CN113481395A - 一种改进铸造Al-Si系合金导热性能的复合处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于铸造铝合金的技术领域，公开了一种改进铸造Al‑Si系合金导热性能的复合处理方法。方法：1)制备铝合金熔体；2)向熔体中依次加入Al‑B、Al‑La、Al‑Ce和Al‑Sr中间合金或依次加入Al‑B、Al‑La、Al‑Sr和Al‑Ce中间合金复合变质处理；3)精炼除渣，铸造成型，得铸造铝合金；铸造铝合金各成分及质量百分含量：Si：5～12％，Fe：0～1.5％，Zn：0～1.5％，Al余量，B：0.08～0.15％，La：0.05～0.1％，Ce：0.3～0.7％，Sr：0.05％～0.1％。本发明的方法在提升合金力学性能的前提下，进一步显著提升铸造铝合金的导热性能。

Description

一种改进铸造Al-Si系合金导热性能的复合处理方法

技术领域

本发明属于铸造铝合金的技术领域，具体涉及一种改进铸造Al-Si系合金导热性能和力学性能的复合处理方法。

背景技术

在5G无线通讯系统中，无线信号的传递和输送主要是通过室外基站上的有源天线单元(Active Antenna Unit,AAU)来实现。AAU内外没有风扇，密封壳体只有依靠传导、对流和辐射来进行换热，如散热不良，会导致内部器件工作不稳定，并造成信号传输不稳定，缩短设备的使用寿命。5G通讯系统把4G通讯系统的远程射频单元(Remote radio unit,RRU)和天线融合组成AAU，因此AAU功耗显著高于RRU，设备单位体积的散热也随之增加。同时，基站往往建于野外环境，一些基站处于山高林密、交通不便的环境，制造基站部件的材料需要具备轻质高强的特性。此外，新能源汽车上的很多部件也都需要使用轻质高强的高导热材料，如热泵空调壳体、电机壳体、电池壳体等散热结构件。这些部件由于形状复杂，大都使用铸造法加工成型。

在常用的金属材料中，轻质的铝合金材料具有导热系数高(238W/(m·K))、密度低、比强度高、机加工性能好、表面美观且耐腐蚀等优点。此外，相较于铜及铜合金，铝合金还具有显著的价格优势。Al-Si系铸造铝合金铸造性能优异，制造成本低，可用于铸造形状复杂的零部件，因此非常适合用于制造对导热性要求较高的AAU密封壳体和新能源汽车散热结构件。目前，最常用的商用铸造铝合金中Si的含量都达到或超过7wt.％，且合金中含有较高的Fe含量，如A356、A357、ADC12等。Si含量较高会导致铝合金中析出大量的片状共晶Si相，这会显著恶化合金的导热性能和力学性能。此外，亚共晶Al-Si系合金中初生α-Al以粗大的枝晶形态存在，这也恶化了合金的力学性能。为了改善铸件的脱模性能，Al-Si系合金中往往会加入一定量的Fe元素，但这会导致针片状富铁相的析出，并降低合金的导热系数和力学性能。

为了改善Al-Si系合金的导热系数和力学性能，一些变质工艺通过改善合金的微观组织来同步提升合金的导热系数和力学性能。专利《一种半固态压铸高导热铝合金及其压铸方法》(申请号：201810095462.4)提出了一种变质工艺和热处理工艺，该发明所生产的热处理态Al-7Si系铝合金最大导热系数为168.9W/(m·K)。然而，该发明需要使用较为昂贵的Yb、Te和Be等元素，其中Te和Be这两种重金属对人体有一定毒性，这在很大程度上限制了该发明的应用。此外，该发明是利用半固态成型工艺生产压铸件，需要专用设备，工艺控制难度大。另外，该发明只有在对铸件进行高温热处理后才能获得最大导热系数，这既增加了制造成本，也易导致铸件形状变形。这在很大程度上限制了该发明用于生产形状复杂，尺寸精度较高的铸件。

