CN115558825A - 一种高导热、高强韧压铸铝合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种高导热、高强韧压铸铝合金及其制备方法，属铝合金生产技术领域，该压铸铝合金中各组分的重量百分比为：Si:10.0%‑12.5%；Fe：0.6%‑1.0%；Zn：0.7%‑0.8%；Mg：0.1%‑0.5%；Cu≤0.1%；Sr≤0.1%;B≤0.1%;其他杂质总和≤0.1%，余量为铝。其制备方法为：备料、升温熔化、扒渣精炼、熔融搅拌、炉内除气、含氢量含渣量检测、铸造、试棒浇注、双级人工时效。Si元素成分的控制使得合金流动性提高，Fe元素成分的控制避免客户铸造成型工艺粘模问题，Zn元素和Mg元素的含量可以提高合金强度，经取样测试可知，本发明提供的铝合金材料具有良好的塑性和导热性能。
Description
技术领域
本发明属于铝合金生产技术领域，尤其涉及一种高导热、高强韧压铸铝合金及其制备方法。
背景技术
现代5G通信技术和新能源汽车的飞速发展给零部件原材料提出了更高的要求，5G通信设备和新能源汽车的铝合金结构件对散热性能都有着非常高的要求，而新能源汽车的铝合金结构件还有着较高的强度要求，这就要求铝合金材料具有良好的高导热和高强韧性。Al-Si 系合金具有优良的铸造性能、导热导电性能以及良好的力学性能。本发明提供一种新型共晶型Al-Si系压铸铝合金材料，不仅具有出色的导电导热性能，兼具较强的力学性能，其综合性能良好，在新兴技术领域具有广阔的市场前景和技术优势。
发明内容
本发明提供一种高导热、高强韧压铸铝合金及其制备方法，以解决上述背景技术中的问题。
本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
一种高导热、高强韧压铸铝合金，该压铸铝合金中各组分的重量百分比为：Si:10.0%-12.5%；Fe：0.6%-1.0%；Zn：0.7%-0.8%；Mg：0.1%-0.5%；Cu≤0.1%；Sr≤0.1%;B≤0.1%;其他杂质总和≤0.1%，余量为铝。
制备方法：
（1）按上述配比准备原材料备用；
（2）升温熔化：先将重熔用铝锭投入炉内升温熔炼、搅拌，添加工业Si、金属Fe和纯Zn等原材料进行熔炼；
（3）扒渣、精炼：扒出高温铝熔体中的灰渣，采用精炼剂+高纯氩气“弥散非链式精炼”工艺，分两次喷粉精炼，每次精炼完毕后扒渣，去除铝融体上浮渣；
（4）熔融搅拌：加入Mg元素、Al-B、Al-Sr合金，进行充分铝融体搅拌，并取样分析化学成分；
（5）炉内除气：采用高纯氩气“弥散非链式除气”工艺除气，除气后静置25-35min；
（6）含氢量、含渣量检测：使用减压凝固装置和K模检测铝融体含氢量和含渣量，使含氢量达到0.2cc/100gAl以下，含渣量≤1/20；
（7）铸造：将合格的铝熔体进行铸造，并在流槽进行在线除气和双层陶瓷过滤，铝合金成型后进行自动叠锭；
（8）试棒浇注：从保温炉铝融体中取样，浇注拉伸试棒；
（9）双级人工时效：铝合金人工时效工艺为215±10℃，时效时间为1小时，自然冷却到常温，再进行第二次人工时效，时效工艺为180±5℃，时效时间为30min。
本发明的有益效果是：
1、Si元素化学成分控制在10.0%-12.5%，接近共晶点，合金组织随着Si相的增加，合金的强度也随之提高；Si粒子周围会有稠密的位错产生，使得晶粒细化，硬度会随Si含量增加有明显的增加。同时，随着硅含量增加，合金流动性提高，线收缩率和体积收缩率明显降低，没有收缩裂纹；
2、Fe元素化学成分控制本0.6%-1.0%，可增加合金的润湿融合能力，避免客户铸造成型工艺粘模问题，减轻合金对压铸模具的腐蚀作用，同时，能有效提高合金的硬度，避免客户铸造成型工艺粘模问题。此外，Fe在合金中主要是以Fe-Al-Si(FeSiAl6)相的形式存在，而不是固溶于铝基体中，对α(Al)导热性能影响不大，加之其形成的第二相的数量有限，所以其对合金的导热性能影响很小。
