CN116334458A - 一种高导热铝合金材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高导热铝合金材料，属于铝合金材料技术领域，按照质量百分比计，所述高导热铝合金材料包括以下组分：<0.8%的Zn，6~11%的Si，<0.5%的Cu，<0.5%的Mn，<0.6%的Mg，<1.0%的Fe，<0.3%的Sr，余量为Al。其材料性能，根据标准：GBT228.1‑2010，拉伸速度：1.5‑2mm/min，进行检测结果：抗拉强度240MPa；屈服强度130MPa；延伸率≧5%。根据维氏硬度计参数：300g/10s测试5点求平均值，硬度≧95HV。根据25℃激光闪测法测试热扩散，导热率180W/m•K。根据高精度精密陶瓷孔隙率体积密度测试仪测试，密度2.65（g/cm3）。熔化范围T/℃660‑680℃。缩水率4‰。含渣量<3%。材料最长保温时间6小时。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金材料技术领域，具体为一种高导热铝合金材料。
背景技术
随着各行业设备运行功率密度和发热量越来越高，提高设备散热能力、降低系统温度已成为新材料应用和结构优化设计的关键。铝合金由于其优良的导热性能、可加工性能等优点，在保持设备较高散热能力的同时可实现设备的小型化、轻量化，被广泛应用于各种设备的散热零部件。
金属热传导主要靠其内部的自由电子完成。晶格振动是金属热传递的另一种方式，但相对于自由电子传递方式来说处于次要地位。一般来说，合金元素的掺入会引起杂质缺陷，对自由电子运动产生阻力，会降低合金中的热导率。如何通过在铝硅系列合金中调整各金属元素的比例，改善材料的组织，达到提高铝合金材料的热导率，是现有技术中需要解决的具体问题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述背景技术困难，解决通过在铝合金中调整各合金元素的比例，改善材料的组织，达到提高铝合金材料的热导率，提供一种高导热铝合金材料。
为达到上述目的，采用的技术方案为：一种高导热铝合金材料，按照质量百分比计，所述高导热铝合金材料包括以下组分：<0.8%的Zn，6~11%的Si，<0.5%的Cu，<0.5%的Mn，<0.6%的Mg，<1.0%的Fe，<0.3%的Sr，余量为Al。
进一步的，按照质量百分比计，所述高导热铝合金材料包括以下组分：0.7%的Zn，7.5~10%的Si，0.4%的Cu，0.4%的Mn，0.5%的Mg，0.7%的Fe，0.2%的Sr，余量为Al。
进一步的，按照质量百分比计，所述高导热铝合金材料包括以下组分：0.6%的Zn，10.5%的Si，0.4%的Cu，0.4%的Mn，0.5%的Mg，0.8%的Fe，0.2%的Sr，余量为Al。
进一步的，所述高导热铝合金材料抗拉强度240MPa，屈服强度130MPa，延伸率≧5%。
进一步的，所述高导热铝合金材料硬度≧95HV，导热率180W/m·K，密度2.65g/cm3。
进一步的，所述高导热铝合金材料熔化范围660~680℃，缩水率4‰。
进一步的，所述高导热铝合金材料含渣量<3%。
进一步的，所述高导热铝合金材料最长保温时间6小时。
采用上述方案的有益效果为：这种高导热铝合金材料是硅含量较高的铝硅合金。研究表明通过对铝硅合金添加变质剂、合金元素等工艺，可获得良好的导热性和力学性能铝合金材料。不同合金化元素及形成的第二相对铝合金导热系数和力学性能形成不同的影响。通过对含有Cu、Fe、Mg三种元素的铝硅合金中常见第二相的热力学性质和力学性能进行试验研究,得知其中三元铝铁硅相具有良好的刚度和理论硬度,其热传导和强化能力也优于其它第二相。通过对制备的Al-Si-Fe-Mg合金进行Sr变质处理的研究结果表明,共晶硅组织由原本粗大片层状或长针状变为高度分支纤维状。变质合金的导热系数较未变质合金有显著提高。合金元素由析出态变为固溶态时，会引起热导率降低。Si和Fe、Mn形成Al12（FeMn）3Si相弥散在铝基体中，可减小Si、Fe、Mn元素在铝基体中的固溶度，可使合金的热导率提高。添加适量的Zn可增加铝硅合金材料的机械强度和热处理效果。
本发明的高导热铝合金材料根据文件编号：GZ-LHXC-001命名为高导热铝LHXC-G11材料。其化学成分参数经第三方ROHSv报告通过火花直读光谱仪检测方法检测，化学成分环保符合ROHS指令要求。其材料性能，根据标准：GBT228.1-2010，拉伸速度：1.5-2mm/min，进行检测结果：抗拉强度240MPa；屈服强度130MPa；延伸率≧5%。根据维氏硬度计参数：300g/10s测试5点求平均值，硬度≧95HV。根据25℃激光闪测法测试热扩散，导热率180W/m•K。根据高精度精密陶瓷孔隙率体积密度测试仪测试，密度2.65（g/cm3）。熔化范围T/℃660-680℃。缩水率4‰。含渣量<3%。材料最长保温时间6小时。
实施方式
下面结合本发明的具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做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
一种高导热铝合金材料，按照质量百分比计，所述高导热铝合金材料包括以下组分：<0.8%的Zn，6~11%的Si，<0.5%的Cu，<0.5%的Mn，<0.6%的Mg，<1.0%的Fe，<0.3%的Sr，余量为Al。
