CN113073240A - 一种铸造性能优异的高强高导热铝合金材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种铸造性能优异的高强高导热铝合金材料，该铝合金材料按质量百分比包括以下成分：Si：11.0～14.0％、Mg：0.8～1.5％、B：≤0.03％，Fe：0.7～0.9％、Zn：0.8～1.5％，Sr：0.01～0.04％，余量为Al。本发明的铝合金材料中添加了强化元素镁、锌；添加了硼，使得影响热导率的钛、钒和铬杂质变成硼化物沉降，在熔铸过程中能有效地减少杂质；添加了锶，使硅由针片状变成短杆状和球状，提高热导率和延伸率。将铝合金材料制成压铸手机中板后，进行热加工(热整形温度：220℃‑300℃，时间10‑20s，气压≤8个大气压)，会有效发挥Mg2Si和Mg2Zn的强化作用，使得抗拉强度≥350MPa，屈服强度≥240Mpa，延伸率≥3.3％，热导率≥160W/m*k，适合手机、基站等薄壁部件和复杂部件的压铸成型。

Description

一种铸造性能优异的高强高导热铝合金材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及铝合金材料技术领域，特别涉及一种铸造性能优异的高强高导热铝合金材料及其制备方法。
背景技术
5G通讯的应用，需要材料的热导性能高，轻量化需要强度高的材质。基站滤波器的散热筋板越来越多、齿高越来越高以及越来越薄，因此迫切需要一种铸造性能优异的高强高导热铝合金材料。
现有的采用的ADC12铝合金铸造性能好，抗拉强度≥228Mpa，屈服强度153Mpa，延伸率≥1.4％，热导率≥96W/m*k，加工效率高，成本低，但是强度与热导率较差。高档手机和通讯基站使用6061-T6热处理后的铝板，使用CNC加工，加工周期长，效率低，成本高，抗拉强度≥310Mpa，屈服强度≥276Mpa，延伸率≥12％，热导率≥167W/m*k。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种铸造性能优异的高强高导热铝合金材料，在熔铸过程中能有效地减少杂质，高热导率和延伸率，适合手机、基站等薄壁部件和复杂部件的压铸成型。
本发明是这样实现的，一方面提供一种铸造性能优异的高强高导热铝合金材料，该铝合金材料按质量百分比包括以下成分：Si：11.0～14.0％、Mg：0.8～1.5％、B：≤0.03％，Fe：0.7～0.9％、Zn：0.8～1.5％，Sr：0.01～0.04％，余量为Al。
在一些实施例中，所述Si、Mg和Zn以单质的形式添加，形成Mg2 Si和Mg2 Zn二元析出相。
在一些实施例中，所述B、Sr以中间铝合金形式进行添加，具体采用Al-4B、Al-10Sr中间合金。
在一些实施例中，所述Fe以金属粉末添加剂形式加入。
另一方面提供该铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：将第一批纯铝锭投入到熔炉中加热熔化，熔炉中的铝液在850℃～900℃时加入金属硅进行混合搅拌，再依次加入铝硼中间合金、铁添加剂和锌锭，混合后得到合金熔体；
S2：将第二批纯铝锭加入到熔炉中，熔炉中的铝液在720℃～740℃时，加入纯镁锭，待完全融化后，搅拌均匀，然后使用无钠精炼剂进行精炼，得到精炼后的合金熔体；
S3：对精炼后的合金熔体取样化验，当钛、锰、钒和铬相加的质量百分比大于0.02％时，静置40min，生成硼化物进行沉降，当钛、锰、钒和铬相加的质量百分比小于等于0.02％时，加铝锶中间合金变质处理，静置15min，加铝锶中间合金后，采用气体精炼，用于保护锶的变质效果；
S4：变质处理后的合金熔体进行扒渣，再取样使用光谱分析仪进行元素分析，成分的质量百分比符合要求后进行模具浇铸，模具的流槽包括沉降池，用于沉降物的沉降和清理。
在一些实施例中，所述S1中铝硼中间合金在熔铸的过程中生成硼化物，将杂质钛、钒和铬沉降下去，提升热导率。
在一些实施例中，所述S2中的无钠精练剂用于防止干扰锶变质。
在一些实施例中，所述气体精炼采用惰性气体。
