CN1209478C - 一种改进型6063铝合金材料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改进型6063铝合金材料，该材料是在原6063铝合金中添加有重量百分含量为0.11～0.2%的混合稀土元素La和Ce，其中稀土元素La的添加量为0.036～0.14%。稀土元素在铝合金中的应用结果表明，在铝合金中添加适量稀土可以改善机械、物理及工艺性能，表现为净化、强化和细化，在半导体和空调机及冷凝蒸发器器件使用本发明材料制作的散热器，有良好的可挤压性及导电导热性能。

Description

一种改进型6063铝合金材料

技术领域

本发明涉及一种铝合金材料。

背景技术

原国家标准6063铝合金材料在多个行业中均被广泛使用，但受其本身材料特点的影响，6063铝合金的机械性能和物理性能存在不足之处，如可挤压性、导电性和导热性均不够理想，限制了该材料的进一步使用，如在半导体和空调机及冷凝蒸发器器件上使用6063铝合金散热器，就不能很好地适应其要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改进型6063铝合金材料，该材料具有良好的可挤压及导电导热性能。

本发明提供的一种改进型6063铝合金材料，该材料是在原6063铝合金中添加有重量百分含量为0.11～0.2％的混合稀土元素La和Ce，其中稀土元素La的添加量为0.036～0.14％。

本发明在原6063铝合金中添加稀土元素La(镧)和Ce(铈)，可更好地改善产品的机械性能、物理性能；稀土元素主要分布在晶界，部分存晶内，热挤压状态稀土相周围有大量位错塞积，稀土元素加入使铝合金晶粒细化、机械性能改善，添加少量的La能显著提高铝合金的导热能力；添加La和Ce混合稀土可使200℃时的热扩散率提高12％，据此特点使本发明更适用于冷凝蒸发器和散热器。

稀土元素在铝合金中的应用结果表明，在铝合金中添加适量稀土可以改善机械、物理及工艺性能，表现为净化、强化和细化，在半导体和空调机及冷凝蒸发器器件使用本发明材料制作的散热器，有良好的可挤压性及导电导热性能。

下面结合附图及实施例和试验对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1为时效温度对合金电导率的影响曲线图。

实施例1

一种改进型6063铝合金材料，该材料在原6063铝合金中添加上0.11％(重量)的混合稀土元素La和Ce，其中稀土元素La的添加量为0.036％(重量)。

实施例2

一种改进型6063铝合金材料，该材料在原6063铝合金中添加上0.15％(重量)的混合稀土元素La和Ce，其中稀土元素La的添加量为0.05％(重量)。

实施例3

一种改进型6063铝合金材料，该材料在原6063铝合金中添加上0.18％(重量)的混合稀土元素La和Ce，其中稀土元素La的添加量为0.1％(重量)。

实施例4

一种改进型6063铝合金材料，该材料在原6063铝合金中添加上0.2％(重量)的混合稀土元素La和Ce，其中稀土元素La的添加量为0.14％(重量)。

试验

一、试验材料和方法

1.材料

在6063铝合金中分别加入Al-8.5％RE(为富Ce混合稀土)和Al-13.58％La中间合金，熔料在9t电阻辐射熔化炉中熔化后置于电阻辐射静置炉中，加入定量Al-RE和Al-La中间合金，采用半连续浇注工艺铸成￠104mm×100mm圆锭，合金化验成分如表1：

                    表1  合金化验成分

   合金编号    Mg      si      Fe      RE      La      Al

   0           0.50    0.43    0.26    0       0       余量

   1-1         0.5     0.43    0.26    0.048   0       余量

   1-2         0.5     0.43    0.26    0.16    0       余量

   1-3         0.5     0.43    0.26    0.19    0       余量

   2-1         0.5     0.43    0.26    0       0.068   余量

   2-2         0.5     0.43    0.26    0       0.036   余量

   2-3         0.5     0.43    0.26    0       0.13    余量

2.方法

铸锭在585±5℃保温2.5h扩散退火，出炉风冷，在800t挤压机上将加热到450℃的￠104mm×100mm圆锭坯挤压￠10.5mm棒材，空冷至室温，然后分别在180、200、220℃下时效，保温8h，部分棒料加工成￠5mm圆棒用于电阻率测试。

经时效后的圆棒在WE-30万能试验机上进行拉伸测定强度和延伸率，在HB-3000布氏硬度机上测定硬度，用Q-19型双电桥电阻测量仪测电阻率，宏观组织观察取铸锭横截面，经NaOH化学抛光后用王水腐蚀，电镜试样经机械减薄、化学减薄，电解双喷后在H-700HT透射电子显微镜上观察组织。

二、试验结果分析

稀土对铝合金机械性能的影响：各合金在520℃淬火+180℃时效状态下测得强度极限、硬度和延伸率值列于表2可见，随稀土含量的增加，抗拉强度、硬度升高，但当稀土含量超过一定值后σ_b、HB下降，La的加入在含量很低对强度的贡献非常显著，延伸率在加入稀土后略减少。

