CN113502413B - 一种led光源散热器用铝合金材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及铝合金制备技术领域，具体公开了一种LED光源散热器用铝合金材料及其制备方法。所述的LED光源散热器用铝合金材料，其包含如下重量份的原料：铝80～100份；铈0.1～0.5份；铜0.01～0.1份；镁0.1～1份；钛酸铋或改性钛酸铋20～30份。由于本发明所述的铝合金材料具有较低的热膨胀系数以及较高的导热率，因此，将其应用于制备超长距离探照用小锥角LED光源散热器，可以提高超长距离探照用小锥角LED光源散热器的散热效率以及减少超长距离探照用小锥角LED光源散热器在温差较大的环境下使用会发生变形的情况。

Description

一种LED光源散热器用铝合金材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及铝合金制备技术领域，具体涉及一种LED光源散热器用铝合金材料及其制备方法。
背景技术
铝合金是以铝为基添加一定量其他合金化元素制备而成的合金；其具有高强度、导电、导热性能以及良好的铸造性能，因而在航天、航空、交通运输、建筑、机电等领域有着广泛的应用。
中国发明专利201010264118.7公开了一种高热导率铝合金，由以下重量百分比的合金元素熔炼而成：铈：0.01％～0.18％，铜：0.01％～0.05％，镁：0.02％～0.5％，余量为铝。其加工制备方法简便、投入成本低且使用效果好、实用价值高、具有比现有的纯铝更好的导热性能，因而能有效解决目前大功率LED所存在的散热问题。
上述高热导率铝合金其热膨胀系数大，容易受温度影响而发生变形；尤其是将其应用在温差较大的环境下，其更容易产生变形。因此，提供急需开发一种热膨胀系数小的铝合金材料。
发明内容
为了克服现有高热导率铝合金热膨胀系数大的技术问题，本发明提供了一种LED光源散热器用铝合金材料，该LED光源散热器用铝合金材料具有较小的热膨胀系数。
本发明的技术方案如下：一种LED光源散热器用铝合金材料，其包含如下重量份的原料：铝80～100份；铈0.1～0.5份；铜0.01～0.1份；镁0.1～1份；钛酸铋或改性钛酸铋20～30份。
发明人在研究中惊奇的发现，在以铝、铈、铜以及镁为原料，制备铝合金材料时，在原料中加入钛酸铋可以减小铝合金材料的热膨胀系数，尤其是加入改性钛酸铋可以大幅降低铝合金材料的热膨胀系数。
优选地，所述的LED光源散热器用铝合金材料，其包含如下重量份的原料：
铝90～100份；铈0.2～0.4份；铜0.03～0.06份；镁0.4～0.6份；钛酸铋或改性钛酸铋20～25份。
最优选地，所述的LED光源散热器用铝合金材料，其包含如下重量份的原料：
铝90份；铈0.3份；铜0.05份；镁0.5份；钛酸铋或改性钛酸铋25份。
优选地，所述的LED光源散热器用铝合金材料，还包括碳纳米管0.1～1份。
进一步优选地，所述的碳纳米管为单壁碳纳米管或多壁碳纳米管。
发明人在研究中还发现，随着钛酸铋或改性钛酸铋的加入，铝合金材料的导热性能有所降低，为了使得钛酸铋或改性钛酸铋对铝合金材料的导热性能不产生影响，发明人经大量的实验表明，在加入钛酸铋或改性钛酸铋的同时，加入碳纳米管，可以有效的解决了随着钛酸铋或改性钛酸铋的加入铝合金材料的导热性能降低的技术问题。
优选地，所述的改性钛酸铋通过包含如下步骤的方法制备得到：
取钛酸铋50～70重量份、氧化镧10～30重量份以及五氧化二铌10～30重量份混合后进行球磨，得球磨粉体1；
将球磨粉体1在870～900℃下预烧20～40min；得预烧混合物；
将预烧混合物进行球磨，得球磨粉体2；所得的球磨粉体2即所述的改性钛酸铋。
进一步优选地，取钛酸铋60～70重量份、氧化镧20～30重量份以及五氧化二铌20～30重量份混合后进行球磨，得球磨粉体1。
最优选地，取钛酸铋60重量份、氧化镧20重量份以及五氧化二铌20重量份混合后进行球磨，得球磨粉体1。
优选地，将球磨粉体在870℃下预烧30min；得预烧混合物。
