CN113802022A - 一种无需热处理的含钇高导热压铸铝硅铜合金的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无需热处理的含钇高导热压铸铝硅铜合金的制备方法，通过完善工艺，并添加适量稀土钇作为变质剂和细化剂，无需添加任何热处理工序，即可得到导热性能和综合力学性能均优于ADC12的高导热铝合金。该铝硅铜合金种各组分的质量百分比为：硅9.0～11.5％，铜1.4～1.6％，铁0.7～1.0％，稀土钇0～0.5％，杂质元素≤0.2％，其余为铝。本发明制备的含钇高导热压铸铝硅铜合金，生产成本较低，导热导电性能高，适用于电子产品、通讯基站和大型LED照明设备等，可进行工业化生产。

Description

一种无需热处理的含钇高导热压铸铝硅铜合金的制备方法

技术领域

本发明属于铝合金制备技术领域，尤其是一种无需热处理的含钇高导热压铸铝硅铜合金的制备方法。

背景技术

铝合金由于其低密度、较大的比强度、导电导热性能优异、易加工、易回收并且价格低廉等优点被广泛应用于各行各业，如汽车制造业、航空航天、交通运输、通讯、电子等领域。随着现代科技的不断发展，在电子产品、通讯基站和大型LED照明设备的散热壳体部分都向着小型化、轻量化和集成化等方面发展，但是其单位体积的发热量却急剧增加，所以这些行业对材料的散热性能提出了更加严苛的要求，以保证设备的正常运行。

汽车、航空、高铁、电子通讯等高端领域运用最为广泛的就是Al-Si系合金，其铸造流动性较好、较小的热膨胀系数、生产成本低并且生产效率高，在铝合金铸件的占比一般在85～ 90％。目前应用较广的Al-Si系压铸铝合金为ADC12和A356合金，ADC12合金在室温下的导热系数仅为96W/(m·k)，电导率为23％IACS，A356铝合金的导热系数则有130W/(m·k)，但是A356中Fe含量较低，一般不用于压铸生产，所以在大功率LED散热器和其他一些铝制散热器上一般都选用的是ADC12合金。随着市场需求的不断提高，目前的Al-Si系压铸铝合金已经难以满足市场需求，因此提升商用Al-Si合金的导热性能具有广阔的发展前景。

有研究表明，大型LED工作时大部分电能转变为了热能而不是光能，其在工作过程中如果散热不及时会降低其运行效率，减少使用周期与寿命，所以提高LED散热器的散热性能被认为是提高效率和寿命的关键。目前在大功率LED散热器和其他一些铝制散热器上一般大多数都是选用ADC12合金，但是其较高的Si含量以及微观组织中的板条状和块状共晶硅极大地影响了材料的导电导热性能和力学性能，其导热系数还不到纯铝的一半，所以在不降低ADC12 合金的力学性能的前提下如何大幅度提升合金的导热系数成为了研究的重点。

目前关于铝硅合金的研究主要是这集中于力学性能和耐磨性能等，很少有研究者聚焦于 Al-Si合金的导热性能。在压铸铝合金的制备过程中，一般都会经过热处理步骤，因为在经过热处理后其综合性能具有较大程度的提升，但相应的成本也较高。

例如：申请号为201610973458.4的中国专利，公开了一种掺杂稀土元素钇的6061铝合金及其制备方法，其通过向6061铝合金中添加稀土元素钇，改善了合金的微观组织，通过合理的挤压和热处理工艺提高了合金的力学性能，使得铝钇合金的抗拉强度达到355Mpa。6061 铝合金与ADC12的应用方法不同，改善的性能方向也不同，其广泛应用于装饰、包装、建筑、运输、电子、航空、航天、兵器等各行各业，重点是提高力学性能，而忽视了导热导电性能。

此外，在导热性能方面，R.N.Lumley等人(Thermal characteristics of heat-treated aluminum high-pressure die-castings)研究了热处理对高压压铸A380铝合金机械性能和导热性能的影响，发现A380合金在热处理后共晶硅发生了球化而且析出相较为精细弥散分布，减小了基体的晶格畸变，因此A380合金的导热性能得到提升。后续还研究了热处理和 Mn元素对几种常用的高压压铸Al-Si-Cu合金的导热性能，发现所有合金在T7热处理后其导热性能具有较大幅度的提升。

