CN114150194A

CN114150194A - 高导热性改性铝合金材料、制备方法及5g通讯设备腔体

Info

Publication number: CN114150194A
Application number: CN202111454356.9A
Authority: CN
Inventors: 张瑞; 张远; 干杰
Original assignee: Suzhou Joyo Metal Technology Co ltd
Current assignee: Suzhou Joyo Metal Technology Co ltd
Priority date: 2021-11-30
Filing date: 2021-11-30
Publication date: 2022-03-08

Abstract

本发明涉及铝合金领域，公开了高导热性改性铝合金材料、制备方法及5G通讯设备腔体。按重量百分比包括如下组分：2％‑2.4％的Cu，0.01％‑0.02％的Mn，0.02％‑0.05％的Mg，0.001％‑0.008％的Zn，0.002％‑0.009％的Ni，0.001％‑0.006％的Ca，0.001％‑0.004％的Sb，0.011％‑0.019％的Ti，0.5％‑0.7％的石墨烯，余量为Al。通过上述设置，提升了铝合金的散热、耐温、导电率和轻量化，增加了材料的硬度和强度，并且能调节材料的膨胀系数，增加了铝合金的应用范围和使用寿命。

Description

高导热性改性铝合金材料、制备方法及5G通讯设备腔体

技术领域

本发明涉及铝合金领域，特别涉及高导热性改性铝合金材料、制备方法及5G通讯设备腔体。

背景技术

近年来，5G通讯基站取得了广泛应用，替代了2G、3G、4G通讯基站的使用，相对应的，为了满足5G技术的商业化应用，必然需要对相关设备材料进行更新，包括如应用于各种通讯基站、天线设备以及设备终端的材料等。目前工业铝材符合5G建设的基本要求，不光有运输以及搬运方便的优点，同时具备耐腐蚀耐生锈的特点，满足5G基站适合多种恶劣环境的要求。与4G基站相比，5G基站体积明显偏小，并且具备更高更快更强的传播率。因此5G基站对功率、发热量、上升的温度都有较高的要求。随着基站高功率密度电磁器件的数量及排布密度不断增加，而运行过程中产生的热量必须即时导出，否则温度过高将严重影响设备运行的稳定性和可靠性，大大缩短各类器材的使用寿命，因此如何在轻量化背景下，快速有效导出器件生热是急需解决的重要问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了高导热性改性铝合金材料、制备方法及5G通讯设备腔体。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种高导热性改性铝合金材料，按重量百分比包括如下组分：2％-2.4％的Cu，0.01％-0.02％的Mn，0.02％-0.05％的Mg，0.001％-0.008％的Zn，0.002％-0.009％的Ni，0.001％-0.006％的Ca，0.001％-0.004％的Sb，0.011％-0.019％的Ti，0.5％-0.7％的石墨烯，余量为Al。

作为本发明的一种优选方案，各成分的固定含量为：2.16％的Cu，0.014％的Mn，0.028％的Mg，0.005％的Zn，0.003％的Ni，0.002％的Ca，0.004％的Sb，0.011％的Ti，0.6％的石墨烯。

制备的高导热性改性铝合金材料的方法，包括如下步骤：

步骤一：将石墨烯、氧化石墨烯、功能化纳米颗粒进行混合，以获得混配基体，并将混配基体置于含氨基硅烷偶联剂的乙醇溶液中进行超声搅拌1h，并加入去离子水，反应90-120min，获得混配溶液，在混配溶液中添加还原剂，对其冷冻干燥后获得石墨烯改性基体；

步骤二：以铝锭为基体合金，铝铜合金、铝锰合金、铝镁合金、铝锌合金、铝镍合金、铝钙合金、铝锑合金和铝钛合金为中间合金，分别加入至熔炉中进行熔化，以形成多成分的复配铝锭；

步骤三：将所述步骤一中的石墨烯改性基体与所述步骤二中的复配铝锭，一同送入熔铸成型机中，并控制熔铸温度和导入的时间节点，待冷却后形成晶格大小和均匀分布的石墨烯改性铝合金材料；

