CN112941372B

CN112941372B - 一种铝合金及其应用

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Publication number: CN112941372B
Application number: CN201911175990.1A
Authority: CN
Inventors: 郭强; 王梦得; 安维; 付景松
Original assignee: BYD Co Ltd; Shantou BYD Electronics Co Ltd
Current assignee: BYD Co Ltd; Shantou BYD Electronics Co Ltd
Priority date: 2019-11-26
Filing date: 2019-11-26
Publication date: 2022-04-15
Anticipated expiration: 2039-11-26
Also published as: CN112941372A

Abstract

为克服现有铝合金难以兼顾压铸的力学性能要求和压铸后导热性要求的问题，本发明提供了一种铝合金，包括如下质量百分比的组分：Co的含量为1.3～4％，Mg的含量为0.05～0.8％，Zn的含量为0.7～1.6％，Ni的含量为0.05～0.5％，Fe的含量为0.1～0.6％，Si的含量为0～0.1％，余量为Al及其它元素，所述其他元素的总量低于0.1％。同时，本发明还公开了上述铝合金的应用。本发明提供的铝合金通过调整铝合金中各强化元素的配比控制，使的铝合金的熔体流动性和综合力学性能更佳，能够满足压铸的要求，避免压铸过程中粘模和热裂纹的工艺问题，进一步的，通过以上元素配比的铝合金能够保证在压铸后仍具有较高的导热性能。

Description

一种铝合金及其应用

技术领域

本发明属于合金材料技术领域，具体涉及一种铝合金及其应用。

背景技术

在电子领域中，常需要设置外部装置对电子装置进行散热，同时结构材料也需要一定的导热要求，避免热量聚集，例如所谓的5G技术，即第五代移动通信技术，其通信技术主要通过5G基站来实现，相应的，由于数据处理较大，电子器件单位时间产热较多，需要基站材料具有较大的导热散热能力，在制备散热器时常采用压铸成型的形式。

铝合金的压铸对铝合金的材料力学性能，如屈服强度、抗拉强度、延伸率、熔体的流动性等具有较高的要求，另一方面，压铸会对铝合金的导热性产生不利影响，在压铸后铝合金中金相的改变会导致导热性的降低，现有的铝合金材料难以同时满足压铸的力学性能要求以及压铸后的导热性要求，通常情况下，现有用于压铸的铝合金在压铸后其导热性会下降，从而无法满足较好导热性的要求。

发明内容

针对现有铝合金难以兼顾压铸的力学性能要求和压铸后导热性要求的问题，本发明提供了一种铝合金及其应用。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

一方面，本发明提供了一种铝合金，包括如下质量百分比的组分：

Co的含量为1.3～4％，Mg的含量为0.05～0.8％，Zn的含量为0.7～1.6％，Ni的含量为0.05～0.5％，Fe的含量为0.1～0.6％，Si的含量为0～0.1％，余量为Al及其它元素，所述其他元素的总量低于0.1％。

可选的，所述铝合金包括如下质量百分比的组分：

Co的含量为1.5～2.8％，Mg的含量为0.05～0.2％，Zn的含量为0.7～1.0％，Ni的含量为0.05～0.2％，Fe的含量为0.1～0.4％，Si的含量为0～0.05％，余量为Al及其它元素，所述其他元素的总量低于0.1％。

