CN113444934A - 一种高精度散热铝材的生产工艺 - Google Patents

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CN113444934A CN202110825746.6A CN202110825746A CN113444934A CN 113444934 A CN113444934 A CN 113444934A CN 202110825746 A CN202110825746 A CN 202110825746A CN 113444934 A CN113444934 A CN 113444934A
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Abstract

本发明公开了一种高精度散热铝材的生产工艺，涉及铝材生产工艺技术领域，包括模具车间工艺、熔铸车间工艺、挤压车间工艺和喷涂车间工艺。本发明通过四大部分组成的完整的生产工艺，可实现铝材的加工，熔铸车间铸造过程中炉水化学成分、铝钛硼块添加量和铸造参数的精确设定，使得铝材能够达到预期的性能指标。

Description

一种高精度散热铝材的生产工艺
技术领域
本发明涉及铝材生产工艺技术领域，具体为一种高精度散热铝材的生产工艺。
背景技术
铝合金型材是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料。纯铝的密度小，大约是铁的 1/3，熔点低，铝是面心立方结构，故具有很高的塑性，易于加工，可制成各种型材、板材；但是纯铝的强度很低，故不宜作结构材料。通过长期的生产实践和科学实验，人们逐渐以加入合金元素及运用热处理等方法来强化铝，这就得到了一系列的铝合金。添加一定元素形成的合金在保持纯铝质轻等优点的同时还能具有较高的强度，这样使得其“比强度”胜过很多合金钢，成为理想的结构材料。因此，铝合金具有密度低但强度高的特点，接近或超过优质钢，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，工业上广泛使用，使用量仅次于钢。今后几年铝合金型材将成为市场上的主流。
现阶段，随着使用场景的多元化，铝材的性能要求也越来越高，需要一种高精度散热铝材的生产工艺来使铝材满足相关性能要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高精度散热铝材的生产工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高精度散热铝材的生产工艺，包括模具车间工艺、熔铸车间工艺、挤压车间工艺和喷涂车间工艺，
所述模具车间工艺为：
1）生产前的准备：新炉和电炉长期搁置达一个月以上重新使用时，必须进行烘炉，烘炉前，应将炉灌及装料框取出；氨气贮槽输出的压力控制在0.25Mpa以内；氨气流量控制在2000-3000 L/min；
2）模具清洗：氮化工应将所需入炉的模具编号，逐个填写在氮化工艺记录本上；用36%的盐酸与水按1:10兑成水溶液，将模具放入其中浸泡十分钟后，进行清洗，清除模具表面的泥土、油污和碱等赃物；用盐酸清洗过后，把模具放入清水中再次进行清洗；将模具放入酒精溶液中浸泡10分钟后，进行清洗；
3）干燥：将酒精清洗过后的模具放在通风良好的地方进行晾干；
4）装框入炉：模具晾干后逐个按顺序摆放在料框内，模具之间应有足够的间距，保证炉内的气体上下畅通；模具的装炉量一定要控制在规定范围内，不能超重：60KW炉装炉量不大于600kg；
