CN115821124A - 一种散热器用高导热铝合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种散热器用高导热铝合金及其制备方法，所述铝合金由以下质量百分比的成分组成：Si 0.1‑0.25%，Mg 0.1‑0.35%，Ti 0.01‑0.02%，B 0.002‑0.004%，RE 0.05‑0.1%，Fe≤0.2%，其余为Al和不可避免的杂质元素，所述RE是以La、Ce为主的混合稀土。其制备方法依次包括配料、熔炼配制铝合金液、炉内喷吹精炼、在线晶粒细化、在线除气过滤、半连续铸造、铝棒加热和挤压、拉伸矫直。本发明通过添加微量混合稀土和对铝合金液进行炉内炉外除气除杂处理，降低铝合金液的气渣含量，消除气孔和夹杂物对铝合金导热性能的损害，铝合金的导热系数大于230 W/(m·K)，布氏硬度HB大于50，提高铝合金散热器的导热、散热能力。
Description
技术领域
本发明属于铝合金制备技术领域，具体是涉及一种散热器用高导热铝合金及其制备方法。
背景技术
铝合金散热器具有质轻、美观、耐腐蚀等优点，广泛应用于电力、电子电器、计算机、通讯、汽车、机械设备等领域。随着5G通讯、新能源汽车、光伏发电、风力发电等新基建、新能源产业的发展，设备功率越来越大，输变电装置越来越小，电路集成度越来越高，对铝合金散热器的散热能力也要求越来越高。
公开号为CN107675040A的中国专利申请公开了一种中强度高导热铝合金及其制备方法，铝合金的各组分及其重量百分比为：Mg含量为0.45-0.75%，Zn含量为0.7-1.2%，Er含量为0.15-0.35%，B含量0.01-0.06%，杂质元素Si含量≤0.1%，Fe含量≤0.15%，其它杂质元素总的含量≤0.15%，Al为平衡元素。该铝合金的抗拉强度超过280MPa，延伸率超过11%，导热率超过200 W/(m·K)。
公开号为CN104658630A的中国专利申请公开了一种高导电、高导热铝铁镍稀土合金，铝合金包含0.2-0.6%的Fe，0.3-0.8%的Ni，0.2-0.6%的稀土元素Ce或者La或者Ce、La混合物，同时还另外加入添加剂A中的一种或两种或三种，添加剂A为Mg、Cu、Mn或其混合物，其质量含量均为0.1-0.5%，但总添加剂含量控制在0.9%以内；同时其他杂质控制在：个别含量<0.03%，总量<0.1%；余量为Al及不可避免杂质。铝合金的导热系数达225 W/(m·K)以上，但强度较低，抗拉强度为115MPa。
公开号为CN108165779A的中国专利申请公开了一种高导热铝合金型材的生产工艺，铝合金型材中各元素的质量百分含量为：Fe 0.8-1.2%、Si 0.5-0.7%、Mg 0.5-1%、Mn0.8-1.2%、Cu 0.4-0.8%、Zn 0.3-0.6%、Mo 0.2-0.4%、Li 0.08-0.14%、Cr 0.05-0.08%、Sb0.04-0.06%、Bi 0.03-0.04%、Ti 0.02-0.03%、B 0.01-0.02%、RE 0.06-0.12%，余量为Al。铝合金型材的热导率在242-260 W/(m·K)。
公开号为CN111826560A的中国专利申请公开了一种高导热铝合金材料及其制备方法，铝合金材料及其制备方法，按照重量百分比计算，包括以下成分：Si 0.3-0.6%、Cu0.1%-0.5%、Mg 0.3-0.7%、Mn 0.1-0.3%、Co 0.2-0.5%、Mo 0.1-0.3%、Sc 0.1-0.2%，余量为铝及不可避免的杂质。该发明通过添加氮化铝纳米晶材料来提高铝合金的导热性能。