可选的，所述铝合金中，Co和Zn的质量百分比含量满足：2.3％＜Co+Zn＜4％。

可选的，所述铝合金中，Co的质量百分比含量大于Zn的质量百分比含量。

可选的，所述铝合金中，Ni和Fe的质量百分比含量比值满足：0.125＜Ni:Fe＜1。

可选的，所述其他元素包括Mn、Cu、Zr、Ga和Sn中的一种或多种。

可选的，所述铝合金中，Ga的质量百分比含量小于0.001％，Sn的百分比含量小于0.001％。

可选的，所述铝合金中，Mn的质量百分比含量小于0.01％，Cu的质量百分比含量小于0.01％，Zr的质量百分比含量小于0.01％。

可选的，所述铝合金的导热性大于175W/m.K，屈服强度大于80MPa，断裂延伸率大于7％。

另一方面，本发明提供了如上所述的铝合金在压铸材料中的应用。

根据本发明提供的铝合金，通过调整铝合金中各强化元素的配比控制，使的铝合金的熔体流动性和综合力学性能更佳，能够满足压铸的要求，避免压铸过程中粘模和热裂纹的工艺问题，进一步的，通过以上元素配比的铝合金能够保证在压铸后仍具有较高的导热性能，能够满足导热性要求高的散热器件或是导热结构材料的应用。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供了一种铝合金，包括如下质量百分比的组分：

在一些实施例中，所述铝合金包括如下质量百分比的组分：

在具体的实施例中，Co的含量为1.5％、1.8％、2.3％或2.8％，Mg的含量选自0.05％、0.1％、0.14％或0.2％，Zn的含量为0.7％、0.8％或1.0％，Ni的含量为0.05％、0.1％、0.15％或0.2％，Fe的含量为0.1％、0.2％、0.3％或0.4％，Si的含量为0％、0.02％、0.04％或0.05％。

在优选的实施例中，所述铝合金由以下质量百分比组分组成：

Co的含量为1.5～2.8％，Mg的含量为0.05～0.2％，Zn的含量为0.7～1.0％，Ni的含量为0.05～0.2％，Fe的含量为0.1～0.4％，Si的含量为0～0.05％，余量为Al。

本专利所涉及材料中，Zn为主要元素，但单纯Zn元素的添加作用不大，其价值需要通过Mg来提升，具有良好的综合性能，Zn与Mg结合形成MgZn₂强化相，均匀弥散的分布在晶界处，提升晶界能，提升了材料的屈服强度。

Co在铝合金的溶解度较低，但能与Al形成AlCo化合物，弥散分布于合金基体中，具有细化晶粒并提高机械强度的作用，可以提高合金压铸流动性，消除了合金压铸过程中粘模及热裂纹等工艺问题，并对热导率影响较小。

Fe在本成分中为必须添加元素，Fe的存在可以降低压铸材料的粘膜性，但Fe的加入需要适量，当超过一定含量时，此时的Fe会形成针状物，热导率瞬间大幅度降低。

Ni在本专利中除了可以提高合金强度和硬度，也起到减少对合金的熔蚀，同时又能综合Fe的有害影响，生成Al₉FeNi相，保证材料一定热导率的前提下提高强度。

Si的加入一方面可以提高材料的流动性，同时也能在不牺牲材料导热的条件下，增加材料的强度。Si可与Mg和Fe生成Mg₂Si相及Al₁₂Fe₃Si相。

需要说明的是，铝合金的力学性能和导热性效果是上述元素的综合作用结果，任一元素偏移本发明提供的范围均偏离了本发明的发明意图，导致铝合金在力学性能或导热性的降低，从而不利于高导热性的压铸材料的使用。

在一些实施例中，所述铝合金中，Co和Zn的质量百分比含量满足：2.3％＜Co+Zn＜4％。

发明人通过进一步试验发现，当材料成分中Co、Zn的质量百分比含量在2.3％＜Co+Zn＜4％范围时材料性能最佳，Zn和Co都有细化晶粒作用，二者结合生成CoZn₁₃及CoZn₉当两种成分含量小于2.3％时材料强度较低，脱模易变形，当二者含量大于4％时，材料的强度较高，但会影响热导率，虽然Zn的加入对材料强度及韧性有一定帮助，但材料流动性会大大降低，Co的加入可以与Zn结合生成提高强度的硬质相。

在更优选的实施例中，所述铝合金中，Co的质量百分比含量大于Zn的质量百分比含量。

所述铝合金中，当Co的含量要多于Zn时，Co会固溶在α铝中，增加材料的流动性，反之，当Zn的含量大于Co时，则对材料的流动性产生不利影响，不利于铝合金在压铸模具的填充。