5）氮化：渗氮前，先向炉内通入氨气，以驱除其中的空气（排气时间20-30分钟），同时可将炉加热至不超过150℃，以防止工件氧化，使炉内空气少于10%后，即可加热至渗氮温度；氮化过程中随时观察氨气流量，每隔三十分钟做分解率一次；氮化过程中产生的废气应通入水中排走；渗氮完毕，即可切断电源，启动冷却风机；在炉内冷却过程中，应继续并加入氨气通入管内，这样保持炉内正压，防止空气渗如炉内，同时也可以降低氨气在炉内的分解率；
6）出炉：待炉内温度降至150℃以下，氨分解率降至5%时，可停止向炉内送入氨气，以空气取代之，才能取出模具，否则工件将变色，并降低渗氮质量，甚至有时会爆炸。
所述熔铸车间工艺为：
1）配料：配料所用的原铝锭、不明废料必须附有化学成分报告单方可使用；原材料必须无水、无严重污染、无其他金属合金如铁、铜等附着；所配用炉料必须准确称量，并要在配料工艺记录上如实记录；添加用镁锭必须使用小磅称量；配料计算时，应保证镁、硅比在规定的1：1.3-1.6范围内并控制杂质含量不超标，要充分考虑各元素的烧损量，按生产部的配料单称重后下料；
2）投料：投料前炉膛应清理干净，达到预热温度700℃；先将小块料、回炉料如铸余铝、棒头棒尾、挤压压余、小部分挤压头尾料等均匀装于炉底，然后再投铝锭、铝硅中间合金，以保护熔炼炉炉底；
3）熔炼：熔炼炉温≤1000℃，铝液温度720-760℃；表层金属融化后，应将未融化的铝锭，推到高温区加速融化，并均匀搅拌防止局部过热；
4）一次精炼、扒渣：精炼温度为710-750℃，精炼剂用量为4kg-6kg/T，精炼时间为20-30分钟，打渣剂用量为4kg-6kg/T，氮气压力为10MPa；精炼管插入铝液下部，距炉底100mm左右，前后左右往复平稳地缓慢移动，且由外向里循环，不留死角；
5）加镁：加镁锭时熔体温度≤730℃，加镁锭时用钟罩将镁锭迅速压入熔体中以减少烧损；
6）二次精炼、取样：精炼时间为20-30min，精炼温度为710-750℃，精炼剂用量为4-6kg/T，氮气压力为10MPa，氮气用量为1.5瓶；对熔体进行彻底搅拌使成分均匀，此时在炉内液面150mm以下分四角和中央选5点、每点不低于100克取炉前分析样，以便根据分析结果对熔液进行调整；
7）静置：静置时间20-30min，精炼完毕把浮渣扒尽；
8）铸造：炉水化学成分、铝钛硼块添加量、铸造参数分别见表1、表2和表3：
表1、炉水化学成分：
硅 镁 铁 铜 锰 锌
0.38～0.45 0.55～0.72 ≤0.3 ≤0.1 ≤0.1 ≤0.1
表2、铝钛硼块添加量：
Figure 1
表3、铸造参数：
Figure 2
铸造冷却水必须经过0.5mm滤网过滤；
9）锯切：锯切棒的外观质量要求和几何尺寸见表4和表5：
表4、锯切棒的外观质量要求：
长度 端面斜度 弯曲度 金属瘤直径 拉痕深度 拉痕宽度
-1～3mm ±2° ＜0.35mm/m ＜3mm ＜3mm ＜2mm
表5、几何尺寸：
控制项目 工 艺 要 求
长度公差 0＜L＜5mm
切斜度 0＜r≤5mm
10）装框：按次序装框，并在料框架上用粉笔标注每框的铝棒的净重、支数、长度和直径；
所述挤压车间工艺为：
1）模具加热：参数见表6：
表6、模具加热参数：
Figure DEST_PATH_IMAGE006
2）铝棒加热：参数见表7：
表7、铝棒加热参数：
Figure DEST_PATH_IMAGE008
3）料胆加热：盛锭筒加热温度（用测温器在料胆内测得的内在温度为准）控制380～430℃，此时外在温度一般达到280℃～360℃；
4）挤压：挤压前，必须将模具架中心位、料胆中心位、机杆平衡中心位(俗称三心)调整在同一中心线上，保证三心一致；挤压压力、速度及温度参数见表8：
表8、挤压压力、速度及温度参数：
Figure DEST_PATH_IMAGE010
5）冷却：需快速领却，每秒降低50-60℃；当出料长为12m时，料头温度应控制在220℃以下，出料到18m时，料头温度应在170℃以下；