公开号为CN109554590A的中国专利申请公开了一种高导热铝合金材料及其制备方法，铝合金材料包括以下重量百分数的组分：Si 0.3-0.8%、Fe 0.2-0.5%、Mg ≤0.3%，余量为铝及不可避免的杂质。该申请利用低成本的社会回收废铝为材料完成高导热铝合金材料的制备，铝合金材料的导热系数在190 W/(m·K)以上。
从生产实践和文献资料检索结果来看，现有散热器用铝合金的导热性能仍然偏低，难以满足大功率和高集成电路仪器设备的发展需要。由于铝合金的硬度与导热性能之间存在相互制约的关系，现有技术通过调整合金成分的方法，难以实现铝合金的硬度和导热性能的同时提高，而提高铝合金的导热性能，则会牺牲铝合金的部分硬度。另外，现有技术通过添加稀贵金属或稀土元素的方法来提高铝合金的导热性能，但会增加铝合金的生产成本。因此，现有散热器用铝合金及其制备方法仍有待改进和发展。
发明内容
本发明的目的在于针对上述存在问题和不足，提供一种散热器用高导热铝合金及其制备方法，通过添加微量的以La、Ce为主的混合稀土和对铝合金液进行炉内炉外除气除杂处理，深度净化铝合金液，提高铝合金的导热性能，降低铝合金的生产成本。
本发明的技术方案是这样实现的：
本发明第一方面提供了一种散热器用高导热铝合金，其特点是，所述铝合金由以下质量百分比的成分组成：Si 0.1-0.25%，Mg 0.1-0.35%，Ti 0.01-0.02%，B 0.002-0.004%，RE 0.05-0.1%，Fe ≤0.2%，其余为Al和不可避免的杂质元素，不可避免的杂质元素的单个含量≤0.05%，不可避免的杂质元素的总量≤0.15%。
Si和Mg的主要作用是增强铝合金的硬度。散热器要求铝合金的硬度既不能太低，也不能太高。纯铝的硬度很低，无法满足散热器的要求。纯铝中含有适量的Si和Mg，Si和Mg可以通过固溶强化和形成Mg2Si强化相增强铝合金的硬度。Si和Mg的含量太低，铝合金的硬度会不足，铝合金的导热系数随Si、Mg含量的升高而下降，因此，Si和Mg的含量也不能太高，否则会降低铝合金的导热性能。因此，本发明中设置Si的含量为0.1-0.25%，Mg的含量为0.1-0.35%。
Ti和B是以Al5Ti1B合金晶粒细化剂的形式加入到铝合金中，主要作用是细化铝合金铸棒的晶粒，提高铝棒的组织成分均匀性。在半连续铸造过程中，由于铝合金液的非平衡凝固，会导致铝棒内部形成粗大的枝晶晶粒和成分偏析，最终导致铝合金的成分和硬度分布不均匀。因此，在半连续铸造前，需要在铝合金液中添加适量的铝钛硼或者铝钛碳合金晶粒细化剂来细化铝棒的晶粒，改善铝棒的组织成分均匀性。Ti和B的含量太低，晶粒细化效果不明显。Ti和B的含量太高，晶粒细化效果也不会获得大幅提升，反而会降低铝合金的导热性能。因此，本发明中设置Ti的质量百分比为0.01-0.02%，B的质量百分比为0.002-0.004%。
本发明中铝合金还含有0.05-0.1%的混合稀土RE，所述混合稀土RE是以La、Ce为主的混合稀土，该RE由以下质量百分比的成分组成：La 49.81%，Ce 46.73%，Nd 1.06%，Yb0.81%，Pr 0.63%，Sm 0.39%，Gd 0.31%，Er 0.26%。
混合稀土RE的主要作用是深度净化铝合金液。稀土元素可与铝合金液中的杂质金属和非金属元素形成稳定的稀土化合物，在铝合金液凝固过程偏析在铝晶粒的晶界，消除杂质金属和非金属元素对铝合金导热能力的损害，提高铝合金导热性能。混合稀土RE的添加量低于0.05%，深度净化铝合金液的效果不明显。混合稀土RE的添加量也不能太高，否则还会降低铝合金的导热性能。另外，现有技术主要添加纯稀土来提高铝合金的导热性能，但纯稀土的价格较贵，会增加铝合金的生产成本。发明人通过大量实验研究发现，添加以La、Ce为主的混合稀土，其深度净化铝合金液的作用比添加纯La、Ce稀土的作用更好，而且混合稀土的价格较为便宜，有利于降低铝合金的生产成本。