专利《一种压铸用高强高韧高导热铝合金》(申请号：201910094538.6)提出了一种成份控制和变质工艺，通过该变质处理改善其强度和导热性能，其导热系数最大仅为145W/(m·K)。该发明使用了两种变质剂(Sr和(La+Ce)混合稀土)对铝合金进行变质处理。相较于未变质处理的合金，变质处理合金的导热系数和抗拉强度最大分别提升了11.5％和1.44％，提升幅度并不显著。专利《一种同时改善压铸铝合金导热和力学性能的复合处理方法》(申请号：201811481040.7)公开了一种基于同时改善压铸铝合金导热和力学性能的复合处理方法，该方法可同步显著提升压铸铝合金的导热和力学性能，但该方法针对力学性能较低的Al-7Si-0.8Fe合金，经复合变质处理后其导热系数最高也仅有161W/(m·K)。专利《一种高导热耐蚀铸造铝合金及其制备方法》(申请号：201811481062.3)公开了一种含Zn的高导热压铸铝合金，经复合变质处理后其铸态条件下的导热系数最高也仅有160W/(m·K)，经退火处理后导热系数可超过170W/(m·K)。但退火处理会增加生产工序，导致生产成本提升。从实际需求来看，若直接获得铸态条件下导热系数超过170W/(m·K)的Al-Si系合金将具有更大的工程应用前景。

针对这些发明的不足和缺陷，本发明在使用较为低廉的变质剂的前提下，通过优化变质剂的成分配比和熔炼工艺，有效改善合金的微观组织，在保证力学性能提升的前提下，大幅度提升铸造铝合金铸态条件下的导热性能，实现铸造铝合金多种性能一体化的目的，以更好地满足当前5G通讯和新能源汽车等领域对铸造高导热铝合金的要求。

发明内容

针对现有技术的不足和缺陷，本发明提供了一种改进铸造Al-Si基合金导热性能的复合处理方法。本发明通过优化熔炼工艺和多种变质剂的成分配比，在保证铸造Al-Si系合金力学性能改善的前提下，大幅度提高铝合金铸态条件下的导热性能。本发明的方法不仅能提升铁含量较高的Al-Si基合金的力学性能，同时又可显著改善合金的导热性能。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种改进铸造Al-Si基合金(即Al-Si系合金)导热性能的复合处理方法，包括以下步骤：

1)制备铝合金熔体；所述铝合金熔体为Al-Si合金熔体或Al-Si-Fe合金熔体或Al-Si-Fe-Zn合金熔体；所述铝合金熔体是由商用铝合金和/或者配制铝合金熔化得到；所述配制铝合金是指由纯铝与Al-Si中间合金配制得到，或者由纯铝，Al-Si中间合金与Al-Fe中间合金配制得到，或者由纯铝，Al-Si中间合金，Al-Fe中间合金与纯Zn或Al-Zn中间合金配制得到；

2)去除熔体表面的浮渣，向熔体中依次加入Al-B、Al-La、Al-Ce和Al-Sr中间合金进行复合变质处理或者依次加入Al-B、Al-La、Al-Sr和Al-Ce中间合金进行复合变质处理；

3)对变质完成后的熔体进行精炼除渣处理，铸造成型，获得铸造铝合金即铸造Al-Si基合金；

所述铸造铝合金中，含有以下成分及质量含量：

Si：5～12％

Fe：0～1.5％

Zn：0～1.5％

Al余量

B：0.08～0.15％

La：0.05～0.1％

Ce：0.3～0.7％

Sr：0.05％～0.1％。

步骤1)中当选用商用铝合金和/或配制铝合金，配制铝合金是指由纯铝与Al-Si中间合金配制得到，或者由纯铝，Al-Si中间合金与Al-Fe中间合金配制得到时，将这些合金熔化，所述熔化的温度为730～750℃。这些合金在完全熔化后搅拌15～30min。搅拌完后，静置保温，降温；降温的温度为700～730℃。