本发明针对以上问题，在能够降低成本，且不降低ADC12合金的力学性能的前提下，提升铝硅铜合金的导热系数。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种无需热处理的含钇高导热压铸铝硅铜合金的制备方法，通过适量稀土钇作为变质剂和细化剂，无需添加任何热处理工序，即可得到导热性能和综合力学性能均优于ADC12的高导热铝合金。

为实现上述目的，本发明提供的方案如下：

一种无需热处理的含钇高导热压铸铝硅铜合金的制备方法，包括以下步骤：

(1)按比例准备好各种原料：纯铝锭、Al-Cu中间合金、Al-Fe中间合金、Al-Y中间合金、Si单质；

(2)将纯铝锭表面清理干燥后，放入感应炉或井式炉中进行熔炼，其熔化温度为700～ 740℃；

(3)当铝液的温度达到730～740℃时，将烘干后的Al-Cu中间合金、Al-Fe中间合金添加至铝液中，然后将温度升高至755～765℃，保温15～20min；

(4)保温结束后再添加Si单质，待Si单质熔化后继续保温15～20min；

(5)将混合铝液降温至740℃，添加Al-Y中间合金，待其完全熔化后继续保温25～30min；

(6)加入精炼剂进行精炼净化处理，随后除渣；

(7)将混合铝液温度降至700～720℃进行浇铸，得到铝硅铜合金。

进一步的，所述的铝硅铜合金中各组分的质量百分比为：硅9.0～11.5％，铜1.4～1.6％，铁0.7～1.0％，稀土钇0～0.5％，杂质元素≤0.2％，其余为铝。

具体的，所述的杂质元素包括Mg、Mn、Zn、Ti以及其他杂质元素；其中，按质量百分比计，Mg≤0.1％，Mn≤0.03％，Zn≤0.1％，Ti≤0.1％，其他杂质元素单个≤0.05％，杂质元素合计不超过0.2％。

优选的，所述Al-Y中间合金的制备方法为：所述氟化钇的制备方法为分阶段反应法，按照摩尔比为6:1取氟化氢铵和氧化钇，进行氟化反应制备氟化钇；具体过程为：第一个阶段为氟化过程，于220℃条件下反应115～125min；第二个阶段为脱氨过程，升高温度至430℃条件下反应115～125min。

具体的，所述纯铝锭的纯度为99.9％以上。

具体的，步骤(6)所述的精炼剂为六氯乙烷，所述精炼剂的添加量为合金总质量的0.3～ 0.5％。六氯乙烷作为用于铝硅铜合金制备过程中除气精炼，其能够湿润和部分溶解吸附金属液中呈悬浮状态的氧化物，随气泡上升，具有很好的除气精炼作用。

优选的，所述稀土钇的质量百分比含量控制为0.2～0.4％。经检测证明，当稀土钇含量为0.2～0.4％时，其综合性能保持在较优的水平。

本发明在铝硅铜合金的生产熔炼的过程中添加微量的稀土元素能够较大程度的改善铝合金的微观组织，提升性能。本发明的氟化反应是氧化钇和氟化氢铵反应生成(NH₄)₃Y₂F₉、 NH₄Y₂F₇、NH₄F、YF₃等物质，脱氨反应则是(NH₄)₃Y₂F₉、NH₄Y₂F₇在较高温度下发生分解反应形成YF₃，并且产物中所含有的NH₄F也会分解成NH3和HF，增加产物的纯度。其原理如下所示：

Y₂O₃+6NH₄HF₂＝(NH₄)₃Y₂F₉+3NH₄F+3H₂O；

9NH₄F+Y₂O₃＝(NH₄)₃Y₂F₉+3H₂O+6NH₃；

7(NH₄)3Y₂F₉+2Y₂O₃＝9NH₄Y₂F₇+6H₂O+12NH₃；

(NH₄)₃Y₂F₉＝NH₄Y₂F₇+2(NH₃+HF)；

NH₄Y₂F₇＝2YF₃+(NH₃+HF)。

本发明采用分阶段反应法，第一阶段220℃条件下反应115～125min，第二阶段430℃条件下反应115～125min。经测试，与传统方法(300℃条件下反应12h)所制备的氟化钇其物相组成相似，纯度也较佳；其物相组成均为YF₃、(NH₄)₃Y₂F₉和NH₄Y₂F₇，均未出现 YOF杂质和未反应的Y₂O₃。从节能方面考虑，采用本发明的低温氟化+高温脱氨的分阶段反应的方法所耗费的能源和时间更少，从而大大的节省时间和生产成本。