在一些实施例中，所述S4中得到的铝合金铸锭在680-710℃再次熔化并保温，然后注入压铸模具，压模得到手机中板。
在一些实施例中，所述压铸模具表面预先保持温度为200-230℃，熔融的铝合金液通过高速、高温高压的瞬间快速冷却成型。
在一些实施例中，所述手机中板的抗拉强度≥350MPa，屈服强度≥240Mpa，延伸率≥3.3％，热导率≥160W/m*k。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：本发明的材料加工效率高，成本低，强度与热导率与6061铝合金相近，本发明材料含硅量比ADC12铝合金高，压铸时铝液由液相向固相转变时，放出大量热量，促使铝液在模腔流动。添加了强化元素镁、锌；添加了硼，使得影响热导率的锰、钒和铬杂质变成硼化物沉降，在熔铸过程中能有效地减少杂质；添加了锶，其变质作用，使硅由针片状变成短杆状和球状，提高热导率和延伸率，将铝合金材料制成压铸手机中板后，进行热加工(热整形温度：220℃-300℃，时间10-20s，气压≤8个大气压)，会有效发挥Mg2 Si和Mg2 Zn的强化作用，使得抗拉强度≥350Mpa，屈服强度≥240Mpa，延伸率≥3.3％，热导率≥160W/m*k，适合手机、基站等薄壁部件和复杂部件的压铸成型。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种铸造性能优异的高强高导热铝合金材料的制备方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1
如图1所示，一种铸造性能优异的高强高导热铝合金材料，该铝合金材料按质量百分比包括以下成分：Si：11.0％、Mg：0.8％、B：0.01％，Fe：0.7％、Zn：0.8％，Sr：0.01％，余量为Al。
所述Si、Mg和Zn以单质的形式添加，形成Mg2 Si和Mg2 Zn二元析出相。
所述B、Sr以中间铝合金形式进行添加，具体采用Al-4B、Al-10Sr中间合金。
所述Fe以金属粉末添加剂形式加入。
该铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：将第一批纯铝锭投入到熔炉中加热熔化，熔炉中的铝液在850℃～900℃时加入金属硅进行混合搅拌，再依次加入铝硼中间合金、铁添加剂和锌锭，混合后得到合金熔体；
S2：将第二批纯铝锭加入到熔炉中，熔炉中的铝液在720℃～740℃时，加入纯镁锭，待完全融化后，搅拌均匀，然后使用无钠精炼剂进行精炼，得到精炼后的合金熔体；
S3：对精炼后的合金熔体取样化验，当钛、锰、钒和铬相加的质量百分比大于0.02％时，静置40min，生成硼化物进行沉降，当钛、锰、钒和铬相加的质量百分比小于等于0.02％时，加铝锶中间合金变质处理，静置15min，加铝锶中间合金后，采用气体精炼，用于保护锶的变质效果；
S4：变质处理后的合金熔体进行扒渣，再取样使用光谱分析仪进行元素分析，成分的质量百分比符合要求后进行模具浇铸，模具的流槽包括沉降池，用于沉降物的沉降和清理。
所述S1中铝硼中间合金在熔铸的过程中生成硼化物，将杂质钛、钒和铬沉降下去，提升热导率。
所述S2中的无钠精练剂用于防止干扰锶变质。
所述气体精炼采用惰性气体。
所述S4中得到的铝合金铸锭在680-710℃再次熔化并保温，然后注入压铸模具，压模得到手机中板。
所述压铸模具表面预先保持温度为200-230℃，熔融的铝合金液通过高速、高温高压的瞬间快速冷却成型。
所述手机中板的抗拉强度≥350MPa，屈服强度≥240Mpa，延伸率≥3.3％，热导率≥160W/m*k。
实施例2
如图1所示，一种铸造性能优异的高强高导热铝合金材料，该铝合金材料按质量百分比包括以下成分：Si：12.5％、Mg：1.15％、B：0.02％，Fe：0.8％、Zn：1.15％，Sr：0.03％，余量为Al。
所述Si、Mg和Zn以单质的形式添加，形成Mg2 Si和Mg2 Zn二元析出相。
所述B、Sr以中间铝合金形式进行添加，具体采用Al-4B、Al-10Sr中间合金。
