WO2021218273A1 - 一种用再生铝生产的高导热压铸铝合金材料及其制备方法 - Google Patents

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    • C22C21/02—Alloys based on aluminium with silicon as the next major constituent

Definitions

  • the invention belongs to the technical field of aluminum alloys, and specifically relates to a high thermal conductivity die-cast aluminum alloy material produced from recycled materials and a preparation method thereof.
  • the aluminum alloy material industry uses pure aluminum ingots or even high-purity aluminum ingots to produce high thermal conductivity aluminum alloys.
  • the present invention uses the downstream products of electrical aluminum (aluminum wires or aluminum bus bars for power supply and distribution) as the main material.
  • This main material is recycled material, not a newly produced product, and is obtained by demolishing and eliminating the power supply department.
  • the thermal conductivity of the aluminum alloy material is improved, and the silicon is used to increase the fluidity of the aluminum liquid, which is suitable for die-casting thin-walled and complex parts.
  • This invention has low cost, energy saving and environmental protection.
  • the purpose of the present invention is to provide a die-cast aluminum alloy material with high thermal conductivity produced from recycled materials, so as to solve the market demand for 5G materials. It has the characteristics of die-casting, high thermal conductivity, low cost, energy saving and environmental protection.
  • the high thermal conductivity die-cast aluminum alloy material of the present invention is composed of the following components by weight percentage: Si: 7.0% ⁇ 11.0%, Mg: 0.3% ⁇ 1.0%, Fe: 0.6% ⁇ 0.90%, Sr: 0.02% ⁇ 0.06 %, B ⁇ 0.03%, the balance is Al.
  • the weight percentage of Si is 8.0% to 10.0%
  • the weight percentage of Mg is 0.8% to 1.0%
  • the weight percentage of Fe is 0.6% to 0.75%.
  • weight percentage of Mg is 0.7%.
  • Al and Mg use recycled materials
  • the raw material of Al is scrap aluminum wire
  • the raw material of Mg is scrap magnesium
  • the aluminum wires are all made of electrical aluminum (Al 99.7E and Al 99.6E in the Chinese standard GB/T 1196-2017 ⁇ Aluminum ingot for remelting>>), the resistivity is low (the power line loss is less), and the electrical conductivity is low. The rate is relatively high, and the thermal conductivity and electrical conductivity are positively correlated.
  • Scrap aluminum wires (including tapped aluminum wires and overhead wires) can be used to reproduce high thermal conductivity aluminum alloy materials.
  • some magnesium (recycled material) should be added for strength and hardness. The addition amount is relatively small, which has little effect on the thermal conductivity.
  • the raw material of strontium is an aluminum-strontium master alloy
  • the raw material of boron is an aluminum-boron master alloy
  • the raw material of iron is an iron additive
  • the content of iron in the iron additive is 75%.
  • the preparation method of the high thermal conductivity die-cast aluminum alloy material of the present invention includes the following steps:
  • waste aluminum wire, waste magnesium, aluminum-strontium master alloy, aluminum-boron master alloy, iron additives and silicon are mixed in the following weight percentages: Si: 7.0% ⁇ 11.0%, Mg: 0.3% ⁇ 1.0%, Fe: 0.6% ⁇ 0.9%, Sr: 0.02% ⁇ 0.06%, B ⁇ 0.03%, the balance is Al;
  • the refining agent used before the addition of the aluminum-strontium master alloy is a sodium-free refining agent or a sodium-removing and calcium-removing refining agent, because it is considered that strontium will be added later to prevent interference with the deterioration of strontium.
  • the standing time in step (8) is more than one hour. It is to allow the boride to settle sufficiently to improve the purity of the molten aluminum, and it is not allowed to stir from the standing to the completion of the ingot casting.
  • double nozzles are used to monitor the molten aluminum in the furnace.
  • the smelting furnace adopts double nozzles, the upper nozzle casts ingots, and the lower nozzle discharges boride. These two nozzles are in the same launder range, have horizontal and vertical displacements, are arranged diagonally on the same plane, the upper nozzle is cast ingots, and the lower nozzle discharges sediments (borides).
  • the preparation method of the present invention adopts the "boration treatment” and prolongs the standing time of the aluminum liquid, so that the elements that affect the thermal conductivity are settled to the bottom of the furnace in the form of boride, so as to realize the purification of the aluminum liquid.
  • Use "boron treatment” to reduce the content of (Mn+Ti+V+Cr).
  • Mn the other three elements are more sensitive to boron, and it is easy to generate boride and settle to the bottom of the furnace. In order to make the settlement more effective, let it stand for one hour after passing the test, and settle fully until the molten aluminum is cast in the furnace, and no further stirring of the molten aluminum is allowed.
  • the material of the present invention is widely used in terminals (mobile phones) and signal base stations of 5G communication products due to high thermal conductivity and die-casting capability. Compared with the existing high thermal conductivity materials produced with pure aluminum, it has the advantages of low cost and environmental protection.
  • waste aluminum wire, waste magnesium, aluminum-strontium master alloy, aluminum-boron master alloy, iron additives and silicon are mixed in the following weight percentages: Si: 7.0% ⁇ 11.0%, Mg: 0.3% ⁇ 1.0%, Fe: 0.6% ⁇ 0.90%, Sr: 0.02% ⁇ 0.06%, B ⁇ 0.03%, the balance is Al;
  • the high thermal conductivity die-cast aluminum alloy material was prepared by the same steps as in Preparation Example 1, wherein the weight percentage of each element in step (1) is: Si: 9.0% ⁇ 10.0%, Mg: 0.8% ⁇ 1.0%, Fe: 0.6% ⁇ 0.75% Sr: 0.02% ⁇ 0.06%, B ⁇ 0.03%, the balance is Al.
  • the high thermal conductivity die-cast aluminum alloy material was prepared by the same steps as in Preparation Example 1, wherein the weight percentage of each element in step (1) is: Si: 8.0% ⁇ 10.0%, Mg: 0.7%, Fe: 0.6% ⁇ 0.75% Sr: 0.02% ⁇ 0.06%, B ⁇ 0.03%, the balance is Al.
  • the thermal conductivity of the aluminum alloy material prepared in Preparation Example 1-3 is ⁇ 160 w/m•k.
  • the tensile strength is ⁇ 290 MPa
  • the yield strength is ⁇ 160 MPa
  • the elongation is ⁇ 4%.
  • Artificial aging of die castings (320 degrees for 3 hours), thermal conductivity ⁇ 180 w/m•k, but the mechanical performance will be slightly reduced, and the signal base station still meets the requirements for use.