             表2  试验合金在淬火+时效状态下的性能

合金   σ_b    HB   δ％  电阻率ρ×10^-3 电导率σ×10^-7 导热系数λ×10^-3

编号   (N/mm²)           (Ω·mm²)/m    (Ω·m)^-1      W/m·K

0      161     51    21     2.950          3.389           2.184

1-1    180     60    19     2.924          3.420           2.205

1-2    211     73    19     2.926          3.418           2.203

1-3    209     70    20     2.924          3.420           2.205

2-1    199     64    17     2.928          3.415           2.201

2-2    216     73    17     2.880          3.472           2.235

2-3    169     60    19     2.916          3.429           2.210

试验表明：时效温度对导电性影响显著，试验对0^#和2-2^#合金热挤压线材经520℃加热水淬后，分别进行室温、180、200℃、220℃8h时效处理，然后测定其电导率随温度的变化，如图1所示，可见随温度的升高，电导率增加，并且加入适量La后电导率提高。

热传导的载体在金属中是电子，所以合金具有高的导电率必然有高的热导率，根据Wiedemann-Franz定律，在室温下，大多数金属的导热系数之比相等，即

$\frac{\mathrm{\λ}}{\mathrm{\σT}}=L.$

式中：λ为导热系数，σ为导电系数，L是洛伦兹数，对铝而言L＝2.2×10^-8W·Ω/K²，室温时T＝293K。

由W-F关系，根据电导率推导出导热系数的值如表2所示，由此不难看出，稀土元素可提高6063铝合金的导热能力，如添加0.036％La后，导热系数提高5％。因为热焓的变化速度和材料的导热能力(即导热系数λ)成正比，和贮热能力(即体积热容c.d)成反比，也即不稳定导热过程的速度决定于导温系数α。对0^#、1-3^#、2-2^#合金测定了室温和200℃时的导温系数，结果如表3所示，

             表3  试验合金导温系数α(cm²/s)

               合金编号     室温      200℃

               0            0.73      0.64

               1-3          0.76      0.76

               2-2          0.78      0.68

可见，加入稀土元素可使热扩散率增加，加入混合稀土可显著提高高温下的热扩散率，200℃时加混合稀土合金的α比同温度下不加稀土的6063铝合金提高了12％，而加入La提高了4～5％，室温下的测试结果与前面由电导率推算导热系数的结果一致。

稀土对铝合金导电导热性的影响：试验合金在520℃淬火+180℃时效状态下的电阻率和电导率列于表2，可见铝合金中添加适量稀土元素后使导电性能增加，特别是稀土La的加入对导电性能的提高更为明显，加入0.036％的La可使6063铝合金电导率提高8％，但稀土加入量超过一定值后，电导率随稀土含量增加而下降。

稀土对铝合金组织的影响：观察合金铁铸态组织表明，加稀土后合金晶粒明显减小，龙其是二次拔晶间距细化，对加La合金时效前后进行透射电镜观察表明，稀土与Al、Mg、Si等元素形成的金属间化合物呈球状和短棒状分布在晶界或晶内，时效前组织中有大量位错，在稀土相周围发现明显的位错塞积，经200℃时效8h后位错密度明显减少，出现细小弥散的排状析出相，在晶界上分布着球状稀土相，在晶界附近分布着少量位错。

试验结果分析：稀土在铝合金中的强化作用有细晶强化、有限固溶强化和稀土化合物的第二相强化，稀土含量小于0.2％时，细化晶粒并不是由于稀土化合物作为导质形核心之由，因为在这含量下尚不会形成稀土化合物，稀土细化晶粒的原因主要和稀土降低表面张力等因素有关，当稀土加入量不同时，稀土在铝合金中主要以3种形式存在：固溶在基体α(Al)中，含量为0.03％-0.07％偏聚在相界、晶界和枝晶界；固溶在化合物中或化合物形式存在，当稀土含量较低时＜0.1％稀土主要以前二种形式分布，当稀土含量大于0.3％，后一种存在形式开始占主导，本试验合金稀土含量＜0.2％，所以主要以前两种方式分布，第I种形式起到了有限固溶强化作用，第2种形式增加了变形阻力，促进位错境值，使强度升高。

稀土对铝合金导热能力的影响原因较复杂，从导热的物理机制看，热传导是能量的传递过程，在固体中能量传递者主要是自由电子、晶格振动波和电磁幅射，电子导热是主要的传热机制，晶格导热也起一定作用，稀土的影响可从两方面考虑：首先，稀土加入铝合金中有明显的净化、除气和大幅度减少针孔率的作用，铝液中气体主要是氢，约占铝液气体的85％，氢在铝铸件中造成疏松、针孔，试验表明，铝合金中添加适量RE除氢效果相当于加0.3％铝合金无毒精炼剂，另外，在铝合金中加稀土还将起到减少氧化物夹杂的作用，从而提高综合性能，龙其是疏松和针孔率的减少势必显著提高导电导热性能。

Claims (1)

1、一种改进型6063铝合金材料，其特征是在原6063铝合金中添加有重量百分含量为0.11～0.2％的混合稀土元素La和Ce，其中稀土元素La的添加量为0.036～0.14％。

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