CN118006976A - 一种散热器用高导热率精密铝型材及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种散热器用高导热率精密铝型材及其生产方法,所述铝型材由以下质量百分比的成分组成:Si 0.42‑0.47%,Mg 0.43‑0.48%,Ti0.01‑0.015%,B 0.002‑0.003%,Fe≤0.2%,余量为Al和不可避免的杂质元素,单个杂质≤0.05%,杂质总量≤0.15%。所述生产方法包括配料、熔化铝合金液、炉内除气除杂、炉外在线晶粒细化、除气过滤、半连续铸造、均质、挤压、拉伸矫直和时效处理。本发明铝型材的抗拉强度≥250MPa,屈服强度≥210MPa,断后伸长率≥12%,导热率≥195W/(m·K),制作的散热器强度高,导热率高以及散热性能好,能满足5G通讯基站、新能源汽车、光伏发电、风力发电以及大功率LED灯等对铝型材散热器的导热散热能力要求。
Description
技术领域
本发明属于铝型材制备技术领域,具体是涉及一种散热器用高导热率精密铝型材及其生产方法。
背景技术
铝型材散热器具有质轻、美观、耐腐蚀、易加工成形、可回收利用等优点,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,对铝型材散热器的导热散热能力也要求越来越高。
如公开号为CN104658630A的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225W/(m·K)以上,但强度较低,抗拉强度为115MPa。又如公开号为CN114231808A的专利申请公开了一种散热器铝型材及其制备方法,铝型材主成分含量按质量百分比计:Mg 0.26-0.35%,Si 0.15-0.2%,Zn 0.7-0.95%,Mn 0.7-1.2%,Cu 2.5-3.5%,Co 0.1-0.13%,Cr 0.13-0.16%,Ti0.01-0.05%,Sc 0.01-0.06%,Zr 0.1-0.15%,余量为Al。铝型材的抗拉强度达290-330Mpa,屈服强度270-300Mpa,导热率220-230W/(m·K)。该铝型材的强度和导热率虽然比较高,但含有大量Cu、Co、Cr、Sc、Zr等稀贵金属,生产成本高,难以实现工业化生产和应用。再如公开号为CN108165779A的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%、Mn 0.8-1.2%、Cu0.4-0.8%、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242-260W/(m·K)。该铝合金型材的热导率虽然较高,同样含有大量稀贵金属元素,生产成本高,难以实现工业化生产和应用。公开号为CN111826560A的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%、Cu 0.1%-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,由于氮化铝纳米晶材料的制备成本高,因而同样难以实现工业化生产和应用。
从生产实践和文献资料检索结果来看,由于铝型材的导热率与强度之间存在互相制约、此消彼长的矛盾问题,铝型材的导热率和强度提高难以兼顾,现有散热器用铝型材仍然难以满足5G通讯、新能源汽车、光伏发电、风力发电等新能源新基建产业发展的需求。虽然通过添加La、Ce等稀土元素和稀贵金属元素可以提高铝型材的导热率和强度,但也会导致生产成本大幅增加,难以实现工业化生产和应用。因此,现有散热器用铝型材及其生产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率精密铝型材及其生产方法,通过优化铝型材的成分组成和生产工艺,提高铝型材的纯净度,提高铝型材的导热率,满足5G通讯、新能源汽车、光伏发电、风力发电等领域对高导热率铝型材的需求。