Fe是铝合金中不可避免的杂质元素。少量的Fe可以增强铝合金的硬度。但Fe含量过高，则会形成粗大的针状或片状富Fe相，割裂铝基体，成为铝合金断裂的裂纹源和裂纹扩展方向，不仅会损害铝合金的硬度，还会降低铝合金的导热性能。也就是说，Fe的含量必须严格控制，因此本发明中Fe的质量百分比≤0.2%。
本发明第二方面提供了一种散热器用高导热铝合金的制备方法，其特点是，依次包括如下步骤：
（1）按铝合金的成分组成及质量百分比，选择铝源、硅源、镁源和混合稀土RE作为原材料进行配料；
（2）将铝源、硅源、镁源和混合稀土RE加入到带永磁搅拌装置的蓄热式燃气熔铝炉中在720-760℃加热熔化成铝合金液，然后开启永磁搅拌装置对铝合金液进行搅拌；
（3）用惰性气体和精炼剂对熔铝炉内的铝合金液喷吹精炼进行除气除杂处理；
（4）将铝合金液导入流槽，然后加入占原材料总重量0.2-0.4%的Al5Ti1B合金杆对铝合金液进行在线晶粒细化处理；
（5）将铝合金液依次流过设置在流槽上的除气箱和过滤箱进行在线除气过滤处理；
（6）将铝合金液半连续铸造成铝合金圆棒；
（7）将铝合金圆棒加热后挤压成铝合金；
（8）将铝合金拉伸矫直后得到所述高导热铝合金。
原材料可以是纯金属或合金，只要能够保证铝合金的成分符合要求，杂质元素不超标即可。原材料的纯度越高越有利于提高铝合金的导热性能，但也会增加铝合金的生产成本。因此本发明中，步骤（1）中所述铝源为纯度≥99.7%的铝锭，镁源为纯度≥99.9%的镁锭，硅源为铝硅合金，所述混合稀土RE是以La、Ce为主的混合稀土，由以下质量百分比的成分组成：La 49.81%，Ce 46.73%，Nd 1.06%，Yb 0.81%，Pr 0.63%，Sm 0.39%，Gd 0.31%，Er0.26%。
作为优选地，所述步骤（2）中开启永磁搅拌装置对铝合金液进行搅拌是采用正转5分钟后接着反转5分钟的循环模式对铝合金液搅拌15-25分钟。
成分均匀是保证铝合金性能均匀的基础。为了提高成分的均匀性，必须加强对熔铝炉内铝合金液的搅拌。优选地，选择带永磁搅拌装置的蓄热式燃气熔铝炉，在熔化成铝合金液后，开启永磁搅拌装置对炉内铝合金液的成分搅拌均匀，防止成分产生偏析。另外，熔化搅拌后，还需要对铝合金液的成分进行现场检测，如果成分不合格，还需要补料，直至铝合金液的成分合格为止。
作为优选地，所述步骤（3）中惰性气体为纯度≥99.99%的氩气，精炼剂的用量占原材料总重量的0.2-0.3%，喷吹精炼时间为15-25分钟，精炼完扒渣后的铝合金液静置时间为30-50分钟。
作为优选地，所述步骤（3）中精炼剂由以下质量百分比的成分组成：MgCl2 39.4%，KCl 30.5%，KBF4 7.9%，K2ZrF6 7.2%，SrCO3 7.5%，MnCl2 4.1%，BaCl2 3.4%。该精炼剂的制备方法如下：①按精炼剂的成分组成和质量百分比，选用纯度≥99.5%的MgCl2、KCl、KBF4、K2ZrF6、SrCO3、MnCl2和BaCl2为原材料进行配料；②将配料在100℃加热3小时进行烘干脱水；③选择真空度15Pa的真空炉将配料在1000℃加热1.5小时进行熔化，搅拌后冷却凝固至室温；④将冷却凝固后的精炼剂破碎和筛选，得到颗粒尺寸≤2毫米的所述精炼剂。
气孔和夹杂物会割裂铝基体，破坏铝合金的组织连续性，降低铝合金的导热性能。现有精炼剂都是将原材料烘干脱水后直接混合得到，这种方法虽然简单，成本低，但没有充分发挥精炼剂成分之间的相互作用，导致精炼剂的除气除杂效率低。另外，现有精炼剂还普遍含有大量的氟盐、硝酸盐、硫酸盐和六氯乙烷等，精炼过程会产大量刺激性难闻的烟气，如氟化氢、二氧化硫等，造成环境污染和危害人体健康。