发明人进一步研究表明，采用氧化镧以及五氧化二铌对钛酸铋进行改性，制备得到的改性钛酸铋与未改性的钛酸铋相比，可以进一步大幅降低铝合金材料导热材料的热膨胀系数。
优选地，所述的LED光源散热器为超长距离探照用小锥角LED光源散热器。
本发明还提供了上述LED光源散热器用铝合金材料的制备方法，其包含如下步骤：
将铝熔融，然后加入铈、铜、镁熔融后搅拌均匀，接着加入钛酸铋或改性钛酸铋搅拌均匀得合金液，最后将合金液除气、扒渣、浇铸即得所述的LED光源散热器用铝合金材料；
或将铝熔融，然后加入铈、铜、镁熔融后搅拌均匀，接着加入碳纳米管以及钛酸铋或改性钛酸铋搅拌均匀得合金液，最后将合金液除气、扒渣、浇铸即得所述的LED光源散热器用铝合金材料。
有益效果：本发明提供了一种全新组成的铝合金材料，研究表明，在铝合金材料在原料中加入钛酸铋可以降低铝合金材料的热膨胀系数，尤其是加入由本发明全新方法制备得到的改性钛酸铋，其与未改性的钛酸铋相比，可以进一步大幅降低铝合金材料的热膨胀系数。由于本发明所述的铝合金材料具有较低的热膨胀系数以及较高的导热率，因此，将其应用于制备超长距离探照用小锥角LED光源散热器，可以提高超长距离探照用小锥角LED光源散热器的散热效率以及减少超长距离探照用小锥角LED光源散热器在温差较大的环境下使用会发生变形的情况。
具体实施方式
以下结合具体实施例来进一步解释本发明，但实施例对本发明不做任何形式的限定。
实施例1LED光源散热器用铝合金材料的制备
原料重量份组成：铝90份；铈0.3份；铜0.05份；镁0.5份；钛酸铋25份；
制备方法：将铝熔融，然后加入铈、铜、镁熔融后搅拌均匀，接着加入钛酸铋搅拌均匀得合金液，最后将合金液除气、扒渣、浇铸即得所述的LED光源散热器用铝合金材料。
实施例2LED光源散热器用铝合金材料的制备
原料重量份组成：铝90份；铈0.3份；铜0.05份；镁0.5份；改性钛酸铋25份；
所述的改性钛酸铋通过如下方法制备得到：(1)取钛酸铋60重量份、氧化镧20重量份以及五氧化二铌20重量份混合后放入球磨机中进行球磨，得球磨粉体1；(2)将球磨粉体1在870℃下预烧30min；得预烧混合物；(3)将预烧混合物放入球磨机中进行球磨，得球磨粉体2；所得的球磨粉体2即所述的改性钛酸铋。
制备方法：将铝熔融，然后加入铈、铜、镁熔融后搅拌均匀，接着加入改性钛酸铋搅拌均匀得合金液，最后将合金液除气、扒渣、浇铸即得所述的LED光源散热器用铝合金材料。
实施例3LED光源散热器用铝合金材料的制备
原料重量份组成：铝80份；铈0.5份；铜0.01份；镁1份；改性钛酸铋20份；
所述的改性钛酸铋通过如下方法制备得到：(1)取钛酸铋70重量份、氧化镧10重量份以及五氧化二铌20重量份混合后放入球磨机中进行球磨，得球磨粉体1；(2)将球磨粉体1在870℃下预烧30min；得预烧混合物；(3)将预烧混合物放入球磨机中进行球磨，得球磨粉体2；所得的球磨粉体2即所述的改性钛酸铋。
制备方法：将铝熔融，然后加入铈、铜、镁熔融后搅拌均匀，接着加入改性钛酸铋搅拌均匀得合金液，最后将合金液除气、扒渣、浇铸即得所述的LED光源散热器用铝合金材料。
实施例4LED光源散热器用铝合金材料的制备
原料重量份组成：铝100份；铈0.1份；铜0.1份；镁0.1份；改性钛酸铋30份；
所述的改性钛酸铋通过如下方法制备得到：(1)取钛酸铋50重量份、氧化镧30重量份以及五氧化二铌10重量份混合后放入球磨机中进行球磨，得球磨粉体1；(2)将球磨粉体1在870℃下预烧30min；得预烧混合物；(3)将预烧混合物放入球磨机中进行球磨，得球磨粉体2；所得的球磨粉体2即所述的改性钛酸铋。
制备方法：将铝熔融，然后加入铈、铜、镁熔融后搅拌均匀，接着加入改性钛酸铋搅拌均匀得合金液，最后将合金液除气、扒渣、浇铸即得所述的LED光源散热器用铝合金材料。
实施例5LED光源散热器用铝合金材料的制备
原料重量份组成：铝90份；铈0.3份；铜0.05份；镁0.5份；改性钛酸铋25份；单壁碳纳米管0.5份；