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率精密铝型材,所述铝型材由以下质量百分比的成分组成:Si 0.42-0.47%,Mg 0.43-0.48%,Ti0.01-0.015%,B 0.002-0.003%,Fe≤0.2%,余量为Al和不可避免的杂质元素,单个杂质≤0.05%,杂质总量≤0.15%。
其中,Si和Mg是铝型材的主要强化元素,Si和Mg在铝型材中具有固溶强化作用外,还可以通过时效析出Mg2Si强化相显著提高铝型材的强度。Si和Mg的含量过低,会导致铝型材的强度过低,Si和Mg的含量越高,铝型材的强度越高,但也会导致铝型材的导热率下降。作为优选地,Si的含量为0.42-0.47%,Mg的含量为0.43-0.48%。
Ti和B是以铝钛硼合金杆形式加入到铝合金液,主要作用是细化铝合金铸棒的晶粒,改善铝合金铸棒组织成分的均匀性,提高铝合金铸棒的挤压性能。Ti和B的含量太低,晶粒细化效果不理想,Ti和B的含量越高,晶粒越细小,但也会增加生产成本。作为优选地,Ti的含量为0.01-0.015%,B的含量为0.002-0.003%。
Fe在铝合金中属于常见的杂质元素,可与Si、Al形成FeAl3、Fe3SiAl12、Fe2SiAl9等金属间化合物,当这些金属间化合物弥散分布在铝型材中时可以通过弥散强化提高铝型材的强度,但Fe含量太高也会降低铝型材的导热率。作为优选地,Fe的含量≤0.2%。
本发明第二方面提供了一种散热器用高导热率精密铝型材的生产方法,所述生产方法包括以下步骤:
(1)按铝型材的成分组成及质量百分比,选择铝锭、镁锭和铝钛硼合金杆为原材料进行配料;
(2)将铝锭和镁锭加入到熔铝炉中在740-760℃条件下加热熔化成铝合金液;
(3)采用氩气和精炼剂对炉内铝合金液喷吹精炼进行除渣处理,然后扒去铝合金液表面的浮渣;
(4)通过炉底部安装的透气砖向炉内铝合金液通入由氩气和氯气组成的混合气体进行除气处理;
(5)将铝合金液导入流槽,然后加入占原材料总重量0.2-0.3%的铝钛硼合金杆进行在线晶粒细化处理;
(6)将铝合金液依次流过设置在流槽上的除气箱和管式过滤箱进行在线除气和过滤处理;
(7)在铝合金液温度为680-720℃、铸造速度为100-200毫米/分钟、冷却水温度为20-40℃条件下将铝合金液半连续铸造成铝合金铸棒;
(8)将铝合金铸棒在565-575℃条件下加热5-6小时进行均质处理,然后喷水雾冷却至室温;
(9)将铝合金铸棒加热至480-500℃,然后进行挤压成铝型材;
(10)将铝型材在180-190℃条件下加热4-5小时进行时效处理,得到所述散热器用高导热率精密铝型材。
作为优选地,步骤(1)中所述铝锭的铝含量≥99.7%,镁锭的镁含量≥99.8%,铝钛硼合金杆的钛含量为5%,硼含量为1%。
作为优选地,步骤(3)中所述氩气的纯度≥99.99%,所述精炼剂的用量为铝合金液重量的0.1-0.2%,喷吹精炼时间为15-25分钟,所述精炼剂由以下质量百分比的成分组成:ZnCl2 43.67%,K2CO3 25.64%,NaNO3 8.36%,KF 10.78%,K2SO4 7.26%,Li2SO44.29%。
作为优选地,所述精炼剂的制备方法依次包括如下步骤:(1)选用纯度≥99.8%的ZnCl2、K2CO3、NaNO3、KF、K2SO4、Li2SO4为为原材料进行配料;(2)在纯度≥99.99%的氩气保护下将原材料在1150℃加热熔化,然后冷却凝固块体精炼剂;(3)将块体精炼剂粉粹成粒径≤2毫米粉末,得到所述精炼剂。