为了提高炉内铝合金液的洁净度，提高铝合金的导热性能，发明人通过大量的实验研究，研制了更高效环保的精炼剂，通过对原材料进行高温熔解，使精炼剂的成分之间相互融合结晶，降低精炼剂的熔点，使精炼剂更容易熔解于铝合金液，使精炼剂的成分在铝合金液中发生更好的物理化学促进作用，提高精炼剂的除气除杂效率。譬如MgCl2的熔点为712℃，KCl的熔点为770℃，当对精炼剂进行高温熔化在冷却凝固，MgCl2和KCl可形成MgCl2·KCl共晶体，熔点低于500℃，因而精炼剂的熔解温度更低，更容易熔解于铝合金液，产生更好的除气除杂效果。
其中，MgCl2和KCl是精炼剂的主要成分，MgCl2和KCl与铝合金液会反应生成沸点仅为182.7℃的AlCl3，AlCl3气泡在铝合金液上浮过程将吸附部分氢气和夹杂物，达到除气除杂净化效果。部分MgCl2和KCl在高温铝合金液的热作用下直接分解释放出Cl+离子，Cl+离子与铝合金液中的氢气反应生成HCl气体，HCl气泡在溢出铝合金液过程中又进一步吸附带走夹杂物，起到高效的除气除杂净化作用。
K2ZrF6和KBF4可与铝合金液反应生成KAlF4、K3AlF6和ZrB2，反应得到的KAlF4和K3AlF6呈熔盐状态，表面张力大，不与铝合金液浸润，对Al2O3等氧化夹杂物具有很好的溶解润湿作用，可促进Al2O3等氧化夹杂物与铝合金液的分离，提高除杂净化的效果。反应得到的副产物ZrB2可充当铝合金液凝固时的异质形核核心，起到细化晶粒的作用，有利于获得晶粒更加细小均匀的铝合金铸棒。
Fe是铝合金中不可避免的杂质元素，在铝合金中通常以Al3Fe、FeSiAl3、Fe2SiAl8、Fe2Si2Al9、Fe3Si2Al12等粗大的针状或片状富Fe相形式存在，不仅会损害铝合金的硬度和塑性，还会降低铝合金的导电性能。为了提高精炼剂的除气除杂效率又能消除粗大富Fe相的危害，发明人通过大量实验研究后发现，在精炼剂中加入少量的SrCO3、MnCl2和BaCl2，SrCO3在高温铝合金液中可分解出CO2，MnCl2和BaCl2在铝合金液中可反应生成沸点仅为183℃的AlCl3，CO2和AlCl3气泡在上浮过程中可吸附带走氢气和Al2O3等夹杂物，起到除气除杂的效果。反应得到微量Sr、Mn和Ba元素进入铝合金液中，在铝合金凝固过程中对粗大富Fe相起到细化变质作用，使粗大针状或片状富Fe相转变为细小的颗粒状弥散分布在铝基体和晶界上，不仅可以消除粗大富Fe相的危害，还可以提高铝合金的硬度和导热性能。
作为优选地，所述步骤（5）中除气箱内石墨转子的旋转速度为500-600转/分钟，气体的流量为1.5-2.5立方米/小时，气体的压力为0.2-0.5 MPa，所述气体为纯度≥99.99%的氩气和纯度≥99.99%的氯气组成的混合气体，氯气的体积百分比为1-5%，所述过滤箱内设置有前50目、后80目的两块泡沫陶瓷过滤板。
气孔和夹杂物会割裂铝基体，破碎铝合金的组织连续性，会降低铝合金导热性能。因此，为了提高铝合金的导热性能，必须铸造前的铝合金液进行在线除气过滤处理，即将铝合金液依次流过设置在流槽上除气箱和过滤箱，通过在线除气过滤处理，进一步提高铝合金液的纯净度，提高铝合金的导热性能。
作为优选地，所述步骤（6）中半连续铸造时铝合金液的温度为680-720℃，半连续铸造的速度为80-150毫米/分钟，半连续铸造机的冷却水温度为20-50℃。
为了获得高质量的半连续铸造铝棒，防止铸造事故发生，需要严格遵守半连续铸造的操作规程和严格控制半连续铸造的工艺参数。铝棒的直径小，铸造速度可以快些，铝棒的直径越大，铸造速度则越慢。铸造机冷却水的温度不能超过50℃。