6）拉伸矫直：拉伸率控制在0.5-2%，拉伸温度控制在60℃以下；
7）锯切：参数见表9：
表9、锯切参数
Figure 100002_3
8）装框：将锯切好的产品放入铁框中，搬动时要轻拿轻放，注意不要碰撞，并排放整齐；
9）时效：时效炉温度控制在200℃±10℃并保温2h-3h后方可出炉；出炉的产品自然冷却降温30min后，用硬度钳测量硬度，硬度应达到≥8hw；
所述喷涂车间工艺为：1）检测表面质量；2）打磨；3）吹风；4）脱脂；5）水洗；6）纯水洗；7）滴干；8）烘干；9）喷粉；10）固化；11）检测；12）包装。
优选的，所述喷涂车间工艺中脱脂工艺的脱脂槽参数见表10：
表10、脱脂槽参数：
Figure 9
优选的，所述喷涂车间工艺中喷粉工艺的参数见表11：
表11、喷粉参数：
链速（m/min） 静电压(kv) 气压(bar) 电流(Ua)
2-4 40-80 4-6（30％-60％） 8-30
优选的，所述喷涂车间工艺中固化条件为：表面温度185-230℃，时间15-20分钟（依据链速和涂料性能决定）。
优选的，所述喷涂车间工艺中的包装工艺为：贴膜时按照装饰面选取合适的保护膜，保护膜必须全部紧贴在型材上，贴膜机速度一般控制在3～6米/秒；套收缩膜产品在过机时温度必须控制在200～300℃，以保证收缩后的产品外观效果。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过模具车间工艺、熔铸车间工艺、挤压车间工艺和喷涂车间工艺四大部分组成的完整的生产工艺，可实现铝材的加工，熔铸车间铸造过程中炉水化学成分、铝钛硼块添加量和铸造参数的精确设定，使得铝材能够达到预期的性能指标。
附图说明
图1为本发明的工艺总体流程图；
图2为本发明的模具车间工艺流程图；
图3为本发明的熔铸车间工艺流程图；
图4为本发明的挤压车间工艺流程图；
图5为本发明的喷涂车间工艺流程图；。
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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。
请参阅图1-5，本发明提供一种技术方案：一种高精度散热铝材的生产工艺，包括模具车间工艺、熔铸车间工艺、挤压车间工艺和喷涂车间工艺，
模具车间工艺为：
1）生产前的准备：新炉和电炉长期搁置达一个月以上重新使用时，必须进行烘炉，烘炉前，应将炉灌及装料框取出；氨气贮槽输出的压力控制在0.25Mpa以内；氨气流量控制在2000-3000 L/min；
2）模具清洗：氮化工应将所需入炉的模具编号，逐个填写在氮化工艺记录本上；用36%的盐酸与水按1:10兑成水溶液，将模具放入其中浸泡十分钟后，进行清洗，清除模具表面的泥土、油污和碱等赃物；用盐酸清洗过后，把模具放入清水中再次进行清洗；将模具放入酒精溶液中浸泡10分钟后，进行清洗；
3）干燥：将酒精清洗过后的模具放在通风良好的地方进行晾干；
4）装框入炉：模具晾干后逐个按顺序摆放在料框内，模具之间应有足够的间距，保证炉内的气体上下畅通；模具的装炉量一定要控制在规定范围内，不能超重：60KW炉装炉量不大于600kg；
5）氮化：渗氮前，先向炉内通入氨气，以驱除其中的空气（排气时间20-30分钟），同时可将炉加热至不超过150℃，以防止工件氧化，使炉内空气少于10%后，即可加热至渗氮温度；氮化过程中随时观察氨气流量，每隔三十分钟做分解率一次；氮化过程中产生的废气应通入水中排走；渗氮完毕，即可切断电源，启动冷却风机；在炉内冷却过程中，应继续并加入氨气通入管内，这样保持炉内正压，防止空气渗如炉内，同时也可以降低氨气在炉内的分解率；