在一些实施中，所述铝合金中，Ni和Fe的质量百分比含量比值满足：0.125＜Ni:Fe＜1。

当Ni和Fe在上述范围内时，材料中形成强度较高的α固溶体，此时Ni和Fe形成细小强化相均匀分布，在保证材料导热性能的时候，极大的提升了材料的屈服强度。

在一些实施例中，所述其他元素包括Mn、Cu、Zr、Ga和Sn中的一种或多种。

所述其他元素以杂质或额外的添加元素的形式，以低于0.1％质量百分比加入到所述铝合金中。

在一些实施例中，所述铝合金中，Ga的质量百分比含量小于0.001％，Sn的百分比含量小于0.001％。

在一些实施例中，所述铝合金中，Mn的质量百分比含量小于0.01％，Cu的质量百分比含量小于0.01％，Zr的质量百分比含量小于0.01％。

Cu在本成分中为杂质相，Al-Zn-Mg中加入Cu会使得材料中生成大量强化相，强度会有很大提升但材料热导率会大大降低，由于铜的混入，材料阳极电位受到保护，失去应有的保护作用，同时材料抗蚀性及成型性也会大大降低。

Zr、Mn元素的存在可细化晶粒大大降低材料的导热性，作为杂质相存在。Mn的加入通常生成粗大、硬脆的AlFeMnSi相，不但对材料的塑性造成极大的影响，对材料的热导率影响极大。

当将所述铝合金应用于基站产品时，为了满足铝合金铸件在基站产品的加工能力，压铸材料的屈服强度应大于80MPa，屈服强度低于80MPa时材料切削力较差将会无法加工。基站材料对导热的要求大于175W/m.k，优选的要大于180W/m.k，低于175W/m.k无法满足产品要求。铝合金的流动性对材料的成型及最终产品性能有很大的影响，流动性较差通常会导致材料无法成型及结构件内部不致密，当流动性大于90％时材料成型OK，优选的材料流动性大于93％，当流动性低于90％时材料无法成型。

本发明提供的铝合金拥有较高的导热性，且不牺牲材料流动性的条件下，可压铸和阳极氧化，保证有较好的延伸率，材料对工艺要求较低。具体的，所述铝合金的导热性大于175W/m.K，屈服强度大于80MPa，同时断裂延伸率大于7％，成型良好。

本发明的另一实施例提供了如上所述的铝合金在压铸材料中的应用。

在一些实施例中，压铸条件为：

将铝合金熔融注入到压铸模具中，材料温度670-720℃，压铸圈数5-6C，模具温度250-350℃，冷却延时3-4s，回锤延时5-6.5s，压射时间1.5s的条件下将铝合金压铸成型。

以下通过实施例对本发明进行进一步的说明。

表1各实施例和对比例中元素组成

实施例1

本实施例用于说明本发明公开的铝合金及其制备方法，包括以下操作步骤：

按表1所示，铝合金成分以质量含量计为：Co的含量为2％，Zn的含量为0.8％，Fe的含量为0.3％，Mg的含量为0.1％，Ni的含量为0.1％，根据上述铝合金成分的质量含量计算所需的各种中间合金或金属单质的质量，然后将各种中间合金或金属单质熔融混合制成铝合金铸锭。然后将铝合金铸锭经过7d自然时效后得到铝合金。

实施例2-20

实施例2-20用于说明本发明公开的铝合金及其制备方法，包括实施例1中大部分的操作步骤，其不同之处在于：

采用表1中实施例2-20所示的铝合金成分，根据铝合金成分的质量含量计算所需的各种中间合金或金属单质的质量，然后将各种中间合金或金属单质熔融混合制成铝合金铸锭。然后将铝合金铸锭经过7d自然时效后得到铝合金。对比例1

本对比例用于对比说明本发明公开的铝合金及其制备方法，包括以下操作步骤：

按表1所示，铝合金成分以质量含量计为：Co的含量为2％，Zn的含量为0.8％，Fe的含量为0.3％，Mg的含量为0.1％，Ni的含量为0.1％，Si的含量为0％，Mn的含量为0.1％，根据上述铝合金成分的质量含量计算所需的各种中间合金或金属单质的质量，然后将各种中间合金或金属单质熔融混合制成铝合金铸锭。然后将铝合金铸锭经过7d自然时效后得到铝合金。