作为优选地，所述步骤（7）中铝合金圆棒的加热温度为420-450℃，挤压模具的上机温度为400-420℃，挤压速度为5-15毫米/秒。
挤压温度过高或者挤压速度过快，会诱发挤压铝合金发生再结晶晶粒的异常长大，使铝合金四周形成粗晶层，最终导致铝合金横截面上的组织和硬度不均匀。挤压温度低会导致闷机，挤压速度慢又会导致生产效率低。因此，挤压工艺必须要严格控和匹配。挤压得到的铝合金可以采用自然冷却、风冷、喷水冷却或者水雾联合冷却等，但无论何种冷却方式，都要确保铝合金均匀冷却，以免铝合金产生内应力导致变形不均匀。
作为优选地，所述步骤（8）中拉伸矫直的变形量为1-3%。
挤压得到的铝合金必须进行拉伸矫直，拉伸矫直的变形量不宜过小，也不宜过大，否者都可能导致铝合金无法获得所需的尺寸和平直度。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明通过优化合金的成分组成，添加微量混合稀土和对铝合金液进行炉内炉外除气除杂处理，深度净化铝合金液，降低铝合金液的气渣含量，消除气孔和夹杂对铝合金导热性能的损害，大幅提高了铝合金的导热性能。铝合金的导热系数大于230 W/(m·K)，布氏硬度HB大于50，具有高导热和较高的硬度，满足散热器对高导热铝合金的需求。
附图说明
图1为本发明所述散热器用高导热铝合金制备方法的工艺流程图。
具体实施方式
实施例1：
本发明所述的铝合金由以下质量百分比的成分组成：Si 0.16%，Mg 0.22%，Ti0.015%，B 0.003%，RE 0.07%，Fe ≤0.2%，其余为Al和不可避免的杂质元素，不可避免的杂质元素的单个含量≤0.05%，不可避免的杂质元素的总量≤0.15%。该铝合金的制备方法依次包括如下步骤：（1）按铝合金的成分组成及质量百分比，选择纯度99.7%的铝锭、纯度99.9%的镁锭、铝硅合金和混合稀土RE作为原材料进行配料；（2）将铝锭、镁锭、铝硅合金和混合稀土RE加入到带永磁搅拌装置的蓄热式燃气熔铝炉中在740℃加热熔化成铝合金液，然后开启永磁搅拌装置，采用正转5分钟后接着反转5分钟的循环模式对铝合金液搅拌20分钟；（3）用纯度99.99%的氩气和占原材料总重量0.25%的精炼剂对熔铝炉内的铝合金液喷吹精炼20分钟，精炼扒渣后再将铝合金液静置45分钟；（4）将铝合金液导入流槽，然后加入占原材料总重量0.3%的Al5Ti1B合金杆对铝合金液进行在线晶粒细化处理；（5）将铝合金液依次流过设置在流槽上石墨转子旋转速度为550转/分钟、气体流量为2立方米/小时、气体压力为0.4 MPa的除气箱和具有前50目、后80目两块沫陶瓷过滤板的过滤箱进行在线除气过滤处理，所述气体为纯度99.99%的氩气和纯度99.99%的氯气组成的混合气体，氯气的体积百分比为3%；（6）将铝合金液在690℃、铸造速度110毫米/分钟、冷却水温度30℃条件下半连续铸造成铝合金圆棒；（7）将铝合金圆棒加热至435℃，在挤压模具上机温度为410℃、挤压速度为8毫米/秒条件下挤压成铝合金；（8）将挤压铝合金进行变形量2%的拉伸矫直，得到所述散热器用高导热铝合金。
实施例2：
本发明所述的铝合金由以下质量百分比的成分组成：Si 0.25%，Mg 0.1%，Ti0.02%，B 0.004%，RE 0.05%，Fe ≤0.2%，其余为Al和不可避免的杂质元素，不可避免的杂质元素的单个含量≤0.05%，不可避免的杂质元素的总量≤0.15%。