本发明采用重力铸造的方式生产Al-Si-Cu合金，可有效保证产品较优的致密度。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明提供一种无需热处理的含钇高导热压铸铝硅铜合金的制备方法，通过完善工艺，并添加适量稀土钇作为变质剂和细化剂，无需添加任何热处理工序，即可得到导热性能和综合力学性能均优于ADC12的高导热铝合金。

2、本发明在合金中添加了稀土Y后，合金中存在的共晶硅也由粗大的板条状转变为了短棒状和细纤维状，共晶硅尺寸越细小，合金的电导率和导热系数越高，这是因为共晶硅尺寸减小，导致电子通道增加，其对自由电子的散射作用降低，平均自由程得到增加，从而使得本发明的铝硅铜合金的电导率和导热系数都得到提升。

3、本发明的稀土Y以Al-Y中间合金的形式添加，添加的稀土Y能够与合金中的Cu和Fe元素形成化合物，使部分的Cu、Fe等元素由固溶态转变为析出态，降低了α-Al基体的晶格畸变，从而降低了合金的电阻率。

4、本发明制备的含钇高导热压铸铝硅铜合金，生产成本较低，导热导电性能高，适用于电子产品、通讯基站和大型LED照明设备等，可进行工业化生产。

附图说明

图1为本发明实施例1-5的铝硅铜合金的电导率；

图2为本发明实施例1-5的铝硅铜合金的硬度；

图3为本发明实施例1-5的铝硅铜合金的抗拉强度及延伸率；

图4为本发明实施例5的铝硅铜合金的、断口形貌；

图5为本发明实施例1的铝硅铜合金的、断口形貌；

图6为本发明实施例2的铝硅铜合金的、断口形貌；

图7为本发明实施例3的铝硅铜合金的、断口形貌；

图8为本发明实施例4的铝硅铜合金的、断口形貌。

图9为本发明拉伸性能测试中拉伸样品的尺寸图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的描述：

实施例1

一种无需热处理的含钇高导热压铸铝硅铜合金的制备方法，包括以下步骤：

(1)按比例准备好各种原料：纯铝锭、Al-Cu中间合金、Al-Fe中间合金、Al-Y中间合金、Si单质；

(2)将纯铝锭表面清理干燥后，放入感应炉中熔炼成铝液，其熔化温度为740℃；

(3)当铝液的温度达到740℃时，将烘干后的Al-Cu中间合金、Al-Fe中间合金添加至铝液中，然后将温度升高至760℃，保温20min；

(4)保温结束后再添加Si单质，待Si单质熔化后继续保温20min；

(5)将混合铝液降温至740℃，添加Al-Y中间合金，待其完全熔化后继续保温25min；

(6)加入精炼剂六氯乙烷进行精炼净化处理，随后除渣；所述精炼剂的添加量为合金总质量的0.5％；

(7)将混合铝液温度降至720℃进行浇铸，得到铝硅铜合金。

所述的铝硅铜合金中，各组分的质量百分比为：硅10％，铜1.5％，铁0.8％，稀土钇0.1％，杂质元素≤0.1％，其余为铝。所述的杂质元素包括Mg、Mn、Zn、Ti以及其他杂质元素；其中，按质量百分比计，Mg≤0.1％，Mn≤0.03％，Zn≤0.1％，Ti≤0.1％，其他杂质元素单个≤0.05％。

所述Al-Y中间合金的制备方法为：所述氟化钇的制备方法为分阶段反应法，按照摩尔比为6:1取氟化氢铵和氧化钇，进行氟化反应制备氟化钇；具体过程为：第一个阶段为氟化过程，于220℃条件下反应120min；第二个阶段为脱氨过程，升高温度至430℃条件下反应 120min。

实施例2

与实施例1的区别在于，各组分的质量百分比为：硅9.5％，铜1.4％，铁0.9％，稀土钇 0.2％，杂质元素≤0.1％，其余为铝，其余步骤均一样。

实施例3

与实施例1的区别在于，各组分的质量百分比为：硅11％，铜1.6％，铁0.8％，稀土钇 0.3％，杂质元素≤0.1％，其余为铝，其余步骤均一样。

实施例4

与实施例1的区别在于，各组分的质量百分比为：硅11.5％，铜1.5％，铁1.0％，稀土钇 0.4％，杂质元素≤0.1％，其余为铝，其余步骤均一样。

实施例5

与实施例1的区别在于，各组分的质量百分比为：硅10％，铜1.5％，铁0.8％，杂质元素≤0.1％，不添加稀土钇，其余为铝；即不添加稀土钇，制备过程中也去除添加Al-Y中间合金的步骤。

