一種高導(dǎo)熱壓鑄鋁合金及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高導(dǎo)熱壓鑄鋁合金及其制備方法，該壓鑄鋁合金中各組分的重量百分比為：Si：10.50wt％-13.50wt％；Co：0.10wt％-0.50wt％；Fe：0.20wt％-0.40wt％；Ti：0.01wt％-0.05wt％；B：0.01wt％-0.05wt％；其它雜質(zhì)總量和小于或等于0.2％，余量為鋁。該壓鑄鋁合金的制備過(guò)程中通過(guò)采用氧化鈷作為變質(zhì)劑，再結(jié)合硼、鈦元素的加入，可制得導(dǎo)熱率達(dá)190W/(m·K)的壓鑄鋁合金。本發(fā)明在現(xiàn)有鑄造鋁合金ZL102的基礎(chǔ)上顯著地提高了導(dǎo)熱性能，而且可實(shí)現(xiàn)良好的壓鑄性能，極大地滿足了IT及汽車工業(yè)應(yīng)用需求。
【專利說(shuō)明】一種高導(dǎo)熱壓鑄鋁合金及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及金屬材料【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種高導(dǎo)熱壓鑄鋁合金及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 鑄造鋁合金具有與變形鋁合金相同的合金體系，具有與變形鋁合金相同的強(qiáng)化機(jī) 理（除應(yīng)變強(qiáng)化外），它們主要的差別在于：鑄造鋁合金中合金化元素硅的最大含量超過(guò)多 數(shù)變形鋁合金中的硅含量。鑄造鋁合金除含有強(qiáng)化元素之外，還必須含有足夠量的共晶型 元素（通常是硅），以使合金有相當(dāng)?shù)牧鲃?dòng)性，易于填充鑄造時(shí)鑄件的收縮縫。
[0003] 鋁合金加工性能好，尤其是共晶鋁硅壓鑄合金，其不僅加工性能好，而且比重輕， 表面美觀且耐腐蝕；鑄造時(shí)鑄造性能較好，制品綜合性能好。是優(yōu)良的壓鑄鋁合金，可用于 各種各樣的形狀復(fù)雜的部件，在許多領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。但隨著現(xiàn)代行業(yè)特別是電子行 業(yè)中對(duì)集成電路的散熱問(wèn)題的研究的深入、汽車及家電行業(yè)中對(duì)發(fā)熱盤、散熱器等要求的 提高，以及近年來(lái)PC等電子電器產(chǎn)品趨向于高速化、小型化，目前所用材料已難滿足產(chǎn)品 的實(shí)際使用要求，研發(fā)高導(dǎo)熱率的壓鑄鋁合金材料，提高材料的熱傳導(dǎo)性能已成為一種發(fā) 展趨勢(shì)。因此，提高共晶鋁硅合金的導(dǎo)熱率具有重要應(yīng)用價(jià)值。
[0004] 目前，最常用的壓鑄鋁合金為AlSil2,其中硅的含量即是共晶點(diǎn)12%;其在鑄態(tài)下 導(dǎo)熱率約為96WAm · K)，雖然其壓鑄性能好，但導(dǎo)熱率與Al-Mg-Si變形鋁合金的導(dǎo)熱率還 有一定差距。因此，提高AlSil2壓鑄鋁合金的導(dǎo)熱率，擴(kuò)大AlSil2的工業(yè)應(yīng)用范圍，實(shí)現(xiàn) 加工成本較低的壓鑄工藝代替加工成本較高的擠壓型材機(jī)加工的工藝，獲得性能良好、成 本低廉的高導(dǎo)熱率AlSi 12鋁合金壓鑄件越來(lái)越為人們所需要。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種具備良好的鑄造性能及力學(xué)性能同時(shí)還具備高導(dǎo)熱 率的壓鑄鋁合金及其制備方法。
[0006] 本發(fā)明的發(fā)明人在長(zhǎng)期的壓鑄鋁合金研究中，意外地發(fā)現(xiàn)通過(guò)在AlSil2壓鑄鋁 合金中添加一定量的金屬元素鈷（Co),不僅能夠極大的提高壓鑄鋁合金的導(dǎo)熱性能，同時(shí) 還可細(xì)化晶粒，提高合金的力學(xué)性能。據(jù)此，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