所述Fe以金属粉末添加剂形式加入。
该铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：将第一批纯铝锭投入到熔炉中加热熔化，熔炉中的铝液在850℃～900℃时加入金属硅进行混合搅拌，再依次加入铝硼中间合金、铁添加剂和锌锭，混合后得到合金熔体；
S2：将第二批纯铝锭加入到熔炉中，熔炉中的铝液在720℃～740℃时，加入纯镁锭，待完全融化后，搅拌均匀，然后使用无钠精炼剂进行精炼，得到精炼后的合金熔体；
S3：对精炼后的合金熔体取样化验，当钛、锰、钒和铬相加的质量百分比大于0.02％时，静置40min，生成硼化物进行沉降，当钛、锰、钒和铬相加的质量百分比小于等于0.02％时，加铝锶中间合金变质处理，静置15min，加铝锶中间合金后，采用气体精炼，用于保护锶的变质效果；
S4：变质处理后的合金熔体进行扒渣，再取样使用光谱分析仪进行元素分析，成分的质量百分比符合要求后进行模具浇铸，模具的流槽包括沉降池，用于沉降物的沉降和清理。
所述S1中铝硼中间合金在熔铸的过程中生成硼化物，将杂质钛、钒和铬沉降下去，提升热导率。
所述S2中的无钠精练剂用于防止干扰锶变质。
所述气体精炼采用惰性气体。
所述S4中得到的铝合金铸锭在680-710℃再次熔化并保温，然后注入压铸模具，压模得到手机中板。
所述压铸模具表面预先保持温度为200-230℃，熔融的铝合金液通过高速、高温高压的瞬间快速冷却成型。
所述手机中板的抗拉强度≥350MPa，屈服强度≥240Mpa，延伸率≥3.3％，热导率≥160W/m*k。
实施例3
如图1所示，一种铸造性能优异的高强高导热铝合金材料，该铝合金材料按质量百分比包括以下成分：Si：14.0％、Mg：1.5％、B：0.03％，Fe：0.9％、Zn：1.5％，Sr：0.04％，余量为Al。
所述Si、Mg和Zn以单质的形式添加，形成Mg2 Si和Mg2 Zn二元析出相。
所述B、Sr以中间铝合金形式进行添加，具体采用Al-4B、Al-10Sr中间合金。
所述Fe以金属粉末添加剂形式加入。
该铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：将第一批纯铝锭投入到熔炉中加热熔化，熔炉中的铝液在850℃～900℃时加入金属硅进行混合搅拌，再依次加入铝硼中间合金、铁添加剂和锌锭，混合后得到合金熔体；
S2：将第二批纯铝锭加入到熔炉中，熔炉中的铝液在720℃～740℃时，加入纯镁锭，待完全融化后，搅拌均匀，然后使用无钠精炼剂进行精炼，得到精炼后的合金熔体；
S3：对精炼后的合金熔体取样化验，当钛、锰、钒和铬相加的质量百分比大于0.02％时，静置40min，生成硼化物进行沉降，当钛、锰、钒和铬相加的质量百分比小于等于0.02％时，加铝锶中间合金变质处理，静置15min，加铝锶中间合金后，采用气体精炼，用于保护锶的变质效果；
S4：变质处理后的合金熔体进行扒渣，再取样使用光谱分析仪进行元素分析，成分的质量百分比符合要求后进行模具浇铸，模具的流槽包括沉降池，用于沉降物的沉降和清理。
所述S1中铝硼中间合金在熔铸的过程中生成硼化物，将杂质钛、钒和铬沉降下去，提升热导率。
所述S2中的无钠精练剂用于防止干扰锶变质。
所述气体精炼采用惰性气体。
所述S4中得到的铝合金铸锭在680-710℃再次熔化并保温，然后注入压铸模具，压模得到手机中板。
所述压铸模具表面预先保持温度为200-230℃，熔融的铝合金液通过高速、高温高压的瞬间快速冷却成型。
所述手机中板的抗拉强度≥350MPa，屈服强度≥240Mpa，延伸率≥3.3％，热导率≥160W/m*k。
实验例
通过对实施例1-3所得铝合金铸锭加工成手机中板、ADC12铝合金加工的手机中板以及6061-T6铝合金加工的手机中板的性能进行测试，其中，实施例1-3的实验数据取平均值，各中板的尺寸一致，得到以下数据：
Figure BDA0002985977070000071