实施例6

一种无需热处理的含钇高导热压铸铝硅铜合金的制备方法，包括以下步骤：

(1)按比例准备好各种原料：纯铝锭、Al-Cu中间合金、Al-Fe中间合金、Al-Y中间合金、Si单质；

(2)将纯铝锭表面清理干燥后，放入感应炉中熔炼成铝液，其熔化温度为700℃；

(3)当铝液的温度达到730℃时，将烘干后的Al-Cu中间合金、Al-Fe中间合金添加至铝液中，然后将温度升高至755℃，保温20min；

(4)保温结束后再添加Si单质，待Si单质熔化后继续保温20min；

(5)将混合铝液降温至740℃，添加Al-Y中间合金，待其完全熔化后继续保温30min；

(6)加入精炼剂六氯乙烷进行精炼净化处理，随后除渣；所述精炼剂的添加量为合金总质量的0.4％；

(7)将混合铝液温度降至720℃进行浇铸，得到铝硅铜合金。

所述的铝硅铜合金中，各组分的质量百分比为：硅9.0％，铜1.5％，铁0.85％，稀土钇0.25％，杂质元素≤0.1％，其余为铝。所述的杂质元素包括Mg、Mn、Zn、Ti以及其他杂质元素；其中，按质量百分比计，Mg≤0.1％，Mn≤0.03％，Zn≤0.1％，Ti≤0.1％，其他杂质元素单个≤0.05％。

所述Al-Y中间合金的制备方法为：所述氟化钇的制备方法为分阶段反应法，按照摩尔比为6:1取氟化氢铵和氧化钇，进行氟化反应制备氟化钇；具体过程为：第一个阶段为氟化过程，于220℃条件下反应115min；第二个阶段为脱氨过程，升高温度至430℃条件下反应 125min。

实施例7

一种无需热处理的含钇高导热压铸铝硅铜合金的制备方法，包括以下步骤：

(1)按比例准备好各种原料：纯铝锭、Al-Cu中间合金、Al-Fe中间合金、Al-Y中间合金、Si单质；

(2)将纯铝锭表面清理干燥后，放入感应炉中熔炼成铝液，其熔化温度为720℃；

(3)当铝液的温度达到735℃时，将烘干后的Al-Cu中间合金、Al-Fe中间合金添加至铝液中，然后将温度升高至760℃，保温18min；

(4)保温结束后再添加Si单质，待Si单质熔化后继续保温20min；

(5)将混合铝液降温至740℃，添加Al-Y中间合金，待其完全熔化后继续保温28min；

(6)加入精炼剂六氯乙烷进行精炼净化处理，随后除渣；所述精炼剂的添加量为合金总质量的0.3％；

(7)将混合铝液温度降至720℃进行浇铸，得到铝硅铜合金。

所述的铝硅铜合金中，各组分的质量百分比为：硅10.5％，铜1.5％，铁0.8％，稀土钇0.3％，杂质元素≤0.1％，其余为铝。所述的杂质元素包括Mg、Mn、Zn、Ti以及其他杂质元素；其中，按质量百分比计，Mg≤0.1％，Mn≤0.03％，Zn≤0.1％，Ti≤0.1％，其他杂质元素单个≤0.05％。

所述Al-Y中间合金的制备方法为：所述氟化钇的制备方法为分阶段反应法，按照摩尔比为6:1取氟化氢铵和氧化钇，进行氟化反应制备氟化钇；具体过程为：第一个阶段为氟化过程，于220℃条件下反应125min；第二个阶段为脱氨过程，升高温度至430℃条件下反应 115min。