该铝合金的制备方法依次包括如下步骤：（1）按铝合金的成分组成及质量百分比，选择纯度99.7%的铝锭、纯度99.9%的镁锭、铝硅合金和混合稀土RE作为原材料进行配料；（2）将铝锭、镁锭、铝硅合金和混合稀土RE加入到带永磁搅拌装置的蓄热式燃气熔铝炉中在760℃加热熔化成铝合金液，然后开启永磁搅拌装置，采用正转5分钟后接着反转5分钟的循环模式对铝合金液搅拌25分钟；（3）用纯度99.99%的氩气和占原材料总重量0.3%的精炼剂对熔铝炉内的铝合金液喷吹精炼25分钟，精炼扒渣后再将铝合金液静置30分钟；（4）将铝合金液导入流槽，然后加入占原材料总重量0.4%的Al5Ti1B合金杆对铝合金液进行在线晶粒细化处理；（5）将铝合金液依次流过设置在流槽上石墨转子旋转速度为500转/分钟、气体流量为2.5立方米/小时、气体压力为0.2 MPa的除气箱和具有前50目、后80目两块沫陶瓷过滤板的过滤箱进行在线除气过滤处理，所述气体为纯度99.99%的氩气和纯度99.99%的氯气组成的混合气体，氯气的体积百分比为1%；（6）将铝合金液在680℃、铸造速度150毫米/分钟、冷却水温度20℃条件下半连续铸造成铝合金圆棒；（7）将铝合金圆棒加热至450℃，在挤压模具上机温度为400℃、挤压速度为15毫米/秒条件下挤压成铝合金；（8）将挤压铝合金进行变形量3%的拉伸矫直，得到所述散热器用高导热铝合金。
实施例3：
本发明所述的铝合金由以下质量百分比的成分组成：Si 0.1%，Mg 0.35%，Ti0.01%，B 0.002%，RE 0.1%，Fe ≤0.2%，其余为Al和不可避免的杂质元素，不可避免的杂质元素的单个含量≤0.05%，不可避免的杂质元素的总量≤0.15%。该铝合金的制备方法依次包括如下步骤：（1）按铝合金的成分组成及质量百分比，选择纯度99.7%的铝锭、纯度99.9%的镁锭、铝硅合金和混合稀土RE作为原材料进行配料；（2）将铝锭、镁锭、铝硅合金和混合稀土RE加入到带永磁搅拌装置的蓄热式燃气熔铝炉中在720℃加热熔化成铝合金液，然后开启永磁搅拌装置，采用正转5分钟后接着反转5分钟的循环模式对铝合金液搅拌15分钟；（3）用纯度99.99%的氩气和占原材料总重量0.2%的精炼剂对熔铝炉内的铝合金液喷吹精炼15分钟，精炼扒渣后再将铝合金液静置50分钟；（4）将铝合金液导入流槽，然后加入占原材料总重量0.2%的Al5Ti1B合金杆对铝合金液进行在线晶粒细化处理；（5）将铝合金液依次流过设置在流槽上石墨转子旋转速度为600转/分钟、气体流量为1.5立方米/小时、气体压力为0.5 MPa的除气箱和具有前50目、后80目两块沫陶瓷过滤板的过滤箱进行在线除气过滤处理，所述气体为纯度99.99%的氩气和纯度99.99%的氯气组成的混合气体，氯气的体积百分比为5%；（6）将铝合金液在720℃、铸造速度80毫米/分钟、冷却水温度50℃条件下半连续铸造成铝合金圆棒；（7）将铝合金圆棒加热至420℃，在挤压模具上机温度为420℃、挤压速度为5毫米/秒条件下挤压成铝合金；（8）将挤压铝合金进行变形量1%的拉伸矫直，得到所述散热器用高导热铝合金。
实施例1-3中，所述混合稀土RE由以下质量百分比的成分组成：La 49.81%，Ce46.73%，Nd 1.06%，Yb 0.81%，Pr 0.63%，Sm 0.39%，Gd 0.31%，Er 0.26%。所述精炼剂由以下质量百分比的成分组成：MgCl2 39.4%，KCl 30.5%，KBF4 7.9%，K2ZrF6 7.2%，SrCO3 7.5%，MnCl2 4.1%，BaCl2 3.4%。所述精炼剂的制备方法如下：①按精炼剂的成分组成和质量百分比，选用纯度≥99.5%的MgCl2、KCl、KBF4、K2ZrF6、SrCO3、MnCl2和BaCl2为原材料进行配料；②将原材料在100℃加热3小时进行烘干脱水；③选择真空度15Pa的真空炉将原材料在1000℃加热1.5小时进行熔化，搅拌后冷却凝固至室温；④将冷却凝固后的精炼剂破碎和筛选，得到颗粒尺寸≤2毫米的所述精炼剂。
对比例1：