当配制铝合金由纯铝，Al-Si中间合金，Al-Fe中间合金与纯Zn或Al-Zn中间合金配制得到时，将纯铝，Al-Si中间合金，Al-Fe中间合金先熔化，熔化的温度为730～750℃，搅拌(15～30min)，静置保温；然后加入纯Zn或Al-Zn中间合金再次熔化。

当选用纯Zn或Al-Zn中间合金时，先将纯铝，Al-Si中间合金和Al-Fe中间合金熔化，搅拌(搅拌15～30min)，静置保温；然后加入纯Zn或Al-Zn中间合金再次熔化；熔化的温度为730～750℃，再次熔化的温度为700～730℃。

再次熔化时，进行了搅拌，搅拌的时间2～15min。

步骤2)中变质处理的温度为700～730℃；每一种中间合金加入后，对熔体进行搅拌，搅拌时间为2～15min；前一种中间合金与后一种中间合金加入的时间间隔不小于15min，如：15～60min。

步骤2)中变质处理完后，进行静置保温；静置的时间为10～60min。

步骤3)中精炼除渣处理的温度为680～700℃；处理的时间为2～15min。

所述精炼除渣处理具体为向熔体中加入精炼剂和除渣剂，进行精炼除渣，静置；或静置，降温；静置的时间为2～10min；所述降温是指降温至680～690℃，且降温的温度低于精炼除渣处理的温度；

所述精炼剂和除渣剂是利用氮气喷吹工艺加入。

所述的精炼剂和除渣剂分别为YT-J-1型精炼剂和YT-D-4型除渣剂，按照1:1配料混合均匀后添加，精炼剂和除渣剂的添加量为合金熔体重量的0.6～1.2％。

本发明对熔炼工艺和复合变质原理阐述：

四种变质剂在复合变质处理过程中各自起到不同的变质和冶炼作用。其中，B能有效降低熔体中的有害杂质元素含量，并细化初生α-Al晶粒；La能有效抑制B与Sr之间相互毒化；Ce充分变质富铁相；Sr有效变质共晶Si相。但变质剂的加入顺序和加入量会影响变质剂之间的交互作用，进而影响合金的导热性能和力学性能。

商用铝合金、工业纯铝和中间合金中都含有一定量的V、Cr、Ti、Zr、Mn等杂质元素，这些元素对合金的导热性能和导电性能的不利影响都远大于Si、Fe、Zn等元素。此外，基础合金中初生Al的形态为粗大的枝晶状，不利于合金力学性能的提升。本发明先将B加入到熔体中，以降低熔体中的V、Cr、Ti、Zr、Mn等有害元素的含量，以提升合金的导热性能。此外，B还能有效细化初生α-Al晶粒，促进合金力学性能的提升。B对初生α-Al晶粒的细化效果有一个极限值，当B的加入量超过该极限值后，初生α-Al晶粒尺寸将不会继续减小。另外，过多B的加入会导致La加入量相应的增加，导致生产成本增加，并限制合金导热性能和力学性能的提升。本发明通过大量实验研究，将B的加入量控制在0.05～0.1％。

Sr能高效变质共晶Si相，使其形态由粗大片状转变为细小纤维状，这有利于合金导热性能和力学性能的同步提升。然而，B与Sr之间易发生相互毒化作用，导致Sr变质共晶Si相的效果大幅减弱，不利于合金导热性能和力学性能的同步提升。La元素能与熔体中剩余的B元素反应并析出化合物LaB₆，并高效降低熔体中的B含量，从而抑制B对Sr的毒化作用，即La能在不显著影响B降杂和变质微观组织的前提下，保护Sr对共晶Si相的变质效果。合金中La的加入量不能过大，否则析出的富La的片状化合物会同步降低合金的导热性能和力学性能。因此需要合理控制La的加入量。本发明通过大量实验研究，将La的加入量控制在0.05～0.1％。

此外，0.02％Sr就能高效变质共晶Si相，但Sr在铝合金熔体中易烧损，为了保持Sr变质效果的稳定性，本发明将Sr加入量的下限控制在0.05％。过多Sr的加入不会增加对共晶Si相的变质效果，反而会导致大量含Sr化合物的析出，降低合金中导热性能和力学性能，同时增加生产成本。本发明通过大量实验研究，将Sr的加入量上限控制在0.1％。