实施例8

一种无需热处理的含钇高导热压铸铝硅铜合金的制备方法，包括以下步骤：

(1)按比例准备好各种原料：纯铝锭、Al-Cu中间合金、Al-Fe中间合金、Al-Y中间合金、Si单质；

(2)将纯铝锭表面清理干燥后，放入感应炉中熔炼成铝液，其熔化温度为740℃；

(3)当铝液的温度达到740℃时，将烘干后的Al-Cu中间合金、Al-Fe中间合金添加至铝液中，然后将温度升高至760℃，保温20min；

(4)保温结束后再添加Si单质，待Si单质熔化后继续保温20min；

(5)将混合铝液降温至740℃，添加Al-Y中间合金，待其完全熔化后继续保温25min；

(6)加入精炼剂六氯乙烷进行精炼净化处理，随后除渣；所述精炼剂的添加量为合金总质量的0.5％；

(7)将混合铝液温度降至720℃进行浇铸，得到铝硅铜合金。

所述的铝硅铜合金中，各组分的质量百分比为：硅9.5％，铜1.6％，铁0.7％，稀土钇0.35％，杂质元素≤0.1％，其余为铝。所述的杂质元素包括Mg、Mn、Zn、Ti以及其他杂质元素；其中，按质量百分比计，Mg≤0.1％，Mn≤0.03％，Zn≤0.1％，Ti≤0.1％，其他杂质元素单个≤0.05％。

所述Al-Y中间合金的制备方法为：所述氟化钇的制备方法为分阶段反应法，按照摩尔比为6:1取氟化氢铵和氧化钇，进行氟化反应制备氟化钇；具体过程为：第一个阶段为氟化过程，于220℃条件下反应120min；第二个阶段为脱氨过程，升高温度至430℃条件下反应 125min。

对实施例1-5的方法制备的铝硅铜合金进行如下分析：

(1)电导率测试:样品表面用砂纸打磨至粗糙度小于Ra6.3(打磨至5000#砂纸)，采用型号为D60K数字金属电导率测试仪来测量合金的电导率，每个样品测量5次取平均值。

(2)导热系数测试

采用闪光法测量试样的导热系数，是通过计算合金密度、比热和热扩散系数三个值的乘积所得到的的，其计算公式如下：λ＝αC_pρ，式中，λ为合金的导热系数，W/(m·k)，α为合金的热扩散系数，mm²/s；C_p为合金的比热，J/(g·k)；ρ为合金的密度，g/cm³。

热扩散系数是通过耐驰LFA-467型激光热导测试仪所测量的，其标准为ASTME1461。先用线切割将测试样品切成

用砂纸稍微打磨样品表面，测试时需在样品表面喷一层石墨，增加其对光能的吸收比和表面的红外发射率，每个试样进行三次测量去平均值，在测试时应保证设备中液氮充足，降低因激光脉所引起的温度升高。

比热则是通过耐驰DSC-404型差式扫描量热仪测量。测试前先准备45-60mg的样品，并提前称量好一对质量相近的坩埚(Al₂O₃)，一个坩埚中放入蓝宝石，则另一个坩埚中放入待测样品，使用样品+修正模式测量样品的比热，测试温度区间为25～130℃，升温速率为5℃ /min。

采用型号为GH-128E的全自动电子密度计来测量合金的密度，测试原理是排水法测量样品的密度，测试精度为0.0001(g/cm³)。

(3)显微硬度测试：样品表面用5000#砂纸打磨，采用维氏硬度计(型号为HVT-1000) 来测试合金的硬度,测试时加载载荷为0.2kgf，保压时间为15s，每个样品测试10个样品，去掉最大值和最小值后剩余数据取均值。

(4)室温拉伸性能测试及断口形貌观察

拉伸性能测试是在型号为Instron 8801万能试验机上进行的，拉伸性能测试和样品尺寸根据国标GB/T 228.1标准执行，试样的拉伸速度为1mm/min，拉伸样品的尺寸如图9所示。

拉伸试样是通过线切割制备的，在拉伸前需使用砂纸到抹掉样品表面的线切割痕迹，延伸率的计算公式为：

式中：δ为合金的延伸率，％；l₁为合金的断后标距部分长度，mm；l₀为合金的标距长度，mm。

分析结果如下：

(1)实施例1-5的铝硅铜合金的电导率如图1所示。由图1可知，随着稀土Y含量的增加，合金材料的电导率呈先上升后下降的趋势。实施例5中未添加稀土Y时，合金的电导率最低，仅为28.10％IACS；当合金中添加0.3％的Y后，其电导率达到最高值，为33.91％IACS，较未添加稀土Y的合金电导率提升率为20.68％。