本对比例铝合金的制备方法与实施例1相同，区别在于该铝合金中未添加混合稀土RE，该铝合金由以下质量百分比的成分组成：Si 0.16%，Mg 0.22%，Ti 0.015%，B 0.003%，Fe ≤0.2%，其余为Al和不可避免的杂质元素。
对比例2：
本对比例铝合金的成分组成和制备方法都与实施例1相同，区别在于本对比例是采用目前市售的常规精炼剂对铝合金液进行喷吹精炼，精炼剂由以下质量百分比的成分组成：NaCl 26.1%，Na2SiF6 10.6%，Na2SO4 18.1%，CaF2 6.9%，C6Cl6 9.3%，Na2S2O3 14.3%，NaF15.7%，该精炼剂是对原材料烘干脱水后直接破碎和混合得到。
验证例1：
采用HDA-V测氢仪和Analyze PoDFA测渣仪现场检测实施例1-3和对比例1-2中半连续铸造前铝合金液的含氢量和含渣量，结果如表1所示。从表1可看到，实施例1-3铝合金液的含氢量低于0.12 ml/100gAl，含渣量低于0.1 mm2/kg，气渣含量都低于对比例1和对比例2铝合金液的气渣含量。通过比较可以看到，本发明在铝合金中添加微量混合稀土和采用研制的精炼剂对铝合金进行喷吹精炼，可显著降低半连续铸造前铝合金液的气渣含量。
表1 铝合金液的含氢量和含渣量
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对比例1 | 对比例2 | |
| 含氢量/(ml/100gAl) | 0.108 | 0.115 | 0.109 | 0.135 | 0.152 |
| 含渣量/(mm<sup>2</sup>/kg) | 0.088 | 0.096 | 0.092 | 0.129 | 0.138 |
验证例2：
在实施例1-3和对比例1-2制备的铝合金上取样，采用便携式智能型导热系数测试仪和数显布氏硬度计分别检测铝合金的导热系数和硬度，结果如表2所示。从表2可看到，实施例1-3铝合金的导热系数大于230 W/(m·k)，布氏硬度HB大于50，实施例1-3铝合金的导热系数和硬度都明显高于对比例1和对比例2铝合金的导热系数和硬度，说明本发明通过添加微量混合稀土和对铝合金液进行炉内炉外除气过滤处理，降低铝合金液的气渣含量，可以显著提高铝合金的导热性能和硬度。
表2 铝合金的导热系数和硬度
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对比例1 | 对比例2 | |
| 导热系数/W/(m·k) | 235.5 | 230.9 | 233.1 | 224.6 | 216.7 |
| 布氏硬度HB | 52.2 | 50.8 | 51.7 | 48.9 | 46.8 |
本发明是通过实施例来描述的，但并不对本发明构成限制，参照本发明的描述，所公开的实施例的其他变化，如对于本领域的专业人士是容易想到的，这样的变化应该属于本发明权利要求限定的范围之内。
Claims (10)
1.一种散热器用高导热铝合金，其特征在于，所述铝合金由以下质量百分比的成分组成：Si 0.1-0.25%，Mg 0.1-0.35%，Ti 0.01-0.02%，B 0.002-0.004%，RE 0.05-0.1%，Fe ≤0.2%，其余为Al和不可避免的杂质元素，不可避免的杂质元素的单个含量≤0.05%，不可避免的杂质元素的总量≤0.15%。
2.根据权利要求1所述的散热器用高导热铝合金，其特征在于，所述RE是以La、Ce为主的混合稀土，该RE由以下质量百分比的成分组成：La 49.81%，Ce 46.73%，Nd 1.06%，Yb0.81%，Pr 0.63%，Sm 0.39%，Gd 0.31%，Er 0.26%。