气孔和夹杂物不仅会降低铝型材的强度,还会降低铝型材的导热率。传统精炼剂主要采用钠盐、氟盐、氯盐、六氯乙烷等原材料直接破碎混合而成,未发挥原材料之间的相互作用,导致精炼剂的熔点高,除渣效率低。为了提高铝型材的纯净度,提高铝型材的强度和导热率,发明人通过大量实验研究,研制了高效环保的精炼剂,精炼剂以ZnCl2为主要成分,再配上少量的K2CO3、NaNO3、KF、K2SO4、Li2SO4,其中,K2CO3与KF的质量比为2.38,K2SO4与Li2SO4的质量比为1.69,为了防止原材料在高温加热过程中发生氧化和挥发,在氩气保护下先将原材料在1150℃加热熔化,然后冷却凝固和粉粹成粉末状精炼剂,ZnCl2的熔点约为290℃,NaNO3的熔点为306.8℃,K2CO3的熔点为891℃,KF的熔点为858℃,K2SO4的熔点为1069℃,Li2SO4的熔点为859℃,虽然K2CO3、KF、K2SO4、Li2SO4的熔点较高,但通过熔化和凝固结晶,使K2CO3与KF形成熔点仅为688℃的KF·K2CO3共晶体,K2SO4与Li2SO4形成熔点仅为716℃的K2SO4·Li2SO4共晶体,精炼剂的熔点得到大幅下降,精炼剂在铝合金液中更容易熔解,ZnCl2分解出Cl2,K2CO3分解出CO2,NaNO3分解出N2、CO2和NO气体,大量的气泡在上浮过程中捕获铝合金液中的夹杂物,起到除渣效果。K2SO4·Li2SO4共晶体熔解成液态熔盐,对氧化铝等夹杂物具有很好的润湿球化作用,促进夹杂物与铝液的分离,提高除渣效率。另外,该精炼剂不含钠盐和六氯乙烷,只含少量氟盐,使用也更加环保。
作为优选地,步骤(4)中所述氩气的纯度≥99.99%,所述氯气的纯度≥99.9%,所述混合气体中氯气的体积百分比为3-5%,所述混合气体的流量为0.3-0.6立方米/分钟,所述除气的时间为10-20分钟。
炉底透气砖除气是在熔铝炉的底部安装多个多孔的透气砖,然后通过透气砖向炉内的铝合金液中通入由氩气和氯气组成的混合气体,混合气体经过多孔透气砖后被分解成细小均匀的小气泡,小气泡在上浮过程中捕获铝合金液中的氢气,然后上浮带出铝合金液,起到除气作用。由于熔铝炉底部均匀安装有多个多孔透气砖,使得气泡在铝合金液分布均匀,同时气泡上浮时对铝合金液还有搅拌作用,避免了炉内铝合金液存在除气的死角,提高了铝合金液的除气效率。混合气体的流量越大,通气时间越长,除气效果越好。作为优选地,混合气体的流量为0.3-0.6立方米/分钟,除气时间为10-20分钟,可将炉内铝合金液的氢含量降低至0.2ml/100gAl以下,大幅提高炉内铝合金液的纯净度。
作为优选地,步骤(6)中所述除气箱内石墨转子的转速为400-500转/分钟,石墨转子上的气体流量为2-3立方米/小时,气体压力为0.4-0.6MPa,所述气体是纯度≥99.99%的氩气和纯度≥99.9%氯气组成的混合气体,混合气体中氯气的体积百分比为5-10%。
通过除气箱内高速旋转的石墨转子将氩气和氯气组成的混合气体破碎成细小的气泡并进入铝合金液中,利用氢在铝合金液与气泡间的分压差,使铝合金液中的氢原子不断扩散到气泡内,然后随气泡上浮逸出铝合金液,起到除气作用,经过除气箱除气后,铝合金液的氢含量可降低到0.08ml/100gAl以下。
步骤(6)中所述管式过滤箱的过滤介质是陶瓷过滤管,陶瓷过滤管是由粒径3-6mm的氮化硅陶瓷颗粒与粘结剂高温烧结而成,内部有大量曲折的孔隙,当铝合金液流过陶瓷过滤管时,夹杂物被吸附或阻挡在陶瓷过滤管的表面和孔隙内壁上,达到过滤除杂作用。陶瓷过滤管的热强度高,抗热冲击、热侵蚀能力强,过滤量大,过滤效率高。管式过滤箱的结构和使用方法有公开文献资料可查,在此不再赘叙。管式过滤属于高精度过滤,经管式过滤后铝合金液中5μm以上夹杂物的去除率可达到98%以上,铝型材中的渣含量可降低到0.05mm2/kg,从而大幅度提高铝型材的洁净度,提高铝型材强度和导热率。
步骤(8)中将铝合金铸棒在565-575℃条件下加热5-6小时进行均质处理,目的是消除铝合金铸棒内部的元素宏微观偏析,熔解粗大的金属间化合物,消除铸棒的内应力,降低铝合金铸棒的变形抗力,提高铸棒的组织成分均匀性。
作为优选地,步骤(9)中所述挤压的挤压比为10-30,挤压速度为5-15mm/s,挤压模具加热温度为420-460℃。