对实施例4与实施例5的铝硅铜合金测定其晶格常数，得到：实施例5中未添加Y的合金其晶格常数为

实施例4中添加0.4％的Y后其晶格常数变为

更接近纯铝的晶格常数

说明了添加稀土Y能够降低本发明的铝硅铜合金的晶格畸变。 Y在Al中的固溶度很小，所以固溶的Y引起的电阻率增加是很有限的；并且稀土Y具有较强的化学性质，能够与铝液中的杂质元素结合，使得Y除杂所引起的电阻率降低量大于其固溶所造成的电阻率增加量，所以显示出电导率增加。而且Y能够与合金中的Cu和Fe元素形成化合物，使部分的Cu、Fe等元素由固溶态转变为析出态，降低了α-Al基体的晶格畸变，也降低了合金的电阻率。

(2)实施例1-5的铝硅铜合金的热系数如表1所示。由表1可知，对比例1中铝硅铜合金的导热系数最低，为114.24W/(m·k)，导热系数最高为135.16W/(m·k)，导热系数的提升率为18.31％。

表1实施例1-5铝硅铜合金的导热系数

	Y的添加量(wt.％)	导热系数(W/(m·k))
			实施例1	0.1％	119.78
实施例2	0.2％	126.55
			实施例3	0.3％	135.16
实施例4	0.4％	130.86
			实施例5	0	114.24

目前常用的ADC12铝合金，其导热系数仅为96(W/(m·k))左右，本发明的铝硅铜合金较ADC12减少了Cu、Mg、Zn等在Al基体中固溶度大的元素，从而减少了α-Al基体的晶格畸变，也减少了第二相粒子的存在，从而增大了合金的导电导热能力，导热系数的增幅达到了19.00％～40.79％。

本发明在合金中添加了稀土Y后，合金中存在的共晶硅也由粗大的板条状转变为了短棒状和细纤维状，结合图1，共晶硅尺寸越细小，合金的电导率和导热系数越高，这是因为共晶硅尺寸减小，导致电子通道增加，其对自由电子的散射作用降低，平均自由程得到增加，从而使得本发明的铝硅铜合金的电导率和导热系数都得到提升。

(3)实施例1-5的铝硅铜合金的硬度如图2所示。由图2可知，本发明铝硅铜合金的硬度随着稀土Y含量的增加先上升后下降，且添加稀土Y的整体的硬度都要高于未添加稀土Y 的，说明添加稀土Y能够提升本发明合金的硬度。

当添加的Y含量达到0.2％时，此时合金的硬度最大，硬度由原始的78.82HV提升至94.80 HV，提升率为20.27％。添加0.2％的稀土Y后合金的硬度最佳，这是因为添加0.2％Y的试样具有最小的二次枝晶臂间距，说明其α-Al晶粒最细小，其细晶强化效果最佳。

(4)实施例1-5的铝硅铜合金的抗拉强度及延伸率如图3所示。由图3可知，本发明铝硅铜合金的随着稀土Y含量的增加先上升后下降，且添加稀土Y的整体的抗拉强度及延伸率都要高于未添加稀土Y的。未添加稀土Y的合金抗拉强度为160.5MPa，延伸率为2.08％。

实施例2中合金的抗拉强度达到了最大，为203.8MPa，较实施例5未添加稀土Y的合金抗拉强度提升了26.98％，其延伸率提升率为60.10％。实施例3中添加0.3％的稀土Y时，合金的延伸率最佳，为4.37％，较未添加Y的合金延伸率提升了110.10％，其抗拉强度提升了 23.15％。

合金的拉伸性能仅用抗拉强度或者是延伸率单一表征是不够严谨的，故采用质量指数Q 来表征合金的真实拉伸性能，其计算公式如下所示：Q＝UTS+150lgEI，式中，UTS为合金的抗拉强度，EI为合金的延伸率，Q为合金的质量指数。

将上述各个合金的抗拉强度和延伸率代入上式，计算出各个合金的质量指数Q，其结果如下表2所示。

表2实施例1-5铝硅铜合金的质量指数

	Y的添加量(wt.％)	质量指数Q(MPa)
			实施例1	0.1％	220.20
实施例2	0.2％	284.10
			实施例3	0.3％	293.40
实施例4	0.4％	280.10
			实施例5	0	207.70