6）出炉：待炉内温度降至150℃以下，氨分解率降至5%时，可停止向炉内送入氨气，以空气取代之，才能取出模具，否则工件将变色，并降低渗氮质量，甚至有时会爆炸。
熔铸车间工艺为：
1）配料：配料所用的原铝锭、不明废料必须附有化学成分报告单方可使用；原材料必须无水、无严重污染、无其他金属合金如铁、铜等附着；所配用炉料必须准确称量，并要在配料工艺记录上如实记录；添加用镁锭必须使用小磅称量；配料计算时，应保证镁、硅比在规定的1：1.3-1.6范围内并控制杂质含量不超标，要充分考虑各元素的烧损量。按生产部的配料单称重后下料；
2）投料：投料前炉膛应清理干净，达到预热温度700℃；先将小块料、回炉料如铸余铝、棒头棒尾、挤压压余、小部分挤压头尾料等均匀装于炉底，然后再投铝锭、铝硅中间合金，以保护熔炼炉炉底；
3）熔炼：熔炼炉温≤1000℃，铝液温度720-760℃；表层金属融化后，应将未融化的铝锭，推到高温区加速融化，并均匀搅拌防止局部过热；
4）一次精炼、扒渣：精炼温度为710-750℃，精炼剂用量为4kg-6kg/T，精炼时间为20-30分钟，打渣剂用量为4kg-6kg/T，氮气压力为10MPa；精炼管插入铝液下部，距炉底100mm左右，前后左右往复平稳地缓慢移动，且由外向里循环，不留死角；
5）加镁：加镁锭时熔体温度≤730℃，加镁锭时用钟罩将镁锭迅速压入熔体中以减少烧损；
6）二次精炼、取样：精炼时间为20-30min，精炼温度为710-750℃，精炼剂用量为4-6kg/T，氮气压力为10MPa，氮气用量为1.5瓶；对熔体进行彻底搅拌使成分均匀，此时在炉内液面150mm以下分四角和中央选5点、每点不低于100克取炉前分析样，以便根据分析结果对熔液进行调整；
7）静置：静置时间20-30min，精炼完毕把浮渣扒尽；
8）铸造：炉水化学成分、铝钛硼块添加量、铸造参数分别见表1、表2和表3：
表1、炉水化学成分：
硅 镁 铁 铜 锰 锌
0.38～0.45 0.55～0.72 ≤0.3 ≤0.1 ≤0.1 ≤0.1
表2、铝钛硼块添加量：
Figure 100002_4
表3、铸造参数：
Figure 100002_5
铸造冷却水必须经过0.5mm滤网过滤；
9）锯切：锯切棒的外观质量要求和几何尺寸见表4和表5：
表4、锯切棒的外观质量要求：
长度 端面斜度 弯曲度 金属瘤直径 拉痕深度 拉痕宽度
-1～3mm ±2° ＜0.35mm/m ＜3mm ＜3mm ＜2mm
表5、几何尺寸：
控制项目 工 艺 要 求
长度公差 0＜L＜5mm
切斜度 0＜r≤5mm
10）装框：按次序装框，并在料框架上用粉笔标注每框的铝棒的净重、支数、长度和直径；
挤压车间工艺为：
1）模具加热：参数见表6：
表6、模具加热参数：
Figure DEST_PATH_IMAGE006A
2）铝棒加热：参数见表7：
表7、铝棒加热参数：
Figure DEST_PATH_IMAGE008A
3）料胆加热：盛锭筒加热温度（用测温器在料胆内测得的内在温度为准）控制380～430℃，此时外在温度一般达到280℃～360℃；
4）挤压：挤压前，必须将模具架中心位、料胆中心位、机杆平衡中心位(俗称三心)调整在同一中心线上，保证三心一致；挤压压力、速度及温度参数见表8：
表8、挤压压力、速度及温度参数：
Figure DEST_PATH_IMAGE010A
5）冷却：需快速领却，每秒降低50-60℃；当出料长为12m时，料头温度应控制在220℃以下，出料到18m时，料头温度应在170℃以下；
6）拉伸矫直：拉伸率控制在0.5-2%，拉伸温度控制在60℃以下；
7）锯切：参数见表9：
表9、锯切参数
Figure 100002_6
8）装框：将锯切好的产品放入铁框中，搬动时要轻拿轻放，注意不要碰撞，并排放整齐；
