

优选地，熔炼含铝料的温度为780℃-800℃；熔炼含硅料、含镁料、含铁料、含锶料、含镍料或含锆料、含钪料的温度为700℃-710℃。

本发明第三方面，提供一种本发明所述压铸铝合金在计算机、通信电子产品或消费类电子产品中的应用。

通过上述技术方案，本发明提供的压铸铝合金含有上述限定含量的组分，可以具有良好的力学性能、压铸成型性和导热性。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

具体实施方式

在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

本发明提供了一种压铸铝合金，以重量百分含量计，所述压铸铝合金包含：Si6％-9％，Mg 1％-2％，Fe 0.12％-0.15％，Sr 0.05％-0.15％，Sc 0.005％-0.015％，Ni或Zr 0.005％-0.01％，以及铝和不可避免杂质，杂质总量＜0.1％。

本发明提供的压铸铝合金，兼有优良的力学性能、压铸成型性和导热性，这是由于本发明采用特定含量的Si、Mg、Fe、Sr、Ni或Zr、Sc多种元素相互配合，均衡了合金的各种性能，从而得到了综合性能优异的压铸铝合金。

本发明一实施方式中，所述Si的质量百分含量为7.0％-8.3％。

本发明一优选实施方式中，所述Si的质量百分含量为8％。

本发明一实施方式中，所述Mg的质量百分含量为1.2％-1.8％。

本发明一优选实施方式中，所述Mg的质量百分含量为1.5％。

本发明一实施方式中，所述Fe的质量百分含量为0.130％-0.145％。

本发明一优选实施方式中，Fe的质量百分含量为0.14％。

本发明一实施方式中，所述Sr的质量百分含量为0.08％-0.12％。

本发明一优选实施方式中，所述Sr的质量百分含量为0.1％。

本发明一实施方式中，所述Sc的质量百分含量为0.008％-0.012％。

本发明一实施方式中，所述Ni或Zr的质量百分含量为0.006％-0.008％。

为了进一步提高压铸铝合金的力学性能、压铸成型性和导热性，所述压铸铝合金包含：Si 7.0％-8.3％，Mg 1.2％-1.8％，Fe 0.130％-0.145％，Sr 0.08％-0.12％，Sc0.008％-0.012％，Ni或Zr 0.006％-0.008％，以及铝和不可避免杂质，杂质总量＜0.1％。

本发明中，所述压铸铝合金中含有上述含量范围内的Si、Mg，能保证合金在铸造过程中具有良好的流动性与力学性能，减少对合金导热性能的影响；同时，Mg能够与Si结合形成Mg₂Si相，Mg₂Si相能起到强化效果，提高合金强度。本发明所述压铸铝合金中Si或Mg含量过低，合金的力学性能会偏低；Si含量过高或Mg含量过高，会降低合金的导热性能。

本发明中，所述压铸铝合金中含有上述含量范围内的Fe，能降低合金在压铸过程中的粘膜性和对模具的腐蚀性。若本发明所述铝合金中Fe含量过高，容易在合金内部组织粗化形成铁相，铁相呈粗长针片状或叶状，降低合金的力学性能，降低延伸率，同时降低合金的导热性能。

本发明中，所述压铸铝合金中含有上述含量范围内的Sr，能起到细化晶粒的效果，进一步增加了合金的力学性能。若本发明所述铝合金中Sr含量过低，合金的细化晶粒效果下降；Sr含量过高，对细化晶粒的作用减弱，对力学提升作用不大。

本发明中，所述压铸铝合金中含有上述含量范围内的Sc，能够在铝合金中形成Al₃Sc相，改善铝合金的强度、耐热性与耐蚀性。同时，Sc能够与Ni在铝合金中共同作用，生成NiSc金属间化合物，提高合金强度。优选地，所述压铸铝合金中Sc与Ni重量比为(1-1.5)：1。本发明的发明人通过大量实验尝试，发现所述压铸铝合金中Sc、Ni满足上述比例关系，能提高合金强度的同时减少对合金导热性的影响，且能增加合金压铸时的流动性、细化晶粒，使杂质边缘球化从而减少杂质对合金性能的损害。

本发明中，当所述压铸铝合金中含有Ni元素时，上述含量范围内的Ni，能提高合金的延伸率，还可以与Fe元素相互作用，改善合金的耐热性和热膨胀系数。若本发明所述铝合金中Ni含量过低，不易生成NiSc金属间化合物；若Ni含量过高，则容易降低合金的导热性能。