Ce元素能有效变质富铁相，使其形态由粗大的针片状转变为棒状和细小针状的混合态，有利于合金导热性能和力学性能的同步提升。Ce的加入量过多会导致针片状富Ce相的析出，同步降低合金的导热性能和力学性能。本发明通过大量实验后，将Ce的加入量控制在0.3～0.7％。

本发明在进行复合变质处理时依次添加B、La、Ce和Sr元素，并优化各变质剂的加入量，以充分发挥各变质元素对微观组织的变质作用，从而得到兼具高导热和优良力学性能的铸造铝合金材料。

与现有技术相比，本发明具有如下优点及有益效果：

1)本发明将多种变质剂按照先后顺序分批加入熔体中，使B、La、Ce和Sr四种元素都能充分发挥各自的变质作用，避免变质元素之间产生不利的交互影响。通过四种元素共同作用，本发明的铸造铝合金兼具高导热和优良力学性能。

2)本发明严格控制四种变质剂的加入量，降低变质剂本身对合金微观组织的不利影响，对性能的提升效果显著，确保在力学性能提升的前提下，大幅度改善合金的导热性能。

3)本发明工艺简单，所用的变质元素价格都较为低廉，易于实现工业化批量生产，制备过程无有害物质排放。

4)本发明所处理的合金体系均为Si含量较高的铸造铝合金，其铸造性能优异，可用于铸造形状较为复杂的铸件。

附图说明

图1为对比例1合金的光学显微组织图；

图2为对比例1合金中共晶Si相的SEM图；

图3为对比例1合金中富Fe相的SEM图；

图4为对比例2合金的光学显微组织图；

图5为对比例2合金中共晶Si相的SEM图；

图6为对比例2合金中富Fe相的SEM图；

图7为实施例1合金的光学显微组织图；

图8为实施例1合金中共晶Si相的SEM图；

图9为实施例1合金中富Fe相的SEM图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细地描述，但本发明的实施方式不限于此。以下对比例和实施例所选用的基础合金(Al-7Si-0.6Fe-0.5Zn)相同，以便客观体现本发明对导热性能和力学性能的显著提升效果，但是本发明所选用的基础合金并不限于此。

对比例1Al-7Si-0.6Fe-0.5Zn合金(基础合金)

对比例1所用原材料为工业纯铝、工业纯锌、Al-Si和Al-Fe中间合金。合金中各成份的质量百分比为7％Si，0.6％Fe，0.5％Zn，余量为Al。根据成分配比要求，称量工业纯铝、工业纯锌、Al-Si和Al-Fe中间合金。

合金熔炼和制备工艺过程及其参数如下：

(1)高温熔化铝合金：将纯铝，Al-Si和Al-Fe中间合金进行熔化，熔化温度为750℃，搅拌20min，静置降温至730℃，获得合金熔体；

(2)加入工业纯锌：扒去熔体表面浮渣，在步骤1)制备的合金熔体中加入工业纯Zn，控制处理温度为730℃，搅拌30min至合金成分均匀，静置60min，降温至700℃；

(3)熔体精炼除渣：用氮气喷吹法将市售YT-J-1精炼剂和YT-D-4除渣剂的混合物(按1:1的质量混合，用量为熔体质量的1％)加入到步骤(2)的合金熔体中进行精炼除渣，精炼除渣的温度控制在700℃，处理时间为12min；精炼除渣后静置5min，降温至680℃，扒渣后得到多元铝合金熔体；

(4)铸造成型：将步骤(3)的多元铝合金熔体利用普通重力铸造法或挤压铸造法成型，待铸件冷却后取样检测。

组织观测和性能测试方法如下：利用光学显微镜(型号：Lecia DFC)观察合金铸态显微组织。利用布氏硬度计(型号：XHB-3000Z)测量合金的硬度值。利用电子万能材料试验机(型号：AG-X-100KN)获得拉伸曲线，测得抗拉强度。利用闪光导热仪(型号：NETZSCH LFA，尺寸：Φ12.7mm)测量导热系数。在铸态条件下测量了样品的导热系数、硬度和拉伸性能。