9）时效：时效炉温度控制在200℃±10℃并保温2h-3h后方可出炉；出炉的产品自然冷却降温30min后，用硬度钳测量硬度，硬度应达到≥8hw；
喷涂车间工艺为：1）检测表面质量；2）打磨；3）吹风；4）脱脂；5）水洗；6）纯水洗；7）滴干；8）烘干；9）喷粉；10）固化；11）检测；12）包装。
喷涂车间工艺中脱脂工艺的脱脂槽参数见表10：
表10、脱脂槽参数：
Figure 10
喷涂车间工艺中喷粉工艺的参数见表11：
表11、喷粉参数：
链速（m/min） 静电压(kv) 气压(bar) 电流(Ua)
2-4 40-80 4-6（30％-60％） 8-30
喷涂车间工艺中固化条件为：表面温度185-230℃，时间15-20分钟（依据链速和涂料性能决定）。
喷涂车间工艺中的包装工艺为：贴膜时按照装饰面选取合适的保护膜，保护膜必须全部紧贴在型材上，贴膜机速度一般控制在3～6米/秒；套收缩膜产品在过机时温度必须控制在200～300℃，以保证收缩后的产品外观效果。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种高精度散热铝材的生产工艺，包括模具车间工艺、熔铸车间工艺、挤压车间工艺和喷涂车间工艺，其特征在于：
所述模具车间工艺为：
1）生产前的准备：新炉和电炉长期搁置达一个月以上重新使用时，必须进行烘炉，烘炉前，应将炉灌及装料框取出；氨气贮槽输出的压力控制在0.25Mpa以内；氨气流量控制在2000-3000 L/min；
2）模具清洗：氮化工应将所需入炉的模具编号，逐个填写在氮化工艺记录本上；用36%的盐酸与水按1:10兑成水溶液，将模具放入其中浸泡十分钟后，进行清洗，清除模具表面的泥土、油污和碱等赃物；用盐酸清洗过后，把模具放入清水中再次进行清洗；将模具放入酒精溶液中浸泡10分钟后，进行清洗；
3）干燥：将酒精清洗过后的模具放在通风良好的地方进行晾干；
4）装框入炉：模具晾干后逐个按顺序摆放在料框内，模具之间应有足够的间距；模具的装炉量一定要控制在规定范围内，不能超重：60KW炉装炉量不大于600kg；
5）氮化：渗氮前，先向炉内通入氨气（排气时间20-30分钟），同时可将炉加热至不超过150℃，使炉内空气少于10%后，即可加热至渗氮温度；氮化过程中随时观察氨气流量，每隔三十分钟做分解率一次；氮化过程中产生的废气应通入水中排走；渗氮完毕，即可切断电源，启动冷却风机；在炉内冷却过程中，应继续并加入氨气通入管内；
6）出炉：待炉内温度降至150℃以下，氨分解率降至5%时，可停止向炉内送入氨气，以空气取代之，才能取出模具；
所述熔铸车间工艺为：
1）配料：配料所用的原铝锭、不明废料必须附有化学成分报告单方可使用；原材料必须无水、无严重污染、无其他金属合金如铁、铜等附着；所配用炉料必须准确称量，并要在配料工艺记录上如实记录；添加用镁锭必须使用小磅称量；配料计算时，应保证镁、硅比在规定的1：1.3-1.6范围内并控制杂质含量不超标，要充分考虑各元素的烧损量，按生产部的配料单称重后下料；
2）投料：投料前炉膛应清理干净，达到预热温度700℃；先将小块料、回炉料如铸余铝、棒头棒尾、挤压压余、小部分挤压头尾料等均匀装于炉底，然后再投铝锭、铝硅中间合金；
3）熔炼：熔炼炉温≤1000℃，铝液温度720-760℃；表层金属融化后，应将未融化的铝锭，推到高温区加速融化，并均匀搅拌；
4）一次精炼、扒渣：精炼温度为710-750℃，精炼剂用量为4kg-6kg/T，精炼时间为20-30分钟，打渣剂用量为4kg-6kg/T，氮气压力为10MPa；精炼管插入铝液下部，距炉底100mm左右，前后左右往复平稳地缓慢移动，且由外向里循环，不留死角；
5）加镁：加镁锭时熔体温度≤730℃，加镁锭时用钟罩将镁锭迅速压入熔体中；