所述的改性钛酸铋通过如下方法制备得到：(1)取钛酸铋60重量份、氧化镧20重量份以及五氧化二铌20重量份混合后放入球磨机中进行球磨，得球磨粉体1；(2)将球磨粉体1在870℃下预烧30min；得预烧混合物；(3)将预烧混合物放入球磨机中进行球磨，得球磨粉体2；所得的球磨粉体2即所述的改性钛酸铋。
制备方法：将铝熔融，然后加入铈、铜、镁熔融后搅拌均匀，接着加入单壁碳纳米管以及改性钛酸铋搅拌均匀得合金液，最后将合金液除气、扒渣、浇铸即得所述的LED光源散热器用铝合金材料。
对比例1LED光源散热器用铝合金材料的制备
原料重量份组成：铝90份；铈0.3份；铜0.05份；镁0.5份；
制备方法：将铝熔融，然后加入铈、铜、镁熔融后搅拌均匀，最后将合金液除气、扒渣、浇铸即得所述的LED光源散热器用铝合金材料。
对比例2LED光源散热器用铝合金材料的制备
原料重量份组成：铝90份；铈0.3份；铜0.05份；镁0.5份；改性钛酸铋25份；
所述的改性钛酸铋通过如下方法制备得到：(1)取钛酸铋60重量份以及五氧化二铌40重量份混合后放入球磨机中进行球磨，得球磨粉体1；(2)将球磨粉体1在870℃下预烧30min；得预烧混合物；(3)将预烧混合物放入球磨机中进行球磨，得球磨粉体2；所得的球磨粉体2即所述的改性钛酸铋。
制备方法：将铝熔融，然后加入铈、铜、镁熔融后搅拌均匀，接着加入改性钛酸铋搅拌均匀得合金液，最后将合金液除气、扒渣、浇铸即得所述的LED光源散热器用铝合金材料。
对比例2与实施例2的区别在于，对比例2仅仅采用五氧化二铌对钛酸铋进行改性，而实施例2则是采用氧化镧以及五氧化二铌对钛酸铋进行改性。
对比例3LED光源散热器用铝合金材料的制备
原料重量份组成：铝90份；铈0.3份；铜0.05份；镁0.5份；改性钛酸铋25份；
所述的改性钛酸铋通过如下方法制备得到：(1)取钛酸铋60重量份以及氧化镧40重量份混合后放入球磨机中进行球磨，得球磨粉体1；(2)将球磨粉体1在870℃下预烧30min；得预烧混合物；(3)将预烧混合物放入球磨机中进行球磨，得球磨粉体2；所得的球磨粉体2即所述的改性钛酸铋。
制备方法：将铝熔融，然后加入铈、铜、镁熔融后搅拌均匀，接着加入改性钛酸铋搅拌均匀得合金液，最后将合金液除气、扒渣、浇铸即得所述的LED光源散热器用铝合金材料。
对比例3与实施例2的区别在于，对比例3仅仅采用氧化镧对钛酸铋进行改性，而实施例2则是采用氧化镧以及五氧化二铌对钛酸铋进行改性。
对比例4LED光源散热器用铝合金材料的制备
原料重量份组成：铝90份；铈0.3份；铜0.05份；镁0.5份；改性钛酸铋25份；
所述的改性钛酸铋通过如下方法制备得到：取钛酸铋60重量份、氧化镧20重量份以及五氧化二铌20重量份混合均匀即得所述的改性钛酸铋。
制备方法：将铝熔融，然后加入铈、铜、镁熔融后搅拌均匀，接着加入改性钛酸铋搅拌均匀得合金液，最后将合金液除气、扒渣、浇铸即得所述的LED光源散热器用铝合金材料。
对比例4与实施例2的区别在于，改性钛酸铋的制备方法不同，对比例4仅仅将氧化镧以及五氧化二铌与钛酸铋进行简单的混合；而实施例2则是先将氧化镧以及五氧化二铌与钛酸铋进行球磨，然后再预烧，最后再球磨。
将实施例1～5以及对比例1～4制备得到的LED光源散热器用铝合金材料参照国标GB/T3651-2008中的方法测定其导热系数，参照GB/T4339-2008中的方法测定其热膨胀系数；测试结果见表1。
表1.本发明LED光源散热器用铝合金材料性能测定
Figure BDA0003110318690000061
Figure BDA0003110318690000071
由实施例1和对比例1的性能测试数据可以看出；对比例1的热膨胀系数从23.2将至6.7，这说明，加入钛酸铋可以降低以铝、铈、铜、镁为原料制备得到的LED光源散热器用铝合金材料的热膨胀系数。只不过当钛酸铋加入时，其导热系数有所降低，但仍然具有较高的导热系数。
由实施例2～4的性能测试数据可以看出，其热膨胀系数与实施例1相比，进一步大幅降低，这说明加入采用本发明所述方法制备得到的改性钛酸铋，其与加入未改性的钛酸铋相比，可以进一步大幅降低LED光源散热器用铝合金材料的热膨胀系数；其得到的LED光源散热器用铝合金材料的热膨胀系数小于1.5。