图1为对比例1合金的光学显微组织图；图2为对比例1合金中共晶Si相的SEM图；图3为对比例1合金中富Fe相的SEM图。

对比例1的微观组织主要是由初生α-Al相和Al-Si共晶组织组成，其中初生α-Al相为粗大的枝晶状，平均长度超过2mm，见图1所示；合金中共晶Si相的形态为粗大片状，最大尺寸超过50μm，见图2所示；合金中的富铁相形态为粗大的针片状，长径比超过100:1，见图3所示。经测量，该合金的导热系数仅为140.3W/(m·K)，抗拉强度仅为153.4MPa，布氏硬度为63.1HB。导热系数和力学性能均较为低下。

对比例2 0.1％B/0.5％RE/0.1％Sr复合变质处理

对比例2的基础合金所用原材料为工业纯铝、工业纯锌、Al-Si和Al-Fe中间合金。先熔炼基础合金，在基础合金熔炼完成后再对熔体进行复合变质处理。变质处理所用的原材料分别为Al-B、Al-RE和Al-Sr中间合金，其中，Al-RE中间合金为Al-La和Al-Ce中间合金。铸造铝合金中各成分的质量百分含量为7％Si、0.6％Fe、0.5％Zn、余量为Al、0.1％B、0.5％RE和0.1％Sr，RE为La和Ce，La和Ce质量比为4:6。根据成分配比要求，称量工业纯铝、工业纯锌、Al-Si和Al-Fe中间合金以及变质处理所采用的原料。

复合变质处理工艺及其参数：

(1)高温熔化铝合金：将纯铝，Al-Si和Al-Fe中间合金进行熔化，熔化温度为750℃，搅拌20min，静置降温至730℃；

(2)合金熔炼变质处理：扒去熔体表面浮渣，在步骤1)制备的合金熔体中先加入工业纯锌，搅拌15min，使熔体成分均匀；然后，同时加入Al-B、Al-La、Al-Ce和Al-Sr中间合金，控制处理温度为730℃，中间合金加入后搅拌15min，静置60min，降温至700℃；

(3)熔炼精炼除渣：用氮气喷吹法将市售YT-J-1精炼剂和YT-D-4除渣剂的混合物(按1:1的质量混合，用量为熔体质量的1％)加入到步骤(2)的合金熔体中进行精炼除渣，精炼除渣的温度控制在700℃，处理时间为12min；精炼除渣后静置5min，降温至680℃，扒渣后得到多元铝合金熔体。

(4)铸造成型：经上述步骤熔炼和处理的熔体，利用重力铸造法或挤压铸造法浇铸成型，制备铸件，待冷却后从铸件上取样检测。

测试项目、所用测试设备及仪器与对比例1相同。

图4为对比例2合金的光学显微组织图；图5为对比例2合金中共晶Si相的SEM图；图6为对比例2合金中富Fe相的SEM图；

对比例2的微观组织主要由初生α-Al相和共晶组织(共晶α-Al相和共晶Si相)组成，其中初生α-Al相为等轴状和枝晶状的混合态，平均尺寸约为181.5μm，见图4所示；合金中的共晶Si相主要为纤维状，见图5所示；合金中的富铁相形态为棒状和细小针状的混合态，长径比约为51.8:1，见图6所示。经测量，该合金的导热系数为152.3W/(m·K)，与对比例1相比提升了约8.6％；抗拉强度为184.3MPa，提升了约20.1％；布氏硬度为64.1HB，提升并不显著。