本发明中，当所述压铸铝合金中含有Zr元素时，所述压铸铝合金中含有上述含量范围内的Zr能够在铝合金中形成ZrAl₃相，抑制晶粒长大，细化晶粒从而提高铝合金的强度。若本发明所述铝合金中Zr含量过低，无法起到较好的细晶强化效果；若Zr含量过高，则容易对细化晶粒的作用减弱，对力学提升作用不大。优选地，所述压铸铝合金中Sc与Zr重量比为(1-1.5)：1，能进一步改善铝合金强度。

根据本发明，所述压铸铝合金允许存在少量其它金属元素，如Cu、Mn、Cr中的一种、两种或三种以上，所述其它金属元素一般来源于制备合金时合金原料中的杂质。过多的杂质元素容易导致压铸合金延伸率下降、产品开裂等问题，因此，本发明所述压铸铝合金中杂质总量＜0.1％。

根据本发明，优选地，所述压铸铝合金的屈服强度150-220MPa，抗拉强度为275-350MPa，延伸率为1-5.6％，导热率160-190W/(m·k)。进一步优选地，所述压铸铝合金的屈服强度180-220MPa，抗拉强度为310-350MPa，延伸率为1-3％，导热率170-190W/(m·k)。

本发明同时提供了一种压铸铝合金的制备方法，包括以下步骤：按照压铸铝合金的组分配比，先在熔炼炉中加入含铝料，含铝料熔化后再加入含硅料、含镁料、含铁料、含锶料、含镍料或含锆料、含钪料进行熔炼，再经除渣、精炼除气处理后进行浇铸得到铝合金铸锭，将铝合金铸锭熔融压铸成型，得到本发明前述的压铸铝合金。

本发明中，所述含铝料、硅料、含镁料、含铁料、含锶料、含镍料或含锆料、含钪料可以是能够提供制备本发明的压铸铝合金所需各种元素的物料，可以是含上述元素的合金或纯金属，只要加入的铝合金原料熔炼后得到的铝合金中的组成成分在上述范围内即可。优选地，所述铝合金原料可以包括纯Al或Al合金、纯Si或Si合金、纯Mg或Mg合金、纯Fe或Fe合金、纯Sr或Sr合金、纯Ni或Ni合金或纯Zr或Zr合金、以及纯Sc或Sc合金。更优选地，所述铝合金原料包括纯Al、Al-Si合金、纯Mg、Al-Fe合金、Al-Sr合金、Al-Ni合金或Al-Zr合金、及Al-Sc合金。

根据本发明所述压铸铝合金的制备方法，优选地，所述熔炼的条件为：熔炼温度700-800℃。更优选地，熔炼含铝料的温度为780-800℃；熔炼含硅料、含镁料、含铁料、含锶料、含镍料或含锆料、含钪料的温度为700-710℃。

根据本发明所述压铸铝合金的制备方法，优选地，所述除渣包括向金属熔液中加入除渣剂进行除渣；所述除渣剂为本领域常用的除渣剂，例如可以选自铝合金除渣剂NF-1、DSG铝合金除渣除气剂的至少一种。优选地，所述精炼包括向金属熔液中加入精炼剂并搅拌实现精炼除气；所述精炼剂为本领域常用的精炼剂，例如可以选自六氟乙烷、铝精炼剂ZS-AJ01C的至少一种，精炼温度为700-710℃。

根据本发明所述压铸铝合金的制备方法，优选地，所述浇铸的温度680-720℃。

根据本发明所述压铸铝合金的制备方法，优选地，所述压铸的给汤温度为700-780℃，由此，更利于所述铝合金铸锭熔融后的压铸成型。需要说明的是，所述压铸的给汤温度即将所述铝合金铸锭熔融的温度。

根据本发明所述压铸铝合金的制备方法，优选地，将铝合金铸锭熔融压铸成型后，还可以对得到的所述压铸铝合金进行热处理。由此，提升压铸铝合金的力学性能和导热性。更优选地，所述热处理工艺的温度为190-210℃，时间为3-4h。

本发明还提供了一种本发明所述压铸铝合金在计算机、通信电子产品或消费类电子产品中的应用。优选地，本发明所述压铸铝合金应用于手机中板、或者手机后盖等。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述，但本发明并不仅限于下述实施例。