优选的，所述高导热铝合金材料抗拉强度240MPa，屈服强度130MPa，延伸率≧5%。
优选的，所述高导热铝合金材料硬度≧95HV，导热率180W/m·K，密度2.65g/cm3。
优选的，所述高导热铝合金材料熔化范围660~680℃，缩水率4‰。
优选的，所述高导热铝合金材料含渣量<3%。
优选的，所述高导热铝合金材料最长保温时间6小时。
铝硅合金含Si量高，具有低熔点、耐蚀性好等优点，使其具有非常广泛的应用。通过对铝硅合金进行熔炼，添加变质剂、合金元素和热处理等工艺处理，可获得良好的导热性和力学性能的铝合金材料。不同合金元素及其形成的第二相对铝合金导热系数值都会产生影响。通过对含有Cu、Fe、Mg三种元素的铝硅合金中常见第二相的热力学性质和力学性能进行研究和分析,得知其中三元铝铁硅相具有良好的刚度和理论硬度,其德拜温度和导热系数的理论计算值最高,说明其热传导和强化能力均优于其它第二相。
通过热力学计算分别对Cu、Fe、Mg、Si元素在不同含量下对铝合金导热系数的变化规律进行研究,结果表明Si元素引起铝合金导热系数降低程度最小。合金元素由析出态变为固溶态时，会引起热导率变小。Si和Fe、Mn形成Al12(FeMn)3Si相弥散在铝基体中，减小了Si、Fe、Mn元素在铝基体中的固溶度，且不易形成粗大的Al9Fe2Si相，合金导热率较高。在对Sr变质处理效果的研究结果表明,其可使铝合金共晶硅组织由原本粗大片层状或长针状变为高度分支纤维状。由于变质后共晶硅尺寸和形貌的改变以及硅相本身导热能力的提高,降低了对热传导过程中自由电子的散射作用。变质合金的导热系数较未变质合金有显著提高。
实施例
一种高导热铝合金材料，按照质量百分比计，所述高导热铝合金材料包括以下组分：0.7%的Zn，7.5~10%的Si，0.4%的Cu，0.2%的Mn，0.3%的Mg，0.5%的Fe，0.2%的Sr，余量为Al。
实施例
一种高导热铝合金材料，按照质量百分比计，所述高导热铝合金材料包括以下组分：0.6%的Zn，8.5%的Si，0.4%的Cu，0.4%的Mn，0.5%的Mg，0.8%的Fe，0.2%的Sr，余量为Al。
铝镁系列合金主要合金元素为镁，具有良好的成型加工性能、抗蚀性、焊接性，本发明对比例1铝合金材料的成分和配比采用自此系列合金，并主要采用其中牌号为5052铝合金材料的成分和配比。铝铜系列合金包含一定量的镁，其成分比较合理，综合性能较好，本发明对比例2铝合金材料的成分和配比采用自此系列合金，并主要采用其中牌号为2024铝合金材料的成分和配比。铝硅系列合金属于热处理可强化合金，具有良好的可成型性、可焊性和机加工性，本发明对比例3铝合金材料的成分和配比采用自此系列合金，并主要采用其中牌号为6061铝合金材料的成分和配比。铝锌合金系列是铝合金中强度最高的一类，本发明对比例4铝合金材料的成分和配比采用自此系列合金，并主要采用其中牌号为7050铝合金材料的成分和配比。
下面结合具体实施例和对比例进一步说明本发明的有益效果，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。对比例1至4和实施例3至6的成分及配比具体见表1。
表1
本发明实施例3至6按照表1中的成分及配比制备出铝合金锭，然后对这些铝合金锭的各项性能进行测试，对比例1至4和实施例3至6的主要性能指标数据见表2。
表2
从表1和表2中的对比例1至4和实施例3至6的成分、配比和材料性能数据可以看出：本发明的实施例通过在纯铝中添加较高配比的硅、铁和锰，适量减少锌、铜和镁的含量，并添加适量的锶，使得本发明的技术方案相对于各个系列的铝合金具有明显的高导热率。其材料性能指标能够满足高导热铝合金材料的要求。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (8)
1.一种高导热铝合金材料，其特征是：按照质量百分比计，所述高导热铝合金材料包括以下组分：<0.8%的Zn，6~11%的Si，<0.5%的Cu，<0.5%的Mn，<0.6%的Mg，<1.0%的Fe，<0.3%的Sr，余量为Al。
2.根据权利要求1所述的一种高导热铝合金材料，其特征是：按照质量百分比计，所述高导热铝合金材料包括以下组分：0.7%的Zn，7.5~10%的Si，0.4%的Cu，0.2%的Mn，0.3%的Mg，0.5%的Fe，0.2%的Sr，余量为Al。
3.根据权利要求1所述的一种高导热铝合金材料，其特征是：按照质量百分比计，所述高导热铝合金材料包括以下组分：0.6%的Zn，8.5%的Si，0.4%的Cu，0.4%的Mn，0.5%的Mg，0.8%的Fe，0.2%的Sr，余量为Al。
4.根据权利要求1所述的一种高导热铝合金材料，其特征是：所述高导热铝合金材料抗拉强度240MPa，屈服强度130MPa，延伸率≧5%。
5.根据权利要求1所述的一种高导热铝合金材料，其特征是：所述高导热铝合金材料硬度≧95HV，导热率180W/m·K，密度2.65g/cm3。
6.根据权利要求1所述的一种高导热铝合金材料，其特征是：所述高导热铝合金材料熔化范围660~680℃，缩水率4‰。
7.根据权利要求1所述的一种高导热铝合金材料，其特征是：所述高导热铝合金材料含渣量<3%。
8.根据权利要求1所述的一种高导热铝合金材料，其特征是：所述高导热铝合金材料最长保温时间6小时。
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