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Abstract

一种用再生铝生产的高导热压铸铝合金材料及其制备方法：(1)所使用的材料以再生料为主；(2)铝合金的主要成分为Si、Mg、Fe、Sr、B和Al，按质量百分比计，所述铝合金各成分为：Si：7.0％～11.0％，Mg：0.3％～1.0％，Fe：0.6％～0.90％，Sr：0.02％～0.06％，B≤0.03％，余量为Al；(3)熔炼炉采用双水口；(4)在生产工艺上，采用了"硼化处理"和延长静置时间，把影响热导率的元素以硼化物的形态沉降至炉底，实现铝液净化。

Description

一种用再生铝生产的高导热压铸铝合金材料及其制备方法 技术领域
本发明属于铝合金技术领域，具体涉及一种用再生料生产的高导热压铸铝合金材料及其制备方法。
 背景技术
随着5G技术的发展，CPU的运行速度更快，发热量更大，如果不在材料上进行技术革命，必然要增加更多的散热部件或采用变形铝合金，用CNC加工，成本高、加工效率低。
 技术问题
为了适应形势的发展，铝合金材料行业都采用纯铝锭甚至高纯铝锭生产高导热的铝合金。本发明是利用电工铝的下游产品（铝线或供配电铝母线）作为主材，这个主材是再生料，并非是刚生产出来的产品，由供电部门拆毁、淘汰而得到。通过熔铸工艺上的“硼化处理”及“静置处理”，结合设备上的双水口装置来提高铝合金材料的热导率，利用硅来增加铝液流动性，适合压铸薄壁件和复杂件；加铁解决压铸件的脱模性能；加硼解决影响热导率提高的有害元素，与之结合成硼化物，沉降在炉底；加锶提高力学性能和热导率。这个发明成本低，节能环保。
 技术解决方案
本发明的目的是提供一种用再生料生产高热导率的压铸铝合金材料，以解决市场对5G材料的需求。具有可压铸、热导率高、成本低、节能环保的特性。
本发明的高导热压铸铝合金材料由按以下重量百分比计的组分组成：Si：7.0%~11.0%，Mg：0.3%~1.0%，Fe：0.6%~0.90%，Sr：0.02%~0.06%，B≤0.03%，余量为Al。
进一步地，其中Si的重量百分比为8.0%~10.0%，Mg的重量百分比为0.8%~1.0%，Fe的重量百分比为0.6%~0.75%。
进一步地，其中Mg的重量百分比为0.7%。
在所述的元素范围内，考虑到压铸的铸造性（铝液在模具内的流动性），配入了硅；考虑到铸件的脱模性能，配入了铁；考虑到降低杂质的危害，配入了硼；考虑到提高力学性能和提高热导率，配入了锶；考虑到增加强度和硬度，配入镁；考虑代替纯铝锭，配入废铝线。
进一步地，Al和Mg均使用再生料，Al的原料是废铝线、Mg 原料是废镁。
由于铝电线都是用电工铝生产（中国标准GB/T 1196-2017<<重熔用铝锭>>中的Al 99.7E和Al 99.6E），因此电阻率低（电能线损少），电导率比较高，而热导率和电导率正相关。废铝电线（包括割胶铝线和架空线）完全可应用于重新生产高导热铝合金材料。高导热铝合金材料为了强度和硬度，要加入一些镁（回收料），加入量比较少，对热导率影响不大。
锶的原料是铝锶中间合金，硼的原料是铝硼中间合金，铁的原料是铁添加剂，所述铁添加剂中铁的含量为75%。
本发明的高导热压铸铝合金材料的制备方法包括以下步骤：
（1）将废铝线、废镁、铝锶中间合金、铝硼中间合金、铁添加剂和硅按以下重量百分比进行配料：Si：7.0%~11.0%，Mg：0.3%~1.0%，Fe：0.6%~0.9%，Sr：0.02%~0.06%，B≤0.03%，余量为Al；
（2）对原料进行熔化作业，把废铝线的85%（以重量计）投入炉内，开火熔解，在铝液温度800℃~850℃时，加入硅，充分搅拌，直至溶解，然后依次加入铝硼中间合金和铁添加剂，熔炼温度为750℃~800℃；