对比以上结果可知，本发明材料相较于ADC12在抗拉强度、屈服强度、延伸率以及热导率均显著提升，与6061-T6相比较，抗拉强度更高，加工效率更高，加工成本更低。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：本发明的材料加工效率高，成本低，强度与热导率与6061铝合金相近，本发明材料含硅量比ADC12铝合金高，压铸时铝液由液相向固相转变时，放出大量热量，促使铝液在模腔流动。添加了强化元素镁、锌；添加了硼，使得影响热导率的钛、钒和铬杂质变成硼化物沉降，在熔铸过程中能有效地减少杂质；添加了锶，其变质作用，使硅由针片状变成短杆状和球状，提高热导率和延伸率，将铝合金材料制成压铸手机中板后，进行热加工(热整形温度：220℃-300℃，时间10-20s，气压≤8个大气压)，会有效发挥Mg2 Si和Mg2 Zn的强化作用，使得抗拉强度≥350MPa，屈服强度≥240Mpa，延伸率≥3.3％，热导率≥160W/m*k，适合手机、基站等薄壁部件和复杂部件的压铸成型。
以上是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种铸造性能优异的高强高导热铝合金材料，其特征在于，该铝合金材料按质量百分比包括以下成分：Si：11.0～14.0％、Mg：0.8～1.5％、B：≤0.03％，Fe：0.7～0.9％、Zn：0.8～1.5％，Sr：0.01～0.04％，余量为Al。
2.根据权利要求1所述的铸造性能优异的高强高导热铝合金材料，其特征在于，所述Si、Mg和Zn以单质的形式添加，形成Mg2Si和Mg2Zn二元析出相。
3.根据权利要求1所述的铸造性能优异的高强高导热铝合金材料，其特征在于，所述B、Sr以中间铝合金形式进行添加，具体采用Al-4B、Al-10Sr中间合金。
4.根据权利要求1所述的铸造性能优异的高强高导热铝合金材料，其特征在于，所述Fe以金属粉末添加剂形式加入。
5.根据权利要求1-4所述的铸造性能优异的高强高导热铝合金材料，其特征在于，该铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：将第一批纯铝锭投入到熔炉中加热熔化，熔炉中的铝液在850℃～900℃时加入金属硅进行混合搅拌，再依次加入铝硼中间合金、铁添加剂和锌锭，混合后得到合金熔体；
S2：将第二批纯铝锭加入到熔炉中，熔炉中的铝液在720℃～740℃时，加入纯镁锭，待完全融化后，搅拌均匀，然后使用无钠精炼剂进行精炼，得到精炼后的合金熔体；
S3：对精炼后的合金熔体取样化验，当钛、锰、钒和铬相加的质量百分比大于0.02％时，静置40min，生成硼化物进行沉降，当钛、锰、钒和铬相加的质量百分比小于等于0.02％时，加铝锶中间合金变质处理，静置15min，加铝锶中间合金后，采用气体精炼，用于保护锶的变质效果；
S4：变质处理后的合金熔体进行扒渣，再取样使用光谱分析仪进行元素分析，成分的质量百分比符合要求后进行模具浇铸，模具的流槽包括沉降池，用于沉降物的沉降和清理。
6.根据权利要求5所述的铸造性能优异的高强高导热铝合金材料的制备方法，其特征在于，所述S1中铝硼中间合金在熔铸的过程中生成硼化物，将杂质钛、钒和铬沉降下去，提升热导率。
7.根据权利要求5所述的一种铸造性能优异的高强高导热铝合金材料，其特征在于，所述S2中的无钠精练剂用于防止干扰锶变质。
8.根据权利要求5所述的一种铸造性能优异的高强高导热铝合金材料，其特征在于，所述气体精炼采用惰性气体。
9.根据权利要求5所述的一种铸造性能优异的高强高导热铝合金材料，其特征在于，所述S4中得到的铝合金铸锭在680-710℃再次熔化并保温，然后注入压铸模具，压模得到手机中板。
10.根据权利要求9所述的一种铸造性能优异的高强高导热铝合金材料，其特征在于，所述压铸模具表面预先保持温度为200-230℃，熔融的铝合金液通过高速、高温高压的瞬间快速冷却成型。
11.根据权利要求9所述的一种铸造性能优异的高强高导热铝合金材料，其特征在于，所述手机中板的抗拉强度≥350MPa，屈服强度≥240Mpa，延伸率≥3.3％，热导率≥160W/m*k。
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