由实施例5的性能测试数据可以看出，其导热系数与实施例1相比，有了大幅的提高，且与对比例1相当；这说明在加入钛酸铋或改性钛酸铋的同时，加入碳纳米管，可以有效的解决随着钛酸铋或改性钛酸铋的加入LED光源散热器用铝合金材料的导热性能降低的技术问题。
由对比例2～3的性能测试数据可以看出，其与实施例1相比并未得到进一步大幅降低，这说明，钛酸铋的改性原料的选择，对于能否得到能够大幅降低LED光源散热器用铝合金材料热膨胀系数的改性钛酸铋十分关键；只有采用氧化镧以及五氧化二铌对钛酸铋进行改性，制备得到的改性钛酸铋才能大幅降低LED光源散热器用铝合金材料的热膨胀系数；才能得到热膨胀系数小于1.5的LED光源散热器用铝合金材料。
由对比例4的性能测试数据可以看出，其与实施例1相比并未得到进一步大幅降低，这说明，改性钛酸铋的制备方法十分关键；只有先将氧化镧以及五氧化二铌与钛酸铋进行球磨，然后再预烧，最后再球磨制备得到的改性钛酸铋才能大幅降低LED光源散热器用铝合金材料的热膨胀系数；而仅仅简单的将氧化镧以及五氧化二铌与钛酸铋混合制备得到的改性钛酸铋并不能大幅降低LED光源散热器用铝合金材料的热膨胀系数。

Claims (10)

1.一种LED光源散热器用铝合金材料，其特征在于，由如下重量份的原料组成：
铝 80~100份；铈 0.1~0.5份；铜 0.01~0.1份；镁 0.1~1份；钛酸铋或改性钛酸铋 20~30份；
所述的改性钛酸铋通过包含如下步骤的方法制备得到：
取钛酸铋50~70重量份、氧化镧 10~30重量份以及五氧化二铌10~30重量份混合后进行球磨，得球磨粉体1；
将球磨粉体1在870~900℃下预烧20~40min，得预烧混合物；
将预烧混合物进行球磨，得球磨粉体2，所得的球磨粉体2即所述的改性钛酸铋。
2.根据权利要求1所述的LED光源散热器用铝合金材料，其特征在于，由如下重量份的原料组成：
铝 90~100份；铈 0.2~0.4份；铜 0.03~0.06份；镁 0.4~0.6份；钛酸铋或改性钛酸铋20~25份。
3.根据权利要求1所述的LED光源散热器用铝合金材料，其特征在于，由如下重量份的原料组成：
铝 90份；铈 0.3份；铜 0.05份；镁 0.5份；钛酸铋或改性钛酸铋 25份。
4.根据权利要求1所述的LED光源散热器用铝合金材料，其特征在于，包括碳纳米管0.1~1份。
5.根据权利要求4所述的LED光源散热器用铝合金材料，其特征在于，所述的碳纳米管为单壁碳纳米管或多壁碳纳米管。
6.根据权利要求1所述的LED光源散热器用铝合金材料，其特征在于，取钛酸铋60~70重量份、氧化镧 20~30重量份以及五氧化二铌20~30重量份混合后进行球磨，得球磨粉体1。
7.根据权利要求1所述的LED光源散热器用铝合金材料，其特征在于，将球磨粉体1在870℃下预烧30min，得预烧混合物。
8.根据权利要求1所述的LED光源散热器用铝合金材料，其特征在于，所述的LED光源散热器为超长距离探照用小锥角LED光源散热器。
9.权利要求1或2或3或6或7或8所述的LED光源散热器用铝合金材料的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：
将铝熔融，然后加入铈、铜、镁熔融后搅拌均匀，接着加入钛酸铋或改性钛酸铋搅拌均匀得合金液，最后将合金液除气、扒渣、浇铸即得所述的LED光源散热器用铝合金材料。
10.权利要求4或5所述的LED光源散热器用铝合金材料的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：
将铝熔融，然后加入铈、铜、镁熔融后搅拌均匀，接着加入碳纳米管以及钛酸铋或改性钛酸铋搅拌均匀得合金液，最后将合金液除气、扒渣、浇铸即得所述的LED光源散热器用铝合金材料。
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