实施例1 0.1％B/0.05％La/0.5％Ce/0.1％Sr复合变质处理

本实施例的基础合金所用原材料包括：工业纯铝、工业纯锌、Al-Si和Al-Fe中间合金。所用变质剂分别为Al-B、Al-La、Al-Ce和Al-Sr中间合金。

铸造铝合金中各成分的质量百分含量为7％Si、0.6％Fe、0.5％Zn、余量为Al、0.1％B、0.05％La、0.5％Ce和0.1％Sr。根据成分配比要求，称量工业纯铝、工业纯锌、Al-Si和Al-Fe中间合金以及变质剂。

先熔炼基础合金，在基础合金熔炼完成后再对熔体进行复合变质处理。

复合变质处理工艺及其参数如下：

(1)高温熔化铝合金：将纯铝，Al-Si和Al-Fe中间合金进行熔化，熔化温度为750℃，搅拌20min，静置降温至730℃；

(2)合金熔炼变质处理：扒去熔体表面浮渣，向步骤1)制备的合金熔体中加入工业纯Zn，搅拌15min，温度为730℃，然后依次加入Al-B、Al-La、Al-Ce和Al-Sr中间合金，每两种中间合金加入间隔不少于15min，控制处理温度为730℃，每次加入一种中间合金后都搅拌15min以使合金成分均匀，待Al-Sr中间合金加入并搅拌完成后静置60min，降温至700℃；

(3)熔炼精炼除渣：用氮气喷吹法将市售YT-J-1精炼剂和YT-D-4除渣剂的混合物(按1:1的质量混合，用量为熔体质量的1％)加入到步骤(2)的合金熔体中进行精炼除渣，精炼除渣的温度控制在700℃，处理时间为12min；精炼除渣后静置5min，降温至680℃，扒渣后得到多元铝合金熔体；

(4)铸造成型：经上述步骤熔炼和处理的熔体，利用重力铸造法或挤压铸造法浇铸成型，制备铸件，待冷却后从铸件上取样检测。

测试项目、所用测试设备及仪器与对比例1相同。

图7为实施例1合金的光学显微组织图；图8为实施例1合金中共晶Si相的SEM图；图9为实施例1合金中富Fe相的SEM图。

实施例1中初生α-Al晶粒为细小等轴状，平均尺寸约为91.2μm，显著小于对比例1和对比例2中的初生α-Al晶粒，见图7所示；实施例1中的共晶Si相形态与对比例2近似相同，共晶Si相主要呈纤维状，见图8所示；实施例1中的富铁相形态为棒状和细小针状的混合态，但针状形态富铁相所占的比例明显小于对比例2，富铁相平均长径比约为29.1:1，见图9所示。这些显微组织的形态和尺寸都有利于合金导热性能和力学性能的同步提升。经测量，本实施例1制备的合金在铸态条件下导热系数为179.1W/(m·K)，抗拉强度为215.9MPa，硬度为74.9HB。与对比例2相比，本实施例合金导热系数提升了17.6％，抗拉强度提升了17.1％，硬度提升了16.8％。表现出非常优异的导热性能，特别在铸态情况下其导热系数接近180W/(m·K)，且抗拉强度也甚为优异，超过了210MPa。

实施例2 0.08％B/0.05％La/0.7％Ce/0.07％Sr复合变质处理

本实施例的基础合金所用原材料包括：工业纯铝、工业纯锌、Al-Si和Al-Fe中间合金。所用变质剂分别为Al-B、Al-La、Al-Ce和Al-Sr中间合金。

铸造铝合金中各成分的质量百分含量为7％Si、0.6％Fe、0.5％Zn、余量为Al、0.08％B、0.05％La、0.7％Ce和0.07％Sr。根据成分配比要求，称量工业纯铝、工业纯锌、Al-Si和Al-Fe中间合金以及变质剂。

具体工艺步骤及其工艺参数如下：

(1)高温熔化铝合金：将纯铝，Al-Si和Al-Fe中间合金进行熔化，熔化温度为740℃，搅拌15min，静置降温至730℃；

(2)合金熔炼变质处理：扒去熔体表面浮渣，在步骤1)制备的合金熔体中加入工业纯Zn，搅拌10min，温度为720℃；然后依次加入Al-B、Al-La、Al-Ce和Al-Sr中间合金，每两种中间合金加入间隔不少于15min，控制处理温度为720℃，每次加入一种中间合金后都搅拌10min以使合金成分均匀，待Al-Sr中间合金加入并搅拌完成后静置40min，降温至700℃；