[0007] 一種高導(dǎo)熱壓鑄鋁合金，其各組分的重量百分比為：Si :10. 50wt% -13. 50wt% ; Co ：0. IOwt % -0. 50wt % ；Fe ：0. 20wt % -〇. 40wt % ；Ti ：0. Olwt % -〇. 05wt % ；B ： 0. Olwt% -0. 05wt% ;其它雜質(zhì)總量和小于或等于0. 2%，余量為鋁。
[0008] 進(jìn)一步地，各組分的重量百分比為：Si :1L 50wt % -12. 50wt % ;Co : 0. 20wt % -0. 40wt % ；Fe ：0. 25wt % -〇. 35wt % ；Ti ：0. 03wt % -〇. 04wt % ；B ： 0. 03wt% -0. 04wt% ;其它雜質(zhì)總量和小于或等于0. 2%，余量為鋁。
[0009] -種高導(dǎo)熱壓鑄鋁合金的制備方法，包括以下步驟：
[0010] 1)烘干：將準(zhǔn)備好的原料：純鋁、鋁硅中間合金和其它中間合金及氧化鈷粉末，進(jìn) 行烘干處理；
[0011] 2)熔煉：先將純鋁錠進(jìn)行熔化，當(dāng)鋁液溫度達(dá)到750°C -800°C時(shí)，再加入鋁硅中 間合金，待鋁硅中間合金熔化后，再加入其它中間合金，熔化完全后，靜置；再進(jìn)行爐前成分 分析，檢測(cè)合金熔體的成分含量，對(duì)成分含量不合格的熔體通過(guò)補(bǔ)料或沖淡方式使其成分 含量達(dá)到合格的范圍；
[0012] 3)合金化：把成分含量合格的合金熔體降溫到720°C-750°C，在熔體中通過(guò)惰性 氣體吹入變質(zhì)劑氧化鈷粉末，然后繼續(xù)用惰性氣體除氣除渣，再進(jìn)行爐前成分分析，合格后 即可進(jìn)行澆鑄。
[0013] 進(jìn)一步地，步驟1)中所述的其它中間合金由Al_Fe、Al_Ti及Al-B三種合金組成。
[0014] 進(jìn)一步地，步驟1)中所述的靜置時(shí)間為10 - 20min。
[0015] 進(jìn)一步地，步驟2)中所述的惰性氣體包括氮?dú)?、氬氣或氖氣?br> [0016] 進(jìn)一步地，步驟2)中所述的氧化鈷粉末重量為原料總重量的0. 2 - 0. 5%。
[0017] 進(jìn)一步地，步驟2)中所述除氣除渣時(shí)間為10 - 20min。
[0018] 本發(fā)明制備的高導(dǎo)熱率壓鑄鋁合金具有重要的應(yīng)用價(jià)值，可廣泛應(yīng)用于汽車及IT 領(lǐng)域，還可應(yīng)用于導(dǎo)熱裝置、散熱器等，其優(yōu)良的傳熱效率可促進(jìn)能源的有效利用，降低能 耗。本發(fā)明在制造過(guò)程中通過(guò)采用氧化鈷作為變質(zhì)劑，再結(jié)合硼、鈦元素的加入，可制得導(dǎo) 熱率達(dá)190WAm*K)的壓鑄鋁合金。本發(fā)明在現(xiàn)有鑄造鋁合金ZL102的基礎(chǔ)上顯著的提高 了導(dǎo)熱性能，而且可實(shí)現(xiàn)良好的壓鑄性能，極大地滿足了 IT及汽車工業(yè)應(yīng)用范圍。

【具體實(shí)施方式】
[0019] 以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的高導(dǎo)熱壓鑄鋁合金及其制備方法作進(jìn)一步說(shuō)明， 但并非限制本發(fā)明的應(yīng)用范圍。
[0020] 實(shí)施例1
[0021] 本發(fā)明實(shí)施例1的高導(dǎo)熱壓鑄鋁合金的各組分的重量百分比為：硅：10. 5wt% ; 鈷：0. lwt% ;鐵：0. 2wt% ;硼：0. Olwt% ;鈦：0. 05wt% ;其它雜質(zhì)總量和小于或等于0. 2%, 余量為錯(cuò)。
[0022] 本發(fā)明實(shí)施例1的高導(dǎo)熱壓鑄鋁合金的制備方法，包括下述步驟：
[0023] 1)烘干：將準(zhǔn)備好的原料：純鋁（純度均彡99. 9wt% )、鋁硅中間合金、鋁鐵中間 合金、鋁硼中間合金、鋁鈦中間合金及氧化鈷粉末，進(jìn)行烘干處理，其中Al、Co在KKTC溫度 下烘干，而AlSi、AlFe、AlB及AlTi中間合金則在150°C溫度下烘干，氧化鈷粉末則在200°C 溫度下烘干；