对比例2-15

实施例2-15用于说明本发明公开的铝合金及其制备方法，包括实施例1中大部分的操作步骤，其不同之处在于：

采用表1中对比例2-15所示的铝合金成分，根据铝合金成分的质量含量计算所需的各种中间合金或金属单质的质量，然后将各种中间合金或金属单质熔融混合制成铝合金铸锭。然后将铝合金铸锭经过7d自然时效后得到铝合金。

性能测试

对上述实施例1-20和对比例1-15制备得到的铝合金进行如下性能测试：

拉伸强度测试

采用GBT 228.1-2010金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法，测试材料屈服强敌、延伸率。

热导率测试：

将铝合金制成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。

蚊香模流动性测试

测试条件:蚊香模试验，大气压铸

测试方法：在相同成型条件范围下，比较待测材料和标准材料压铸工艺下试样长度，流动率＝待测材料长度/标准材料长度，以评价材料流动成型性能。

得到的测试结果填入表2。

表2

从表2的测试结果可以看出：

对比实施例1-20和对比例1-15的测试结果可知，相对于本发明提供元素范围外的铝合金，本发明提供的铝合金具有较好的力学强度，能够满足压铸工艺的要求，同时兼顾较好的热传导性能，适用于具有较高导热要求的材料应用。

对比实施例1-9和实施例17的测试结果可知，当材料成分中Co、Zn的质量百分比含量之和大于4％时，材料的强度提高，但材料的热导率下降较大，流动性降低，压铸成型性有一定下降。

对比实施例1-9和实施例18的测试结果可知，当材料成分中Co、Zn的质量百分比含量之和小于2.3％时，材料的强度下降，脱模时易变形。

对比实施例1-9和实施例19的测试结果可知，当材料成分中Co的质量含量小于Zn的质量含量时，会导致材料熔体流动性的下降。

对比实施例1-9和实施例20的测试结果可知，当材料成分中Ni的质量含量大于Fe的质量含量时，会导致材料屈服强度的下降。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种铝合金，其特征在于，包括如下质量百分比的组分：

Co的含量为1.3～4％，Mg的含量为0.05～0.8％，Zn的含量为0.7～1.6％，Ni的含量为0.05～0.5％，Fe的含量为0.1～0.6％，Si的含量为0～0.1％，余量为Al及其它元素，所述其它元素的总量低于0.1％；

所述铝合金中，Co和Zn的质量百分比含量满足：2.3％＜Co+Zn＜4％。

2.根据权利要求1所述的铝合金，其特征在于，所述铝合金包括如下质量百分比的组分：

Co的含量为1.5～2.8％，Mg的含量为0.05～0.2％，Zn的含量为0.7～1.0％，Ni的含量为0.05～0.2％，Fe的含量为0.1～0.4％，Si的含量为0～0.05％，余量为Al及其它元素，所述其它元素的总量低于0.1％。

3.根据权利要求1所述的铝合金，其特征在于，所述铝合金中，Co的质量百分比含量大于Zn的质量百分比含量。

4.根据权利要求1所述的铝合金，其特征在于，所述铝合金中，Ni和Fe的质量百分比含量比值满足：0.125＜Ni:Fe＜1。

5.根据权利要求1所述的铝合金，其特征在于，所述其它元素包括Mn、Cu、Zr、Ga和Sn中的一种或多种。

6.根据权利要求5所述的铝合金，其特征在于，所述铝合金中，Ga的质量百分比含量小于0.001％，Sn的百分比含量小于0.001％。

7.根据权利要求5所述的铝合金，其特征在于，所述铝合金中，Mn的质量百分比含量小于0.01％，Cu的质量百分比含量小于0.01％，Zr的质量百分比含量小于0.01％。

8.根据权利要求1所述的铝合金，其特征在于，所述铝合金的导热性大于175W/m.K，屈服强度大于80MPa，断裂延伸率大于7％。

9.如权利要求1～8任意一项所述的铝合金在压铸材料中的应用。