(3)熔炼精炼除渣：用氮气喷吹法将市售YT-J-1精炼剂和YT-D-4除渣剂的混合物(按1:1的质量混合，用量为熔体质量的1％)加入到步骤(2)的合金熔体中进行精炼除渣，精炼除渣的温度控制在690℃，处理时间为8min；精炼除渣后静置5min，降温至680℃，扒渣后得到多元铝合金熔体；

(4)铸造成型：经上述步骤熔炼和处理的熔体，利用重力铸造法或挤压铸造法浇铸成型，制备铸件，待冷却后从铸件上取样检测。

微观组织的观测方法、性能测试项目、所用测试设备及仪器与对比例1相同。本实施例所制备合金的组织与实施例1基本相同。本实施例2中合金铸态下的导热系数为171.1W/(m·K)，抗拉强度为209.9MPa，硬度为74.3HB。与实施例1相比，导热系数和抗拉强度分别小幅下降约4.0％和3.1％，硬度变化不显著；但与对比例2相比，导热系数、抗拉强度和硬度仍然有显著的提升，分别提升了约12.7％，13.5％和15.9％。

实施例3 0.15％B/0.1％La/0.3％Ce/0.1％Sr复合变质处理

本实施例的基础合金所用原材料包括：工业纯铝、工业纯锌、Al-Si和Al-Fe中间合金。所用变质剂分别为Al-B、Al-La、Al-Ce和Al-Sr中间合金。

铸造铝合金中各成分的质量百分含量为7％Si、0.6％Fe、0.5％Zn、余量为Al、0.15％B、0.1％La、0.3％Ce和0.1％Sr。根据成分配比要求，称量工业纯铝、工业纯锌、Al-Si和Al-Fe中间合金以及变质剂。

具体工艺步骤及其工艺参数如下：

(1)高温熔化铝合金：将纯铝，Al-Si和Al-Fe中间合金进行熔化，熔化温度为730℃，熔化完全后搅拌15min，然后在730℃静置保温15min；

(2)合金熔炼变质处理：扒去熔体表面浮渣，在步骤1)制备的合金熔体中加入工业纯Zn，搅拌5min，温度控制在710℃；然后依次、Al-B、Al-La、Al-Ce和Al-Sr中间合金，每两种中间合金加入间隔不少于15min，控制处理温度为710℃，每次加入一种中间合金后都搅拌5min以使合金成分均匀，待Al-Sr中间合金加入并搅拌完成后静置20min，降温至700℃；

(3)熔炼精炼除渣：用氮气喷吹法将市售YT-J-1精炼剂和YT-D-4除渣剂的混合物(按1:1的质量混合，用量为熔体质量的1％)加入到步骤(2)的合金熔体中进行精炼除渣，精炼除渣的温度控制在680℃，处理时间为5min；精炼除渣后静置保温5min，扒渣后得到多元铝合金熔体；

(4)铸造成型：经上述步骤熔炼和处理的熔体，利用重力铸造法或挤压铸造法浇铸成型，制备铸件，待冷却后从铸件上取样检测。

微观组织的观测方法、性能测试项目、所用测试设备及仪器与对比例1相同。本实施例所制备合金的组织与实施例1基本相同。经测量，本实施例合金的导热系数为174.5W/(m·K)，抗拉强度为206.3MPa，硬度为74.1HB。与实施例1相比，导热系数和抗拉强度分别小幅下降约2.6％和4.4％，硬度变化不显著。与对比例2相比，导热系数、抗拉强度和硬度仍然有显著的提升，分别提升了约14.6％，11.9％和15.6％。

通过两个对比例和三个实施例的对比，明显发现本发明能有效同步提升合金的导热系数和力学性能。此外，本发明的变质剂含量控制在限定的成分范围内时，合金的导热系数和力学性能变化并不显著。表明本发明具有较好的工艺重复性，易于实现工业化稳定生产，具有较高的工程应用价值。