3、Zn元素化学成分控制在0.7%-0.8%，Zn在室温下极限固溶度达到32.8%，通过时效强化，提高合金强度，Zn在和Sr变质作用下，消除Al-Si合金初生α固溶体，促进初生硅的析出倾向，提高合金强度，同时Zn元素对Al的电阻影响很小，平均电阻率增加只有0.092μΩ•cm/%，电导率下降只有2.2%IACS，远低于其它强化元素。
4、Mg元素化学成分控制在0.1%-0.5%。Mg是合金中的主要强化元素，在热处理过程中，它会以Mg2Si的形式呈弥散状由基体析出，起到强化作用，使合金的强度和硬度得到较大提高；
5、降低其它杂质元素的含量，尤其是对力学性能影响不大，但对导热性能影响较大的元素含量，如：Cu、Mn、Ti和Pb等。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面对本发明进行更全面的描述。本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
实施例
一种5G通信高导热铝合金，压铸铝合金中各组分的重量百分比为：Si:11%；Fe：0.8%；Zn：0.75%；Mg：0.3%；Cu≤0.1%；Sr：0.03%；B：0.02%；其他杂质总和≤0.1%，余量为铝。
制备方法：
（1）按上述配比准备原材料备用；
（2）升温熔化：先将重熔用铝锭投入炉内升温熔炼，铝融体熔炼温度控制在800-820℃，搅拌高温铝融体5-6分钟，添加工业Si、金属Fe和纯Zn等原材料进行熔炼；
（3）扒渣、精炼：扒出高温铝熔体中的灰渣，将高温铝熔体温度控制在700- 710℃，进行均匀搅拌，采用精炼剂+高纯氩气“弥散非链式精炼”工艺，分两次喷粉精炼，精炼管为50个内径φ5mm的多孔精炼，每次精炼时间为20-30min,精炼剂喷入量控制在1Kg/min，压力为0.25-0.35MPa，每次精炼完毕后扒渣，去除铝融体上浮渣；
（4）熔融搅拌：加入Mg元素、Al-B、Al-Sr合金，进行充分铝融体搅拌，并取样分析化学成分；
（5）炉内除气：铝融体温度控制在680-700℃，采用高纯氩气“弥散非链式除气”工艺除气，除气管为50个内径φ5mm的多孔除气，除气时间为30-40min,，压力为0.20-0.45MPa，除气后静置25-35min；
（6）含氢量、含渣量检测：使用减压凝固装置和K模检测铝融体含氢量和含渣量，使含氢量达到0.2cc/100gAl以下，含渣量≤1/20；
（7）铸造：将合格的铝熔体进行铸造，铝融体铸造温度为670- 680℃，并在流槽进行在线除气和双层陶瓷过滤，铝合金成型后进行自动叠锭；
（8）试棒浇注：从保温炉中取样，浇注拉伸试棒；
（9）双级人工时效：铝合金人工时效工艺为215±10℃，时效时间为1小时，自然冷却到常温，再进行第二次人工时效，时效工艺为180±5℃，时效时间为30min。
对本实施例生产的铝合金取样测试导热系数，导热系数测试采用ASTM E1461-13、ASTM E1269-11(Reapproved 2018)、GB/T 1423-1996标准。试样配比如下（化学成分/%）：
| 试件号 | Si(%) | Fe(%) | Zn(%) | Mg(%) | Cu(≤%) | Sr(%) | B(%) | 其他杂质总和(≤%) |
| 1 | 10.94 | 0.811 | 0.745 | 0.308 | 0.003 | 0.032 | 0.019 | 0.063 |
| 2 | 10.99 | 0.796 | 0.742 | 0.310 | 0.003 | 0.033 | 0.019 | 0.062 |
| 3 | 11.03 | 0.804 | 0.746 | 0.309 | 0.003 | 0.031 | 0.017 | 0.067 |
| 4 | 11.02 | 0.808 | 0.749 | 0.306 | 0.003 | 0.031 | 0.018 | 0.063 |
| 5 | 11.06 | 0.802 | 0.743 | 0.308 | 0.003 | 0.030 | 0.017 | 0.065 |
实测试件性能如下：
| 试件号 | 抗拉强度（MPa） | 屈服强度（MPa） | 延伸率（%） | 导热系数（W/（m·K）） |