（3）加入余下15%废铝线，调温至720℃~740℃，加入废镁，搅拌均匀；
（4）对步骤（3）的合金熔体进行熔剂精炼，精炼温度720℃~740℃；
（5）精炼完后，加铝锶中间合金，加入后搅拌5分钟，然后静置15分钟，以充分孕育变质效果；
（6）静置15分钟后进行气体精炼，是因为不能进行熔剂精炼，防止对锶的烧损；
（7）保温及静置；
（8）完成静置后，进行铸锭；
（9）没有铝液流出来时，排出硼化物。
进一步地，铝锶中间合金加入前所使用的精炼剂为无钠精炼剂或除钠除钙精炼剂，是由于考虑到后面还要加锶，防止对锶变质造成干扰。
进一步地，步骤（8）的静置时间为一小时以上。是为了让硼化物充分沉降，以提高铝液的纯净度，从静置到铸锭完成不允许搅拌。
进一步地，采用双水口对炉内铝液监控。熔炼炉采用双水口，上水口铸锭，下水口排出硼化物。这两个水口在同一流槽范围内，存有水平和垂直位移，在同一平面呈对角线布置，上水口铸锭，下水口排沉降物（硼化物）。
本发明的制备方法采用了“硼化处理”和延长了铝液静置时间，把影响热导率的元素以硼化物的形态沉降至炉底，实现铝液净化。采用“硼化处理”降低（Mn+Ti+V+Cr）的含量，除了Mn之外，其它三个元素对硼比较敏感，容易生成硼化物沉降至炉底。为了让沉降比较有效果，在化验合格后静置一个小时，充分沉降，直至炉内铝液浇铸完成，不允许铝液再搅拌。
本发明的材料由于高导热性和可压铸，大量应用于5G通讯产品的终端（手机）和信号基站。相比于现有用纯铝生产的高导热材料具有成本低和环保的优势。
 本发明的实施方式
制备实施例 1
通过以下步骤制备本实施例的高导热压铸铝合金材料：
（1）将废铝线、废镁、铝锶中间合金、铝硼中间合金、铁添加剂和硅按以下重量百分比进行配料：Si：7.0%~11.0%，Mg：0.3%~1.0%，Fe：0.6%~0.90%，Sr：0.02%~0.06%，B≤0.03%，余量为Al；
（2）对原料进行熔化作业，把废铝线的85%（以重量计）投入炉内，开火熔解，在铝液温度800℃~850℃时，加入硅，充分搅拌，直至溶解，然后依次加入铝硼中间合金和铁添加剂，熔炼温度为750℃~800℃；
（3）加入余下15%（以重量计）废铝线，调温至720℃~740℃，加入废镁，搅拌均匀；
（4）对步骤（3）的合金熔体进行熔剂精炼，精炼温度720℃~740℃；
（5）精炼完后，加铝锶中间合金，加入后搅拌5分钟，然后静置15分钟，以充分孕育变质效果；
（6）静置15分钟后，进行气体精炼；
（7）取样化验，合格后扒炉面渣；
（8）保温及静置；
（9）完成静置后，进行铸锭；
（10）没有铝液流出来时，排出硼化物；
（11）扒干净炉底，堵好两个水口。
制备实施例 2
以与制备实施例1相同的步骤制备高导热压铸铝合金材料，其中步骤（1）中各元素的重量百分比为：Si：9.0%~10.0%，Mg：0.8%~1.0%，Fe：0.6%~0.75% Sr：0.02%~0.06%，B≤0.03%，余量为Al。
制备实施例 3
以与制备实施例1相同的步骤制备高导热压铸铝合金材料，其中步骤（1）中各元素的重量百分比为：Si：8.0%~10.0%，Mg：0.7%，Fe：0.6%~0.75% Sr：0.02%~0.06%，B≤0.03%，余量为Al。
经检测，制备实施例1-3制得的铝合金材料的热导率≥160 w/m•k。其中制备实施例2的制品在压铸态时，抗拉强度≥290MPa，屈服强度≥ 160MPa，延伸率≥4%。对压铸件进行人工时效（320度3小时），热导率≥180 w/m•k，但力学性能会略为下降，对于信号基站仍满足使用要求。