由表2中可以看出未添加Y的合金质量指数Q最小，仅为207.7MPa；而当稀土Y的添加量增加至0.3％时，此时合金的质量指数Q最大，为293.4MPa，较未添加稀土Y的试样提升了41.26％；随着稀土Y含量的进一步增加，质量指数开始呈现下降趋势。

(5)实施例1-5的铝硅铜合金的、断口形貌如图4-8所示。由图4可知，未添加稀土Y时，拉伸断口中存在许多尺寸非常大的解离面和解离台阶，根本观察不到韧窝的存在，表现为典型的解理断裂方式，合金的延伸率仅为2.08％，宏观上表现为脆性断裂。

如图5，当合金中添加0.1％的Y时，其拉伸断口与未添加Y的区别不大，还是以解离断裂为主，存在粗大的解离面和解离台阶。

如图6，当合金中添加0.2％的Y后，可以观察到断口中的解离台阶尺寸有了明显的减小，并且出现了许多撕裂棱，其断裂方式由解理断裂向准解离断裂过渡，合金的抗拉强度和延伸率有了较为明显的提升。

如图7和图8，当Y的含量达到0.3％和0.4％后，在合金的拉伸断口中观察到许多明显的拉伸韧窝，并且撕裂棱的数量进一步增加，说明断裂方式由准解理断裂向韧性断裂变化。

当合金中添加了0.3-0.4％的Y后，此时合金中存在的共晶硅基本上已经转变为了短棒状和颗粒状，其对α-Al基体的割裂作用明显降低，此时共晶硅能够承受更大的应力，部分裂纹在扩展的过程中能够避开细小的共晶硅，从而使合金的塑性提升。

表3为本发明实施例1-5铝硅铜合金的各项监测参数。

表3

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种无需热处理的含钇高导热压铸铝硅铜合金的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)按比例准备好各种原料：纯铝锭、Al-Cu中间合金、Al-Fe中间合金、Al-Y中间合金、Si单质；

(2)将纯铝锭表面清理干燥后，放入感应炉或井式炉中进行熔炼，其熔化温度为700～740℃；

(3)当铝液的温度达到730～740℃时，将烘干后的Al-Cu中间合金、Al-Fe中间合金添加至铝液中，然后将温度升高至755～765℃，保温15～20min；

(4)保温结束后再添加Si单质，待Si单质熔化后继续保温15～20min；

(5)将混合铝液降温至740℃，添加Al-Y中间合金，待其完全熔化后继续保温25～30min；

(6)加入精炼剂进行精炼净化处理，随后除渣；

(7)将混合铝液温度降至700～720℃进行浇铸，得到铝硅铜合金。

2.根据权利要求1所述的无需热处理的含钇高导热压铸铝硅铜合金的制备方法，其特征在于：所述的铝硅铜合金中各组分的质量百分比为：硅9.0～11.5％，铜1.4～1.6％，铁0.7～1.0％，稀土钇0～0.5％，杂质元素≤0.2％，其余为铝。

3.根据权利要求2所述的无需热处理的含钇高导热压铸铝硅铜合金的制备方法，其特征在于：所述的杂质元素包括Mg、Mn、Zn、Ti以及其他杂质元素；其中，按质量百分比计，Mg≤0.1％，Mn≤0.03％，Zn≤0.1％，Ti≤0.1％，其他杂质元素单个≤0.05％，杂质元素合计不超过0.2％。

4.根据权利要求1所述的无需热处理的含钇高导热压铸铝硅铜合金的制备方法，其特征在于：所述Al-Y中间合金的制备方法为：所述氟化钇的制备方法为分阶段反应法，按照摩尔比为6:1取氟化氢铵和氧化钇，进行氟化反应制备氟化钇；具体过程为：第一个阶段为氟化过程，于220℃条件下反应115～125min；第二个阶段为脱氨过程，升高温度至430℃条件下反应115～125min。

5.根据权利要求1所述的无需热处理的含钇高导热压铸铝硅铜合金的制备方法，其特征在于：所述纯铝锭的纯度为99.9％以上。

6.根据权利要求1所述的无需热处理的含钇高导热压铸铝硅铜合金的制备方法，其特征在于：步骤(6)所述的精炼剂为六氯乙烷，所述精炼剂的添加量为合金总质量的0.3～0.5％。

7.根据权利要求1或2所述的无需热处理的含钇高导热压铸铝硅铜合金的制备方法，其特征在于：所述稀土钇的质量百分比含量控制为0.2～0.4％。

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