与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:本发明通过科学设计铝型材的成分组成,优化铝型材生产方法,提高铝型材的洁净度,解决了铝型材强度与导热率之间相互制约、此消彼长的矛盾问题,使铝型材的强度和导热率同时获得大幅提高,铝型材的抗拉强度≥250MPa,屈服强度≥210MPa,断后伸长率≥12%,导热率≥195W/(m·K)。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步的描述,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。
实施例1:
一种散热器用高导热率精密铝型材:
铝型材由以下质量百分比的成分组成:Si 0.45%,Mg 0.46%,Ti 0.0125%,B0.0025%,Fe 0.14%,余量为Al和不可避免的杂质元素,单个杂质≤0.05%,杂质总量≤0.15%。
一种散热器用高导热率精密铝型材的生产方法,所述生产方法依次包括以下步骤:
(1)按铝型材的成分组成及质量百分比,选择铝含量≥99.7%的铝锭、镁含量≥99.8%的镁锭和钛含量为5%、硼含量为1%的铝钛硼合金杆为原材料进行配料;
(2)将铝锭和镁锭加入到熔铝炉中在750℃条件下加热熔化成铝合金液;
(3)采用纯度≥99.99%的氩气和铝合金液重量0.15%的精炼剂对炉内铝合金液喷吹精炼20分钟进行除渣处理,然后扒去铝合金液表面的浮渣;
(4)通过炉底部安装的透气砖向炉内铝合金液通入由纯度≥99.99%的氩气和纯度≥99.9%的氯气组成的混合气体进行除气处理,混合气体中氯气的体积百分比为4%,混合气体的流量为0.45立方米/分钟,除气的时间为15分钟;
(5)将铝合金液导入流槽,然后加入占原材料总重量0.25%的铝钛硼合金杆进行在线晶粒细化处理;
(6)将铝合金液依次流过设置在流槽上的除气箱和管式过滤箱进行在线除气和过滤处理,除气箱内石墨转子的转速为450转/分钟,石墨转子上的气体流量为2.5立方米/小时,气体压力为0.5MPa,气体是纯度≥99.99%的氩气和纯度≥99.9%氯气组成的混合气体,混合气体中氯气的体积百分比为7%;
(7)在铝合金液温度为700℃、铸造速度为150毫米/分钟、冷却水温度为30℃条件下将铝合金液半连续铸造成铝合金铸棒;
(8)将铝合金铸棒在570℃条件下加热5.5小时进行均质处理,然后喷水雾冷却至室温;
(9)将铝合金铸棒加热至490℃,然后在挤压比为18、挤压速度为11mm/s、挤压模具加热温度为440℃条件下进行挤压成铝型材;
(10)将铝型材在185℃条件下加热4.5小时进行时效处理,得到所述铝型材。
实施例2:
一种散热器用高导热率精密铝型材:
铝型材由以下质量百分比的成分组成:Si 0.42%,Mg 0.48%,Ti 0.015%,B0.003%,Fe 0.18%,余量为Al和不可避免的杂质元素,单个杂质≤0.05%,杂质总量≤0.15%。
一种散热器用高导热率精密铝型材的生产方法,所述生产方法依次包括以下步骤:
(1)按铝型材的成分组成及质量百分比,选择铝含量≥99.7%的铝锭、镁含量≥99.8%的镁锭和钛含量为5%、硼含量为1%的铝钛硼合金杆为原材料进行配料;
(2)将铝锭和镁锭加入到熔铝炉中在760℃条件下加热熔化成铝合金液;
(3)采用纯度≥99.99%的氩气和铝合金液重量0.2%的精炼剂对炉内铝合金液喷吹精炼25分钟进行除渣处理,然后扒去铝合金液表面的浮渣;
(4)通过炉底部安装的透气砖向炉内铝合金液通入由纯度≥99.99%的氩气和纯度≥99.9%的氯气组成的混合气体进行除气处理,混合气体中氯气的体积百分比为5%,混合气体的流量为0.3立方米/分钟,除气的时间为20分钟;
(5)将铝合金液导入流槽,然后加入占原材料总重量0.3%的铝钛硼合金杆进行在线晶粒细化处理;
(6)将铝合金液依次流过设置在流槽上的除气箱和管式过滤箱进行在线除气和过滤处理,除气箱内石墨转子的转速为500转/分钟,石墨转子上的气体流量为2立方米/小时,气体压力为0.6MPa,气体是纯度≥99.99%的氩气和纯度≥99.9%氯气组成的混合气体,混合气体中氯气的体积百分比为10%;