[0024] 2)熔煉：選用坩堝電阻爐進(jìn)行熔煉，先將電阻爐預(yù)熱至200°C，然后再向坩堝內(nèi) 壁均勻涂覆被覆劑涂料；待烘干后，先將稱量好的純鋁錠進(jìn)行熔化，當(dāng)鋁液溫度達(dá)到800°C 時(shí)，再加入配比稱量好的鋁硅中間合金，待鋁硅中間合金熔化后，再加入配比稱量好的其它 中間合金，熔化完全后，靜置保溫15min，待溫度降至750°C時(shí)，進(jìn)行充分?jǐn)嚢?min，最后進(jìn) 行爐前成分分析，檢測(cè)合金熔體的成分含量，對(duì)成分含量不合格的熔體通過(guò)補(bǔ)料或沖淡方 式使其成分含量達(dá)到合格的范圍；
[0025] 3)合金化：把成分含量合格的合金熔體降溫到730°C，在熔體中通過(guò)壓力為 0. 2MPa的氬氣吹入鈷重量為所有物重量的0. 1 % wt的變質(zhì)劑氧化鈷粉末，然后繼續(xù)用氬氣 除氣除渣lOmin，再進(jìn)行爐前成分檢測(cè)，合格后即可進(jìn)行澆鑄，最后澆入預(yù)熱溫度為150°C 的鐵模中，制得壓鑄合金鑄錠Al。
[0026] 實(shí)施例2
[0027] 本發(fā)明實(shí)施例2的高導(dǎo)熱壓鑄鋁合金的各組分的重量百分比為：硅：llwt% ;鈷： 0· 2wt% ;鐵：0· 3wt% ;硼：0· 02wt% ;鈦：0· 03wt% ;其它雜質(zhì)總量和小于或等于0· 2%，余 量為錯(cuò)。
[0028] 本發(fā)明實(shí)施例2的高導(dǎo)熱壓鑄鋁合金的制備方法與實(shí)施例1相同，但所用惰性氣 體為氮?dú)猓频脡鸿T合金鑄錠A2。
[0029] 實(shí)施例3
[0030] 本發(fā)明實(shí)施例3的高導(dǎo)熱壓鑄鋁合金的各組分的重量百分比為：硅：12wt% ;鈷： 0. 3wt% ;鐵：0. 35wt% ;硼：0. 04wt% ;鈦：0. Olwt% ;其它雜質(zhì)總量和小于或等于0. 2%，余 量為錯(cuò)。
[0031] 本發(fā)明實(shí)施例3的高導(dǎo)熱壓鑄鋁合金的制備方法與實(shí)施例1相同，但所用惰性氣 體為氖氣，制得壓鑄合金鑄錠A3。
[0032] 實(shí)施例4
[0033] 本發(fā)明實(shí)施例4的高導(dǎo)熱壓鑄鋁合金的各組分的重量百分比為：硅：12. 5wt% ; 鈷：0. 4wt% ;鐵：0. 4wt% ;硼：0. 03wt% ;鈦：0. 02wt% ;其它雜質(zhì)總量和小于或等于0. 2%, 余量為錯(cuò)。
[0034] 本發(fā)明實(shí)施例4的高導(dǎo)熱壓鑄鋁合金的制備方法與實(shí)施例1相同，制得壓鑄合金 鑄錠A4。
[0035] 實(shí)施例5
[0036] 本發(fā)明實(shí)施例5的高導(dǎo)熱壓鑄鋁合金的各組分的重量百分比為：硅：13. 5wt% ; 鈷：0. 5wt% ;鐵：0. 4wt% ;硼：0. 05wt% ;鈦：0. Olwt% ;其它雜質(zhì)總量和小于或等于0. 2%, 余量為錯(cuò)。
[0037] 本發(fā)明實(shí)施例5的高導(dǎo)熱壓鑄鋁合金的制備方法與實(shí)施例1相同，制得壓鑄合金 鑄錠A5。
[0038] 對(duì)比例
[0039] 本發(fā)明對(duì)比例的各組分的重量百分比為：娃：12wt*% ;鉆：0wt*% ;鐵：0. 3wt*% ;砸： 0. 02wt% ;鈦：0. Olwt% ;其它雜質(zhì)總量和小于或等于0. 2%，余量為鋁，其制備方法與實(shí)施 例1相同，制得壓鑄合金鑄錠Bl。性能測(cè)試：
[0040] 1)化學(xué)成分：
[0041] 將上述實(shí)施例1-5制備的壓鑄合金鑄錠A1-A5以及對(duì)比例制備的壓鑄合金鑄錠Bl 進(jìn)行化學(xué)成分檢測(cè)（ICP測(cè)試），壓鑄合金的化學(xué)成分檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。