3.一种散热器用高导热铝合金的制备方法，该方法用于制备如权利要求1-2所述的散热器用高导热铝合金，其特征在于，依次包括以下步骤：
（1）按铝合金的成分组成及质量百分比，选择纯度≥99.7%的铝锭、纯度≥99.9%的镁锭、铝硅合金和以La、Ce为主的混合稀土RE作为原材料进行配料；
（2）将铝锭、镁锭、铝硅合金和混合稀土RE加入到带永磁搅拌装置的蓄热式燃气熔铝炉中在720-760℃加热熔化成铝合金液，然后开启永磁搅拌装置对铝合金液进行搅拌；
（3）用惰性气体和精炼剂对熔铝炉内的铝合金液喷吹精炼进行除气除杂处理；
（4）将铝合金液导入流槽，然后加入占原材料总重量0.2-0.4%的Al5Ti1B合金杆对铝合金液进行在线晶粒细化处理；
（5）将铝合金液依次流过设置在流槽上的除气箱和过滤箱进行在线除气过滤处理；
（6）将铝合金液半连续铸造成铝合金圆棒；
（7）将铝合金圆棒加热后挤压成铝合金；
（8）将挤压铝合金进行变形量1-3%的拉伸矫直，得到所述散热器用高导热铝合金。
4.根据权利要求3所述散热器用高导热铝合金的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中开启永磁搅拌装置对铝合金液进行搅拌是采用正转5分钟后接着反转5分钟的循环模式对铝合金液搅拌15-25分钟。
5.根据权利要求3所述散热器用高导热铝合金的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中惰性气体为纯度≥99.99%的氩气，精炼剂的用量占原材料总重量的0.2-0.3%，喷吹精炼时间为15-25分钟，精炼扒渣后的铝合金液静置时间为30-50分钟。
6.根据权利要求3所述散热器用高导热铝合金的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中精炼剂由以下质量百分比的成分组成：MgCl2 39.4%，KCl 30.5%，KBF4 7.9%，K2ZrF67.2%，SrCO3 7.5%，MnCl2 4.1%，BaCl2 3.4%。
7.根据权利要求3或6所述散热器用高导热铝合金的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中精炼剂的制备方法如下：①按精炼剂的成分组成和质量百分比，选用纯度≥99.5%的MgCl2、KCl、KBF4、K2ZrF6、SrCO3、MnCl2和BaCl2为原材料进行配料；②将原材料在100℃加热3小时进行烘干脱水；③选择真空度15Pa的真空炉将原材料在1000℃加热1.5小时进行熔化，搅拌后冷却凝固至室温；④将冷却凝固后的精炼剂破碎和筛选，得到颗粒尺寸≤2毫米的所述精炼剂。
8.根据权利要求3所述散热器用高导热铝合金的制备方法，其特征在于，所述步骤（5）中除气箱内石墨转子的旋转速度为500-600转/分钟，气体的流量为1.5-2.5立方米/小时，气体的压力为0.2-0.5 MPa，所述气体为纯度≥99.99%的氩气和纯度≥99.99%的氯气组成的混合气体，氯气的体积百分比为1-5%，所述过滤箱内设置有前50目、后80目的两块泡沫陶瓷过滤板。
9.根据权利要求3所述散热器用高导热铝合金的制备方法，其特征在于，所述步骤（6）中半连续铸造时铝合金液的温度为680-720℃，半连续铸造的速度为80-150毫米/分钟，半连续铸造机的冷却水温度为20-50℃。
10.根据权利要求3所述散热器用高导热铝合金的制备方法，其特征在于，所述步骤（7）中铝合金圆棒的加热温度为420-450℃，挤压模具的上机温度为400-420℃，挤压速度为5-15毫米/秒。
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