步骤四：对所述步骤三中的石墨烯改性铝合金材料进行导热、硬度和强度测试。

作为本发明的一种优选方案，所述步骤一中的所述功能化纳米颗粒的粒径为1-100nm，所述石墨烯改性基体厚度为1-8μm。

作为本发明的一种优选方案，所述步骤二中的所述铝铜合金中所含Cu元素的重量百分比为2％-2.4％，所述铝锰合金中所含Mn元素的重量百分比为0.01％-0.02％，所述铝镁合金中所含Mg元素的重量百分比为0.02％-0.05％，所述铝锌合金中所含Zn元素的重量百分比为0.001％-0.008％，所述铝镍合金中所含Ni元素的重量百分比为0.002％-0.009％，所述铝钙合金中所含Ca元素的重量百分比为0.001％-0.006％，所述铝锑合金中所含Sb元素的重量百分比为0.001％-0.004％，所述铝钛合金中所含Ti元素的重量百分比为0.011％-0.019％。

作为本发明的一种优选方案，所述步骤三中的所述石墨烯改性铝合金材料的晶粒尺寸为0.2-0.5μm。

作为本发明的一种优选方案，所述步骤四中对所述石墨烯改性铝合金材料测试的热扩散系数不低于80mm²/s，导热系数不低于219W/mK，布氏硬度不低于70HB，抗拉强度为205.14MPa，屈服强度为134.46MPa。

本发明的一种5G通讯设备腔体，所述腔体由上述所述的改性铝合金材料制备而成。

综上所述，本发明具有如下有益效果：通过上述设置，提升了铝合金的散热、耐温、导电率和轻量化，增加了材料的硬度和强度，并且能调节材料的膨胀系数，增加了铝合金的应用范围和使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的制备高导热性改性铝合金材料的方法工艺流程示意图。

图2为本发明的功能化纳米颗粒的粒径与石墨烯改性基体大小的分布示意图。

图3为本发明的石墨烯改性铝合金在显微镜下的晶粒尺寸大小示意图。

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作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。

实施例1

本发明提出的高导热性改性铝合金材料，按重量百分比包括如下组分：2％-2.4％的Cu，0.01％-0.02％的Mn，0.02％-0.05％的Mg，0.001％-0.008％的Zn，0.002％-0.009％的Ni，0.001％-0.006％的Ca，0.001％-0.004％的Sb，0.011％-0.019％的Ti，0.5％-0.7％的石墨烯，余量为Al。

实施例2

本发明提出的高导热性改性铝合金材料，按重量百分比包括如下组分：2％的Cu，0.01％的Mn，0.02％的Mg，0.001％的Zn，0.002％的Ni，0.001％的Ca，0.001％的Sb，0.011％的Ti，0.5％的石墨烯，余量为Al。

实施例3

本发明提出的高导热性改性铝合金材料，按重量百分比包括如下组分：2.4％的Cu，0.02％的Mn，0.05％的Mg，0.008％的Zn，0.009％的Ni，0.006％的Ca，0.004％的Sb，0.019％的Ti，0.7％的石墨烯，余量为Al。

实施例4

本发明提出的高导热性改性铝合金材料，按重量百分比包括如下组分：2.16％的Cu，0.014％的Mn，0.028％的Mg，0.005％的Zn，0.003％的Ni，0.002％的Ca，0.004％的Sb，0.011％的Ti，0.6％的石墨烯，余量为Al。

实施例5

如图1所示，本发明的制备高导热性改性铝合金材料的方法工艺流程过程，包括如下步骤：

步骤一：将石墨烯、氧化石墨烯、功能化纳米颗粒进行混合，以获得混配基体，并将混配基体置于含氨基硅烷偶联剂的乙醇溶液中进行超声搅拌1h，并加入去离子水，反应90-120min，获得混配溶液，在混配溶液中添加还原剂，对其冷冻干燥后获得石墨烯改性基体。

其中，如图2所示，优选地，功能化纳米颗粒的粒径为1-100nm之间进行调整，石墨烯改性基体厚度为1-8μm之间。

步骤二：以铝锭为基体合金，铝铜合金、铝锰合金、铝镁合金、铝锌合金、铝镍合金、铝钙合金、铝锑合金和铝钛合金为中间合金，其中，各成分的重量百分比为：铝铜合金中所含Cu元素的重量百分比为2％-2.4％，铝锰合金中所含Mn元素的重量百分比为0.01％-0.02％，铝镁合金中所含Mg元素的重量百分比为0.02％-0.05％，铝锌合金中所含Zn元素的重量百分比为0.001％-0.008％，铝镍合金中所含Ni元素的重量百分比为0.002％-0.009％，铝钙合金中所含Ca元素的重量百分比为0.001％-0.006％，铝锑合金中所含Sb元素的重量百分比为0.001％-0.004％，铝钛合金中所含Ti元素的重量百分比为0.011％-0.019％。将上述各成分的原料百分比，分别加入至250℃的熔炉中进行预热，然后，将温度升至660℃-800℃，将上述的各成分的合金全部熔化，以形成多成分的复配铝锭。