(7)在铝合金液温度为680℃、铸造速度为200毫米/分钟、冷却水温度为20℃条件下将铝合金液半连续铸造成铝合金铸棒;
(8)将铝合金铸棒在575℃条件下加热5小时进行均质处理,然后喷水雾冷却至室温;
(9)将铝合金铸棒加热至500℃,然后在挤压比为30、挤压速度为5mm/s、挤压模具加热温度为460℃条件下进行挤压成铝型材;
(10)将铝型材在190℃条件下加热4小时进行时效处理,得到所述铝型材。
实施例3:
一种散热器用高导热率精密铝型材:
铝型材由以下质量百分比的成分组成:Si 0.47%,Mg 0.43%,Ti 0.01%,B0.002%,Fe 0.11%,余量为Al和不可避免的杂质元素,单个杂质≤0.05%,杂质总量≤0.15%。
一种散热器用高导热率精密铝型材的生产方法,所述生产方法依次包括以下步骤:
(1)按铝型材的成分组成及质量百分比,选择铝含量≥99.7%的铝锭、镁含量≥99.8%的镁锭和钛含量为5%、硼含量为1%的铝钛硼合金杆为原材料进行配料;
(2)将铝锭和镁锭加入到熔铝炉中在740℃条件下加热熔化成铝合金液;
(3)采用纯度≥99.99%的氩气和铝合金液重量0.1%的精炼剂对炉内铝合金液喷吹精炼15分钟进行除渣处理,然后扒去铝合金液表面的浮渣;
(4)通过炉底部安装的透气砖向炉内铝合金液通入由纯度≥99.99%的氩气和纯度≥99.9%的氯气组成的混合气体进行除气处理,混合气体中氯气的体积百分比为3%,混合气体的流量为0.6立方米/分钟,除气的时间为10分钟;
(5)将铝合金液导入流槽,然后加入占原材料总重量0.1%的铝钛硼合金杆进行在线晶粒细化处理;
(6)将铝合金液依次流过设置在流槽上的除气箱和管式过滤箱进行在线除气和过滤处理,除气箱内石墨转子的转速为400转/分钟,石墨转子上的气体流量为3立方米/小时,气体压力为0.4MPa,气体是纯度≥99.99%的氩气和纯度≥99.9%氯气组成的混合气体,混合气体中氯气的体积百分比为5%;
(7)在铝合金液温度为720℃、铸造速度为100毫米/分钟、冷却水温度为40℃条件下将铝合金液半连续铸造成铝合金铸棒;
(8)将铝合金铸棒在565℃条件下加热6小时进行均质处理,然后喷水雾冷却至室温;
(9)将铝合金铸棒加热至480℃,然后在挤压比为10、挤压速度为15mm/s、挤压模具加热温度为420℃条件下进行挤压成铝型材;
(10)将铝型材在180℃条件下加热5小时进行时效处理,得到所述铝型材。
实施例4:
一种散热器用高导热率精密铝型材:
铝型材由以下质量百分比的成分组成:Si 0.43%,Mg 0.47%,Ti 0.0125%,B0.0025%,Fe 0.16%,余量为Al和不可避免的杂质元素,单个杂质≤0.05%,杂质总量≤0.15%。
一种散热器用高导热率精密铝型材的生产方法,所述生产方法依次包括以下步骤:
(1)按铝型材的成分组成及质量百分比,选择铝含量≥99.7%的铝锭、镁含量≥99.8%的镁锭和钛含量为5%、硼含量为1%的铝钛硼合金杆为原材料进行配料;
(2)将铝锭和镁锭加入到熔铝炉中在750℃条件下加热熔化成铝合金液;
(3)采用纯度≥99.99%的氩气和铝合金液重量0.5%的精炼剂对炉内铝合金液喷吹精炼20分钟进行除渣处理,然后扒去铝合金液表面的浮渣;
(4)通过炉底部安装的透气砖向炉内铝合金液通入由纯度≥99.99%的氩气和纯度≥99.9%的氯气组成的混合气体进行除气处理,混合气体中氯气的体积百分比为4%,混合气体的流量为0.4立方米/分钟,除气的时间为13分钟;
(5)将铝合金液导入流槽,然后加入占原材料总重量0.25%的铝钛硼合金杆进行在线晶粒细化处理;
(6)将铝合金液依次流过设置在流槽上的除气箱和管式过滤箱进行在线除气和过滤处理,除气箱内石墨转子的转速为480转/分钟,石墨转子上的气体流量为2.6立方米/小时,气体压力为0.5MPa,气体是纯度≥99.99%的氩气和纯度≥99.9%氯气组成的混合气体,混合气体中氯气的体积百分比为7%;
(7)在铝合金液温度为690℃、铸造速度为170毫米/分钟、冷却水温度为28℃条件下将铝合金液半连续铸造成铝合金铸棒;