| 1 | 277 | 194 | 13.5 | 186.5 |
| 2 | 274 | 187 | 14.2 | 189.8 |
| 3 | 268 | 182 | 12.7 | 185.6 |
| 4 | 279 | 198 | 12.9 | 190.2 |
| 5 | 282 | 185 | 13.5 | 188.3 |
以上实施例主要说明了本发明的高导热、高强韧压铸铝合金及其制备方法。尽管只对其中有限的实施例和技术特征进行了描述，本领域技术人员应当了解，本发明可以在不偏离其主旨与范围内以许多其他的形式实施。因此，所展示的实施例被视为示意性的而非限制形的，在不脱离所附权利要求所定义的本发明的精神及范围的情况下，本发明可能涵盖各种修改与替换的方案。
Claims (3)
1.一种高导热、高强韧压铸铝合金，其特征在于，所述铝合金中各组分的重量百分比为：Si:10.0%-12.5%；Fe：0.6%-1.0%；Zn：0.7%-0.8%；Mg：0.1%-0.5%；Cu≤0.1%；Sr≤0.1%;B≤0.1%;其他杂质总和≤0.1%，余量为铝。
2.如权利要求1所述的高导热、高强韧压铸铝合金，其特征在于，所述铝合金中各组分的重量百分比为：Si:11%；Fe：0.8%；Zn：0.75%；Mg：0.3%；Cu≤0.1%；Sr：0.03%;B：0.02%;其他杂质总和≤0.1%，余量为铝。
3.如权利要求1所述的高导热、高强韧压铸铝合金的制备方法，其特征在于，所述制备方法如下：
（1）按配比准备原材料备用；
（2）升温熔化：先将重熔用铝锭投入炉内升温熔炼，铝融体熔炼温度控制在800-820℃，搅拌高温铝融体5-6分钟，添加工业Si、金属Fe和纯Zn等原材料进行熔炼；
（3）扒渣、精炼：扒出高温铝熔体中的灰渣，将高温铝熔体温度控制在700- 710℃，进行均匀搅拌，采用精炼剂+高纯氩气“弥散非链式精炼”工艺，分两次喷粉精炼，精炼管为50个内径φ5mm的多孔精炼，每次精炼时间为20-30min,精炼剂喷入量控制在1Kg/min，压力为0.25-0.35MPa，每次精炼完毕后扒渣，去除铝融体上浮渣；
（4）熔融搅拌：加入Mg元素、Al-B、Al-Sr合金，进行充分铝融体搅拌，并取样分析化学成分；
（5）炉内除气：铝融体温度控制在680-700℃，采用高纯氩气“弥散非链式除气”工艺除气，除气管为50个内径φ5mm的多孔除气，除气时间为30-40min,，压力为0.20-0.45MPa，除气后静置25-35min；
（6）含氢量、含渣量检测：使用减压凝固装置和K模检测铝融体含氢量和含渣量；
（7）铸造：将合格的铝熔体进行铸造，铝融体铸造温度为670- 680℃，并在流槽进行在线除气和双层陶瓷过滤，铝合金成型后进行自动叠锭；
（8）试棒浇注：从保温炉铝融体中取样，浇注拉伸试棒；
（9）双级人工时效：铝合金人工时效工艺为215±10℃，时效时间为1小时，自然冷却到常温，再进行第二次人工时效，时效工艺为180±5℃，时效时间为30min。
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Denomination of invention: A high thermal conductivity, high strength and toughness die cast aluminum alloy and its preparation method Effective date of registration: 20231201 Granted publication date: 20230804 Pledgee: Bank of China Limited Chongren sub branch Pledgor: JIANGXI WANTAI ALUMINUM Co.,Ltd. Registration number: Y2023980069086 |
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