步骤三：将步骤一中的石墨烯改性基体与步骤二中的复配铝锭，一同送入熔铸成型机中，并控制熔铸温度和导入的时间节点，待冷却后形成晶格大小和均匀分布的石墨烯改性铝合金材料。

其中，如图3所示，石墨烯改性铝合金材料的晶粒尺寸为0.2-0.5μm。

步骤四：对步骤三中的石墨烯改性铝合金材料进行导热、硬度和强度测试。

对石墨烯改性铝合金材料测试的参数为：热扩散系数不低于80mm²/s，导热系数不低于219W/mK，布氏硬度不低于70HB，抗拉强度为205.14MPa，屈服强度为134.46MPa。

实施例6

本发明提出的5G通讯设备腔体，由上述石墨烯改性铝合金材料制备而成。

在上述的石墨烯改性铝合金，可应用于通讯基站散热器以及散热系统；可应用于电力传输线，专用屏蔽线，带材或箔；可应用于电子元件用散热器，大功率电子器件的散热基板；可应用于高耐候特性要求的电子器件或组件的散热外壳，耐腐基板。

本发明的石墨烯改性铝合金与现有技术相比，提升了铝合金的散热、耐温和导电率，并兼具材料的轻量化及耐磨和耐腐蚀的特性，同时增加了材料的硬度和强度，并且能调节材料的膨胀系数，增加了铝合金的应用范围和使用寿命。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种高导热性改性铝合金材料，其特征在于，按重量百分比包括如下组分：2％-2.4％的Cu，0.01％-0.02％的Mn，0.02％-0.05％的Mg，0.001％-0.008％的Zn，0.002％-0.009％的Ni，0.001％-0.006％的Ca，0.001％-0.004％的Sb，0.011％-0.019％的Ti，0.5％-0.7％的石墨烯，余量为Al。

2.根据权利要求1所述的高导热性改性铝合金材料，其特征在于，各成分的固定含量为：2.16％的Cu，0.014％的Mn，0.028％的Mg，0.005％的Zn，0.003％的Ni，0.002％的Ca，0.004％的Sb，0.011％的Ti，0.6％的石墨烯。

3.制备如权利要求1所述的高导热性改性铝合金材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：

4.根据权利要求3所述的高导热性改性铝合金材料的制备方法，其特征在于，所述步骤一中的所述功能化纳米颗粒的粒径为1-100nm，所述石墨烯改性基体厚度为1-8μm。

5.根据权利要求3所述的高导热性改性铝合金材料的制备方法，其特征在于，所述步骤二中的所述铝铜合金中所含Cu元素的重量百分比为2％-2.4％，所述铝锰合金中所含Mn元素的重量百分比为0.01％-0.02％，所述铝镁合金中所含Mg元素的重量百分比为0.02％-0.05％，所述铝锌合金中所含Zn元素的重量百分比为0.001％-0.008％，所述铝镍合金中所含Ni元素的重量百分比为0.002％-0.009％，所述铝钙合金中所含Ca元素的重量百分比为0.001％-0.006％，所述铝锑合金中所含Sb元素的重量百分比为0.001％-0.004％，所述铝钛合金中所含Ti元素的重量百分比为0.011％-0.019％。

6.根据权利要求3所述的高导热性改性铝合金材料的制备方法，其特征在于，所述步骤三中的所述石墨烯改性铝合金材料的晶粒尺寸为0.2-0.5μm。

7.根据权利要求3所述的高导热性改性铝合金材料的制备方法，其特征在于，所述步骤四中对所述石墨烯改性铝合金材料测试的热扩散系数不低于80mm²/s，导热系数不低于219W/mK，布氏硬度不低于70HB，抗拉强度为205.14MPa，屈服强度为134.46MPa。

8.一种5G通讯设备腔体，其特征在于，所述腔体由权利要求1或2中所述的改性铝合金材料制备而成。