(8)将铝合金铸棒在570℃条件下加热5.5小时进行均质处理,然后喷水雾冷却至室温;
(9)将铝合金铸棒加热至490℃,然后在挤压比为20、挤压速度为13mm/s、挤压模具加热温度为450℃条件下进行挤压成铝型材;
(10)将铝型材在185℃条件下加热4.5小时进行时效处理,得到所述铝型材。
实施例1-4中所述精炼剂由以下质量百分比的成分组成:ZnCl2 43.67%,K2CO325.64%,NaNO3 8.36%,KF 10.78%,K2SO4 7.26%,Li2SO4 4.29%。
所述精炼剂的制备方法依次包括如下步骤:(1)选用纯度≥99.8%的ZnCl2、K2CO3、NaNO3、KF、K2SO4、Li2SO4为为原材料进行配料;(2)在纯度≥99.99%的氩气保护下将原材料在1150℃加热熔化,然后冷却凝固块体精炼剂;(3)将块体精炼剂粉粹成粒径≤2毫米粉末,得到所述精炼剂。
对比例1:
铝型材的成分组成及其生产工艺参数与实施例1相同,区别在于所用精炼剂是目前常用的市售精炼剂,精炼剂由以下质量百分比的成分组成:26.1%的NaCl,10.6%的Na2SiF6,17.1%的Na2SO4,6.9%的CaF2,9.3%的C6Cl6,14.3%的Na2S2O3和15.7%的NaF,该精炼剂的制备方法是将原材料直接破碎成粒径≤2毫米粉末后混合而成。
对比例2:
铝型材的成分组成及其生产工艺参数与实施例2相同,区别在于未采用炉底透气砖向炉内铝合金液通入由氩气和氯气组成的混合气体进行除气处理。
对比例3:
铝型材的成分组成及其生产工艺参数与实施例3相同,区别在于未采用管式过滤箱对铝合金液进行过滤处理。
对比例4:
铝型材的成分组成及其生产工艺参数与实施例4相同,区别在于本对比例未采用除气箱箱对铝合金液进行除气处理。
验证例1:
采用OXFORD-DSC500型差式扫描量热仪分别检测实施例1和对比例1所用精炼剂的熔点,结果如表1所示。从表1可看到,实施例1精炼剂的熔化起始温度为290℃,熔化结束温度仅为716℃。对比例1精炼剂的熔化起始温度为564℃,熔化结束温度为1249℃。通过比较可以看到,本发明研制的精炼剂具有更低的熔化起始温度和熔化结束温度,表明本发明研制的精炼剂更容易熔解于铝合金液,有利于提高除渣效果。
表1实施例1和对比例1精炼剂的熔点
验证例2:
采用HDA-V测氢仪和Analyze PoDFA测渣仪现场检测实施例1-4和对比例1-4半连续铸造前铝合金液的含氢量和含渣量,结果如表2所示。从表2可看到,实施例1-4铝合金的含氢量低于0.08ml/100gAl,含渣量低于0.05mm2/kg。而对比例1由于采用传统市售精炼剂进行炉内喷吹精炼,对比例2由于未采用炉底透气砖除气,对比例3由于未采用管式过滤,对比例4由于未采用除气箱除气,导致铸造前铝合金液的气渣含量都高于实施例铸造前铝合金液的气渣含量。通过比较可以看到,采用本发明方法可大幅提高铝型材的洁净度。
表2实施例和对比例铸造前铝合金液的含氢量和含渣量
验证例3:
在实施例1-4和对比例1-4的铝型材上取样,然后分别检测铝型材的室温拉伸力学性能和导热率,结果如表3所示。从表3可看到,实施例1-4的铝型材的抗拉强度≥250MPa,屈服强度≥210MPa,断后伸长率≥12%,导热率≥195W/(m·K)。而对比例1-4的铝型材的抗拉强度≤240MPa,屈服强度≤200MPa,断后伸长率≤12%,导热率≤190W/(m·K)。通过比较可以看到,本发明通过科学设计铝型材的成分组成,优化铝型材的生产方法,提高铝型材的洁净度,使铝型材的强度和导热率同时获得大幅提高。
表3实施例和对比例铝型材的室温拉伸力学性能和导热率
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Claims (10)
1.一种散热器用高导热率精密铝型材,其特征在于,所述铝型材由以下质量百分比的成分组成:Si 0.42-0.47%,Mg 0.43-0.48%,Ti 0.01-0.015%,B 0.002-0.003%,Fe≤0.2%,余量为Al和不可避免的杂质元素,单个杂质≤0.05%,杂质总量≤0.15%。