为更方便对比本发明的有益效果，将对比例和实施例中合金的导热系数和力学性能汇总于表1中。

表1对比例和实施例中各合金的性能

本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包括在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种改进铸造Al-Si基合金导热性能的复合处理方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)制备铝合金熔体；所述铝合金熔体为Al-Si合金熔体或Al-Si-Fe合金熔体或Al-Si-Fe-Zn合金熔体；

2)去除熔体表面的浮渣，向熔体中依次加入Al-B、Al-La、Al-Ce和Al-Sr中间合金进行复合变质处理或者依次加入Al-B、Al-La、Al-Sr和Al-Ce中间合金进行复合变质处理；

3)对变质完成后的熔体进行精炼除渣处理，铸造成型，获得铸造铝合金即铸造Al-Si基合金；

所述铸造铝合金中，含有以下成分及质量含量：

Si：5～12％

Fe：0～1.5％

Zn：0～1.5％

Al余量

B：0.08～0.15％

La：0.05～0.1％

Ce：0.3～0.7％

Sr：0.05％～0.1％。

2.根据权利要求1所述改进铸造Al-Si基合金导热性能的复合处理方法，其特征在于：

步骤1)中所述铝合金熔体是由商用铝合金和/或配制铝合金熔化得到；所述配制铝合金是指由纯铝与Al-Si中间合金配制得到，或者由纯铝，Al-Si中间合金与Al-Fe中间合金配制得到，或者由纯铝，Al-Si中间合金，Al-Fe中间合金与纯Zn或Al-Zn中间合金配制得到；

步骤2)中变质处理的温度为700～730℃；每一种中间合金加入后，对熔体进行搅拌，搅拌时间为2～15min；前一种中间合金与后一种中间合金加入的时间间隔不小于15min。

3.根据权利要求2所述改进铸造Al-Si基合金导热性能的复合处理方法，其特征在于：当选用纯Zn或Al-Zn中间合金时，先将纯铝，Al-Si中间合金和Al-Fe中间合金熔化，搅拌，静置保温；然后加入纯Zn或Al-Zn中间合金再次熔化；熔化的温度为730～750℃，再次熔化的温度为700～730℃；再次熔化时，进行了搅拌，搅拌的时间2～15min。

4.根据权利要求2所述改进铸造Al-Si基合金导热性能的复合处理方法，其特征在于：步骤1)中未采用纯Zn和/或Al-Zn中间合金时，熔化的温度为730～750℃；

步骤1)中未采用纯Zn和/或Al-Zn中间合金时，合金在完全熔化后搅拌15～30min；搅拌完后，静置保温，降温；降温的温度为700～730℃。

5.根据权利要求1所述改进铸造Al-Si基合金导热性能的复合处理方法，其特征在于：步骤2)中变质处理完后，进行静置保温；静置的时间为10～60min。

6.根据权利要求1所述改进铸造Al-Si基合金导热性能的复合处理方法，其特征在于：步骤3)中精炼除渣处理的温度为680～700℃；处理的时间为2～15min。

7.根据权利要求1所述改进铸造Al-Si基合金导热性能的复合处理方法，其特征在于：步骤3)中所述精炼除渣处理具体为向熔体中加入精炼剂和除渣剂，进行精炼除渣，静置保温；或静置保温，降温；静置的时间为2～10min；所述降温是指降温至680～690℃，且降温的温度低于精炼除渣处理的温度。

8.根据权利要求7所述改进铸造Al-Si基合金导热性能的复合处理方法，其特征在于：所述精炼剂和除渣剂分别为YT-J-1型精炼剂和YT-D-4型除渣剂，按照1:1质量比混合均匀后添加，精炼剂和除渣剂的添加量为合金熔体重量的0.6～1.2％。

9.根据权利要求1所述改进铸造Al-Si基合金导热性能的复合处理方法，其特征在于：步骤3)中所述铸造成型为重力铸造或者压力铸造。

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