实施例1-33

按照表1所示的铝合金组成，配制含有各种元素的合金原料；将纯Al加入熔炼炉，在780-800℃下进行熔炼；纯Al熔化后，加入Al-Si合金、纯Mg、Al-Fe合金、Al-Sr合金、Al-Sc合金、Al-Ni合金或Al-Zr合金，在700-710℃下进行熔炼并搅拌均匀，得到金属熔液；

在700-710℃条件下，向金属熔液中加入除渣剂、精炼剂，进行除渣、精炼除气，直到精炼剂充分反应完毕，然后进行扒渣得到合金熔液，将合金熔液浇铸得到铝合金铸锭；将铝合金铸锭熔融压铸，压铸的给汤温度700-780℃；压铸成型后对压铸铝合金进行200℃，4h热处理，测试结果如表2。

对比例1-12

采用于实施例相同的方法制备压铸铝合金，不同的是，按照表1的组成配制铝合金原料，测试结果如表2。

性能测试

铝合金拉伸测试：参照《GB/T 228.1-2010金属材料拉伸试验第一部分：室温试验方法》测试的铝合金的抗拉强度、屈服强度和延伸率。采用压铸方式得到不同成分配方的拉伸试棒(直径6.4mm*标距50mm)，采用型号为CMT5105的电子万能试验机进行拉伸性能测试，标距为50mm，加载速率为2mm/min，记录测量数据，每个配方点测试六根样件，其中屈服强度、抗拉强度与延伸率为六个数据的平均值，屈服强度的相对标准偏差为6个屈服强度数据的标准偏差与平均值的比值百分数，抗拉强度的相对标准偏差为6个抗拉强度数据的标准偏差与平均值的比值百分数。

热导率测试：制成φ12.7×3mm的铸锭导热圆片，在待测试样的两面均匀喷涂石墨涂层；将处理好的试样放入激光导热仪中进行测试。按照《ASTM E1461闪光法测定热扩散系数的标准方法》，进行激光导热测试。

表1

注：表1中各配比均以重量百分比计，另外，不可避免的杂质元素总重量小于0.1％。

表2

由表2的结果可以看出，本发明所述的压铸铝合金具有良好的力学性能、压铸成型性和导热性。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims

1.一种压铸铝合金，其特征在于，

以重量百分含量计，所述压铸铝合金为：Si 7.0％-8.3％，Mg 1.2％-1.8％，Fe0.130％-0.145％，Sr 0.08％-0.12％，Sc 0.008％-0.012％，Ni或Zr 0.006％-0.008％，以及铝和不可避免杂质，杂质总量＜0.1％；

所述压铸铝合金的屈服强度150-220MPa，抗拉强度为275-350MPa，延伸率为1-5.6％，导热率160-190W/(m·k)。

2.根据权利要求1所述压铸铝合金，其特征在于，

所述压铸铝合金中含有Ni时，Sc与Ni比例为(1-1.5)：1；所述压铸铝合金中含有Zr时，Sc与Zr比例为(1-1.5)：1。

3.根据权利要求1所述压铸铝合金，其特征在于，

所述压铸铝合金中包括Mg₂Si相、Al₃Sc相、NiSc金属间化合物。

4.根据权利要求1所述压铸铝合金，其特征在于，

所述压铸铝合金的屈服强度180-220MPa，抗拉强度为310-350MPa，延伸率为1-3％，导热率170-190W/(m·k)。

5.一种压铸铝合金的制备方法，其特征在于，

包括以下步骤：

按照压铸铝合金的组分配比，先在熔炼炉中加入含铝料，含铝料熔化后再加入含硅料、含镁料、含铁料、含锶料、含镍料或含锆料、含钪料进行熔炼，再经除渣、精炼除气处理后进行浇铸得到铝合金铸锭，将铝合金铸锭熔融压铸成型，得到权利要求1-4中任一项所述的压铸铝合金。

6.根据权利要求5所述压铸铝合金的制备方法，其特征在于，

熔炼含铝料的温度为780℃-800℃；熔炼含硅料、含镁料、含铁料、含锶料、含镍料或含锆料、含钪料的温度为700℃-710℃。

7.一种权利要求1-4中任意一项所述的压铸铝合金在计算机、通信电子产品或消费类电子产品中的应用。