6）二次精炼、取样：精炼时间为20-30min，精炼温度为710-750℃，精炼剂用量为4-6kg/T，氮气压力为10MPa，氮气用量为1.5瓶；对熔体进行彻底搅拌使成分均匀，此时在炉内液面150mm以下分四角和中央选5点、每点不低于100克取炉前分析样；
7）静置：静置时间20-30min，精炼完毕把浮渣扒尽；
8）铸造：炉水化学成分、铝钛硼块添加量、铸造参数分别见表1、表2和表3：
表1、炉水化学成分：
硅 镁 铁 铜 锰 锌 0.38～0.45 0.55～0.72 ≤0.3 ≤0.1 ≤0.1 ≤0.1
表2、铝钛硼块添加量：
Figure 3
表3、铸造参数：
Figure 4
铸造冷却水必须经过0.5mm滤网过滤；
9）锯切：锯切棒的外观质量要求和几何尺寸见表4和表5：
表4、锯切棒的外观质量要求：
长度 端面斜度 弯曲度 金属瘤直径 拉痕深度 拉痕宽度 -1～3mm ±2° ＜0.35mm/m ＜3mm ＜3mm ＜2mm
表5、几何尺寸：
控制项目 工 艺 要 求 长度公差 0＜L＜5mm 切斜度 0＜r≤5mm
10）装框：按次序装框，并在料框架上用粉笔标注每框的铝棒的净重、支数、长度和直径；
所述挤压车间工艺为：
1）模具加热：参数见表6：
表6、模具加热参数：
Figure 8321DEST_PATH_IMAGE006
2）铝棒加热：参数见表7：
表7、铝棒加热参数：
Figure 13317DEST_PATH_IMAGE008
3）料胆加热：盛锭筒加热温度（用测温器在料胆内测得的内在温度为准）控制380～430℃，此时外在温度一般达到280℃～360℃；
4）挤压：挤压前，必须将模具架中心位、料胆中心位、机杆平衡中心位(俗称三心)调整在同一中心线上，保证三心一致；挤压压力、速度及温度参数见表8：
表8、挤压压力、速度及温度参数：
Figure 719367DEST_PATH_IMAGE010
5）冷却：需快速领却，每秒降低50-60℃；当出料长为12m时，料头温度应控制在220℃以下，出料到18m时，料头温度应在170℃以下；
6）拉伸矫直：拉伸率控制在0.5-2%，拉伸温度控制在60℃以下；
7）锯切：参数见表9：
表9、锯切参数
Figure 5
8）装框：将锯切好的产品放入铁框中，搬动时要轻拿轻放，注意不要碰撞，并排放整齐；
9）时效：时效炉温度控制在200℃±10℃并保温2h-3h后方可出炉；出炉的产品自然冷却降温30min后，用硬度钳测量硬度，硬度应达到≥8hw；
所述喷涂车间工艺为：1）检测表面质量；2）打磨；3）吹风；4）脱脂；5）水洗；6）纯水洗；7）滴干；8）烘干；9）喷粉；10）固化；11）检测；12）包装。
2.根据权利要求1所述的一种高精度散热铝材的生产工艺，其特征在于：所述喷涂车间工艺中脱脂工艺的脱脂槽参数见表10：
表10、脱脂槽参数：
Figure 6
。
3.根据权利要求1所述的一种高精度散热铝材的生产工艺，其特征在于：所述喷涂车间工艺中喷粉工艺的参数见表11：
表11、喷粉参数：
链速（m/min） 静电压(kv) 气压(bar) 电流(Ua) 2-4 40-80 4-6（30％-60％） 8-30
。
4.根据权利要求1所述的一种高精度散热铝材的生产工艺，其特征在于：所述喷涂车间工艺中固化条件为：表面温度185-230℃，时间15-20分钟（依据链速和涂料性能决定）。
5.根据权利要求1所述的一种高精度散热铝材的生产工艺，其特征在于：所述喷涂车间工艺中的包装工艺为：贴膜时按照装饰面选取合适的保护膜，保护膜必须全部紧贴在型材上，贴膜机速度一般控制在3～6米/秒；套收缩膜产品在过机时温度必须控制在200～300℃，以保证收缩后的产品外观效果。
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