[0042] 2)力學(xué)性能及導(dǎo)熱率：
[0043] 將上述對(duì)比例制備的壓鑄合金鑄錠Bl以及實(shí)施例1-5制備的壓鑄合金鑄錠 A1-A5,按照GB要求分別制作好標(biāo)準(zhǔn)試樣進(jìn)行室溫拉伸試驗(yàn)測(cè)試及導(dǎo)熱率測(cè)試，測(cè)試結(jié)果 如表2所示。
[0044] 表1 (質(zhì)量分?jǐn)?shù)Wt % )
[0045]

【權(quán)利要求】
1. 一種高導(dǎo)熱壓鑄鋁合金，其特征在于，該壓鑄鋁合金中各組分的重量百分比為： Si ：10. 50wt % -13. 50wt % ；Co ：0. lOwt % -〇. 50wt % ；Fe ：0. 20wt % -〇. 40wt % ；Ti ： 0. Olwt% -0. 05wt% ;B :0. Olwt% -0. 05wt% ;其它雜質(zhì)總量和小于或等于0. 2%，余量為 錯(cuò)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高導(dǎo)熱壓鑄鋁合金，其特征在于，各組分的重量百分比 為：Si :11. 50wt % -12. 50wt % ;Co :0· 20wt % -0· 40wt % ;Fe :0· 25wt % -0· 35wt % ;Ti : 0. 03wt% -0. 04wt% ;B:0. 03wt% -0. 04wt% ;其它雜質(zhì)總量和小于或等于0. 2%，余量為 錯(cuò)。
3. -種如權(quán)利要求1或2所述的高導(dǎo)熱壓鑄鋁合金的制備方法，其特征在于，包括以下 步驟： 1) 烘干：將準(zhǔn)備好的原料：純鋁、鋁硅中間合金和其它中間合金及氧化鈷粉末，進(jìn)行烘 干處理； 2) 熔煉：先將純鋁錠進(jìn)行熔化，當(dāng)鋁液溫度達(dá)到750°C - 800°C時(shí)，再加入鋁硅中間合 金，待鋁硅中間合金熔化后，再加入其它中間合金，熔化完全后，靜置；再進(jìn)行爐前成分分 析，檢測(cè)合金熔體的成分含量，對(duì)成分含量不合格的熔體通過(guò)補(bǔ)料或沖淡方式使其成分含 量達(dá)到合格的范圍； 3) 合金化：把成分含量合格的合金熔體降溫到720°C-750°C，在熔體中通過(guò)惰性氣體 吹入變質(zhì)劑氧化鈷粉末，然后繼續(xù)用惰性氣體除氣除渣，再進(jìn)行爐前成分分析，合格后即可 進(jìn)行澆鑄。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的高導(dǎo)熱壓鑄鋁合金的制備方法，其特征在于，所述的其它中 間合金由Al-Fe、Al-Ti及A1-B三種合金組成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的高導(dǎo)熱壓鑄鋁合金的制備方法，其特征在于，步驟2)中所述 的靜置時(shí)間為10 - 20min。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的高導(dǎo)熱壓鑄鋁合金的制備方法，其特征在于，步驟3)中所述 的惰性氣體包括氮?dú)?、氬氣或氖氣?br> 7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的高導(dǎo)熱壓鑄鋁合金的制備方法，其特征在于，步驟3)中所述 的氧化鈷粉末重量為原料總重量的〇. 2 - 0. 5%。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的高導(dǎo)熱壓鑄鋁合金的制備方法，其特征在于，步驟3)中所述 除氣除渣時(shí)間為10 - 20min。
【文檔編號(hào)】C22C1/03GK104264017SQ201410553790
【公開(kāi)日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年10月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月17日
【發(fā)明者】鄧邦惠, 余云 申請(qǐng)人:蘇州凱宥電子科技有限公司