CN113502414A - 一种高导热航空铝合金及其在制备超大面积led光源散热器中的应用 - Google Patents

一种高导热航空铝合金及其在制备超大面积led光源散热器中的应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高导热航空铝合金及其在制备超大面积LED光源散热器中的应用。所述的高导热航空铝合金其制备原料包含铝、硅、铁、铜、镁、锰、镍、锡以及钛酸铋或改性钛酸铋。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、氧化镧以及五氧化二铌混合后进行球磨，得球磨粉体1；将球磨粉体1预烧得预烧混合物；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。由于所述的高导热航空铝合金具有较低的热膨胀系数以及较高的导热率，因此，将其应用于制备超大面积LED光源散热器，可以提高散热器的散热效率以及减少散热器在温差较大的环境下发生变形的情况。

Description

一种高导热航空铝合金及其在制备超大面积LED光源散热器 中的应用
技术领域
本发明涉及铝合金制备技术领域，具体涉及一种高导热航空铝合金及其在制备超大面积LED光源散热器中的应用。
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201510769596.6公开了一种高导热铸造铝合金，其是由铝、硅、铁、铜、镁、锰、镍、锡等原料制备而成；具有良好的机械性能，高导热性，导电性。
中国发明专利201510769596.6公开的高导热铸造铝合金，虽然具有高导热性能、导电性以及良好的机械性能，但是其热膨胀系数大，容易受温度影响而发生变形；尤其是，将其作为航空航天材料时，由于太空中昼夜温差大，那么更易发生变形。因此，急需开发一种热膨胀系数小的铝合金材料。
发明内容
为了克服现有铝合金材料热膨胀系数大的技术问题，本发明提供了一种高导热航空铝合金，该高导热航空铝合金具有较小的热膨胀系数。
本发明所述的技术方案如下：
一种高导热航空铝合金，其制备原料包含铝、硅、铁、铜、镁、锰、镍、锡；还包含钛酸铋或改性钛酸铋。
在以铝、硅、铁、铜、镁、锰、镍和锡为原料，制备铝合金的过程中，加入钛酸铋可以减小铝合金的热膨胀系数，进而减少了航空铝合金因温度变化而发生变形的情况。
优选地，所述的高导热航空铝合金，其包含如下重量份的制备原料：
铝80～120份；硅5～10份；铁1～3份；铜1～3份；镁0.01～0.1份；锰0.1～1份；镍0.1～1份；锡0.1～0.5份；钛酸铋或改性钛酸铋20～40份。
进一步优选地，所述的高导热航空铝合金，其包含如下重量份的制备原料：
铝90～110份；硅6～8份；铁1～2份；铜1～2份；镁0.01～0.05份；锰0.1～0.5份；镍0.1～0.5份；锡0.1～0.3份；钛酸铋或改性钛酸铋25～35份。
最优选地，所述的高导热航空铝合金，其包含如下重量份的制备原料：
铝100份；硅7份；铁2份；铜2份；镁0.05份；锰0.5份；镍0.5份；锡0.3份；钛酸铋或改性钛酸铋30份。
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。
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的热膨胀系数。
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。
优选地，所述的球磨是指在球磨机中进行。
上述高导热航空铝合金的制备方法，其包含如下步骤：
将铝熔融，然后加入硅、铁、铜、镁、锰、镍、锡，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、浇铸即得所述的高导热航空铝合金。
上述高导热航空铝合金在制备超大面积LED光源散热器中的应用。
有益效果：本发明提供了一种全新组成的高导热航空铝合金，研究表明，在该高导热航空铝合金的制备过程中加入钛酸铋可以降低铝合金的热膨胀系数，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的热膨胀系数。由于本发明所述的高导热航空铝合金具有较低的热膨胀系数以及较高的导热率，因此，将其应用于制备超大面积LED光源散热器，可以提高超大面积LED光源散热器的散热效率以及减少超大面积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1高导热航空铝合金的制备
原料重量份组成：铝100份；硅7份；铁2份；铜2份；镁0.05份；锰0.5份；镍0.5份；锡0.3份；钛酸铋30份。
制备方法：将铝熔融，然后加入硅、铁、铜、镁、锰、镍、锡，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、浇铸即得所述的高导热航空铝合金。
实施例2高导热航空铝合金的制备
原料重量份组成：铝100份；硅7份；铁2份；铜2份；镁0.05份；锰0.5份；镍0.5份；锡0.3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，然后加入硅、铁、铜、镁、锰、镍、锡，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、浇铸即得所述的高导热航空铝合金。
实施例3高导热航空铝合金的制备
原料重量份组成：铝80份；硅10份；铁1份；铜1份；镁0.1份；锰1份；镍0.5份；锡0.1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，然后加入硅、铁、铜、镁、锰、镍、锡，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、浇铸即得所述的高导热航空铝合金。
实施例4高导热航空铝合金的制备
原料重量份组成：铝120份；硅5份；铁3份；铜3份；镁0.01份；锰0.1份；镍1份；锡0.5份；改性钛酸铋40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，然后加入硅、铁、铜、镁、锰、镍、锡，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、浇铸即得所述的高导热航空铝合金。
对比例1高导热航空铝合金的制备
原料重量份组成：铝100份；硅7份；铁2份；铜2份；镁0.05份；锰0.5份；镍0.5份；锡0.3份。
制备方法：将铝熔融，然后加入硅铁、铜、镁、锰、镍、锡，熔融后搅拌均匀得合金液，最后将合金液除气、扒渣、浇铸即得所述的高导热航空铝合金。
对比例1和实施例1与2的区别在于，对比例1不加入钛酸铋或改性钛酸铋。
对比例2高导热航空铝合金的制备
原料重量份组成：铝100份；硅7份；铁2份；铜2份；镁0.05份；锰0.5份；镍0.5份；锡0.3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，然后加入硅、铁、铜、镁、锰、镍、锡，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、浇铸即得所述的高导热航空铝合金。
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3高导热航空铝合金的制备
原料重量份组成：铝100份；硅7份；铁2份；铜2份；镁0.05份；锰0.5份；镍0.5份；锡0.3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，然后加入硅铁、铜、镁、锰、镍、锡，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、浇铸即得所述的高导热航空铝合金。
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4高导热航空铝合金的制备
原料重量份组成：铝100份；硅7份；铁2份；铜2份；镁0.05份；锰0.5份；镍0.5份；锡0.3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：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，然后加入硅、铁、铜、镁、锰、镍、锡，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、浇铸即得所述的高导热航空铝合金。
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1～4以及对比例1～4制备得到的高导热航空铝合金参照国标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.本发明高导热航空铝合金性能测定
导热系数(W/(m·K)) 热膨胀系数(×10<sup>-6</sup>/℃)
实施例1高导热航空铝合金 125 5.8
实施例2高导热航空铝合金 128 0.62
实施例3高导热航空铝合金 119 0.95
实施例4高导热航空铝合金 121 0.83
对比例1高导热航空铝合金 187 23.3
对比例2高导热航空铝合金 115 4.4
对比例3高导热航空铝合金 122 4.1
对比例4高导热航空铝合金 116 5.1
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23.3将至5.8，这说明，加入钛酸铋可以降低以铝、硅、铁、铜、镁、锰、镍和锡为原料制备得到的高导热航空铝合金的热膨胀系数。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铝合金的热膨胀系数；其得到的高导热航空铝合金的热膨胀系数小于1。
由对比例2～3的性能测试数据可以看出，其热膨胀系数与实施例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高导热航空铝合金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铝合金的热膨胀系数；才能得到热膨胀系数小于1的高导热航空铝合金。
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铝合金的热膨胀系数；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铝合金的热膨胀系数。