2.一种散热器用高导热率精密铝型材的生产方法,其特征在于,所述生产方法用于生产如权利要求1所述的散热器用高导热率精密铝型材,所述生产方法包括以下步骤:
(1)按铝型材的成分组成及质量百分比,选择铝锭、镁锭和铝钛硼合金杆为原材料进行配料;
(2)将铝锭和镁锭加入到熔铝炉中在740-760℃条件下加热熔化成铝合金液;
(3)采用氩气和精炼剂对炉内铝合金液喷吹精炼进行除渣处理,然后扒去铝合金液表面的浮渣;
(4)通过炉底部安装的透气砖向炉内铝合金液通入由氩气和氯气组成的混合气体进行除气处理;
(5)将铝合金液导入流槽,然后加入占原材料总重量0.2-0.3%的铝钛硼合金杆进行在线晶粒细化处理;
(6)将铝合金液依次流过设置在流槽上的除气箱和管式过滤箱进行在线除气和过滤处理;
(7)在铝合金液温度为680-720℃、铸造速度为100-200毫米/分钟、冷却水温度为20-40℃条件下将铝合金液半连续铸造成铝合金铸棒;
(8)将铝合金铸棒在565-575℃条件下加热5-6小时进行均质处理,然后喷水雾冷却至室温;
(9)将铝合金铸棒加热至480-500℃,然后进行挤压成铝型材;
(10)将铝型材在180-190℃条件下加热4-5小时进行时效处理,得到所述散热器用高导热率精密铝型材。
3.根据权利要求2所述散热器用高导热率精密铝型材的生产方法,其特征在于,步骤(1)中所述铝锭的铝含量≥99.7%,镁锭的镁含量≥99.8%,铝硅合金的硅含量为25%,铝铜合金的铜含量为20%,铝锰合金的锰含量为10%,铝铁合金的铁含量为15%,铝钛硼合金杆的钛含量为5%,硼含量为1%。
4.根据权利要求2所述散热器用高导热率精密铝型材的生产方法,其特征在于,步骤(3)中所述氩气的纯度≥99.99%,所述精炼剂的用量为铝合金液重量的0.1-0.2%,喷吹精炼时间为15-25分钟。
5.根据权利要求2所述散热器用高导热率精密铝型材的生产方法,其特征在于,步骤(3)中所述精炼剂由以下质量百分比的成分组成:ZnCl243.67%,K2CO3 25.64%,NaNO38.36%,KF 10.78%,K2SO4 7.26%,Li2SO44.29%。
6.根据权利要求2和5所述散热器用高导热率精密铝型材的生产方法,其特征在于,步骤(3)中所述精炼剂的制备方法依次包括如下步骤:(1)选用纯度≥99.8%的ZnCl2、K2CO3、NaNO3、KF、K2SO4、Li2SO4为为原材料进行配料;(2)在纯度≥99.99%的氩气保护下将原材料在1150℃加热熔化,然后冷却凝固块体精炼剂;(3)将块体精炼剂粉粹成粒径≤2毫米粉末,得到所述精炼剂。
7.根据权利要求2所述散热器用高导热率精密铝型材的生产方法,其特征在于,步骤(4)中所述氩气的纯度≥99.99%,所述氯气的纯度≥99.9%,所述混合气体中氯气的体积百分比为3-5%,所述混合气体的流量为0.3-0.6立方米/分钟,所述除气的时间为10-20分钟。
8.根据权利要求2所述散热器用高导热率精密铝型材的生产方法,其特征在于,步骤(6)中所述除气箱内石墨转子的转速为400-500转/分钟,石墨转子上的气体流量为2-3立方米/小时,气体压力为0.4-0.6MPa,所述气体是纯度≥99.99%的氩气和纯度≥99.9%氯气组成的混合气体,混合气体中氯气的体积百分比为5-10%。
9.根据权利要求2所述散热器用高导热率精密铝型材的生产方法,其特征在于,步骤(9)中所述挤压的挤压比为10-30,挤压速度为5-15mm/s,挤压模具加热温度为420-460℃。
10.根据权利要求1所述散热器用高导热率精密铝型材,其特征在于,所述铝型材的抗拉强度≥250MPa,屈服强度≥210MPa,断后伸长率≥12%,导热率≥195W/(m·K)。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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