Claims (10)

  1. 一种高导热压铸铝合金材料，其特征在于由按以下重量百分比计的组分组成：Si：7.0%~11.0%，Mg：0.3%~1.0%，Fe：0.6%~0.90%，Sr：0.02%~0.06%，B≤0.03%，余量为Al。
  2. 根据权利要求1所述的高导热压铸铝合金材料，其特征在于：Si的重量百分比为8.0%~10.0%，Mg的重量百分比为0.8 %~1.0%，Fe的重量百分比为0.6%~0.75%。
  3. 根据权利要求1所述的高导热压铸铝合金材料，其特征在于：Mg的重量百分比为0.7%。
  4. 根据权利要求1所述的高导热压铸铝合金材料，其特征在于：Al的原料是废铝线或导电铝母线、Mg的原料是废镁。
  5. 根据权利要求1所述的高导热压铸铝合金材料，其特征在于：锶的原料是铝锶中间合金，硼的原料是铝硼中间合金，铁的原料是铁添加剂。
  6. 根据权利要求5所述的高导热压铸铝合金材料，其特征在于：所述铁添加剂中铁的含量为75%。
  7. 权利要求1所述的高导热压铸铝合金材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
    （1）根据权利要求1所述的重量百分比配料废铝线、废镁、铝锶中间合金、铝硼中间合金、铁添加剂和硅；
    （2）对原料进行熔化作业，把铝线的85%投入炉内，开火熔解，在铝液温度800℃~850℃时，加入硅，充分搅拌，直至溶解，然后依次加入铝硼中间合金和铁添加剂，熔炼温度为750℃~800℃；
    （3）加入余下15%废铝线，调温至720℃~740℃，加入废镁，搅拌均匀；
    （4）对步骤（3）的合金熔体进行熔剂精炼，精炼温度720℃~740℃；
    （5）精炼完后，加铝锶中间合金，加入后搅拌5分钟，然后静置15分钟；
    （6）静置15分钟后，进行气体精炼；
    （7）保温及静置一小时；
    （8）完成静置后，进行铸锭；
    （9）没有铝液流出来时，排出硼化物。
  8. 根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：铝锶中间合金加入前所使用的精炼剂为无钠精炼剂或除钠除钙精炼剂。
  9. 根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：步骤（8）的静置时间为一小时以上。
  10. 根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：采用双水口对炉内铝液监控，通过上水口铸锭，通过下水口排出硼化物。
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