Claims (10)

1.一种高导热航空铝合金，其制备原料包含铝、硅、铁、铜、镁、锰、镍、锡；其特征在于，还包含钛酸铋或改性钛酸铋。
2.根据权利要求1所述的高导热航空铝合金，其特征在于，包含如下重量份的制备原料：
铝80～120份；硅5～10份；铁1～3份；铜1～3份；镁0.01～0.1份；锰0.1～1份；镍0.1～1份；锡0.1～0.5份；钛酸铋或改性钛酸铋20～40份。
3.根据权利要求1所述的高导热航空铝合金，其特征在于，包含如下重量份的制备原料：
铝90～110份；硅6～8份；铁1～2份；铜1～2份；镁0.01～0.05份；锰0.1～0.5份；镍0.1～0.5份；锡0.1～0.3份；钛酸铋或改性钛酸铋25～35份。
4.根据权利要求1所述的高导热航空铝合金，其特征在于，包含如下重量份的制备原料：
铝100份；硅7份；铁2份；铜2份；镁0.05份；锰0.5份；镍0.5份；锡0.3份；钛酸铋或改性钛酸铋30份。
5.根据权利要求1所述的高导热航空铝合金，其特征在于，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。
6.根据权利要求5所述的高导热航空铝合金，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5所述的高导热航空铝合金，其特征在于，将球磨粉体在870℃下预烧30min；得预烧混合物。
8.根据权利要求5所述的高导热航空铝合金，其特征在于，所述的球磨是指在球磨机中进行。
9.权利要求1～8任一项所述的高导热航空铝合金的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：
将铝熔融，然后加入硅、铁、铜、镁、锰、镍、锡，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、浇铸即得所述的高导热航空铝合金。
10.权利要求1～8任一项所述的高导热航空铝合金在制备超大面积LED光源散热器中的应用。
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