CN104264017B

CN104264017B - 一种高导热压铸铝合金及其制备方法

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Publication number: CN104264017B
Application number: CN201410553790.6A
Authority: CN
Inventors: 邓邦惠; 余云
Original assignee: SUZHOU KAIYOU ELECTRONIC SCIENCE & TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SUZHOU KAIYOU ELECTRONIC SCIENCE & TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2014-10-17
Filing date: 2014-10-17
Publication date: 2016-08-24
Anticipated expiration: 2034-10-17
Also published as: CN104264017A

Abstract

本发明涉及一种高导热压铸铝合金及其制备方法，该压铸铝合金中各组分的重量百分比为：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％；其它杂质总量和小于或等于0.2％，余量为铝。该压铸铝合金的制备过程中通过采用氧化钴作为变质剂，再结合硼、钛元素的加入，可制得导热率达190W/(m·K)的压铸铝合金。本发明在现有铸造铝合金ZL102的基础上显著地提高了导热性能，而且可实现良好的压铸性能，极大地满足了IT及汽车工业应用需求。

Description

一种高导热压铸铝合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及金属材料技术领域，具体涉及一种高导热压铸铝合金及其制备方法。

背景技术

铸造铝合金具有与变形铝合金相同的合金体系，具有与变形铝合金相同的强化机理(除应变强化外)，它们主要的差别在于：铸造铝合金中合金化元素硅的最大含量超过多数变形铝合金中的硅含量。铸造铝合金除含有强化元素之外，还必须含有足够量的共晶型元素(通常是硅)，以使合金有相当的流动性，易于填充铸造时铸件的收缩缝。

铝合金加工性能好，尤其是共晶铝硅压铸合金，其不仅加工性能好，而且比重轻，表面美观且耐腐蚀；铸造时铸造性能较好，制品综合性能好。是优良的压铸铝合金，可用于各种各样的形状复杂的部件，在许多领域中得到广泛应用。但随着现代行业特别是电子行业中对集成电路的散热问题的研究的深入、汽车及家电行业中对发热盘、散热器等要求的提高，以及近年来PC等电子电器产品趋向于高速化、小型化，目前所用材料已难满足产品的实际使用要求，研发高导热率的压铸铝合金材料，提高材料的热传导性能已成为一种发展趋势。因此，提高共晶铝硅合金的导热率具有重要应用价值。

目前，最常用的压铸铝合金为AlSi12，其中硅的含量即是共晶点12％；其在铸态下导热率约为96W/(m·K)，虽然其压铸性能好，但导热率与Al-Mg-Si变形铝合金的导热率还有一定差距。因此，提高AlSi12压铸铝合金的导热率，扩大AlSi12的工业应用范围，实现加工成本较低的压铸工艺代替加工成本较高的挤压型材机加工的工艺，获得性能良好、成本低廉的高导热率AlSi12铝合金压铸件越来越为人们所需要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具备良好的铸造性能及力学性能同时还具备高导热率的压铸铝合金及其制备方法。

本发明的发明人在长期的压铸铝合金研究中，意外地发现通过在AlSi12压铸铝合金中添加一定量的金属元素钴(Co)，不仅能够极大的提高压铸铝合金的导热性能，同时还可细化晶粒，提高合金的力学性能。据此，本发明采用的技术方案如下：

一种高导热压铸铝合金，其各组分的重量百分比为：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％；其它杂质总量和小于或等于0.2％，余量为铝。

进一步地，各组分的重量百分比为：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％；其它杂质总量和小于或等于0.2％，余量为铝。

一种高导热压铸铝合金的制备方法，包括以下步骤：

1)烘干：将准备好的原料：纯铝、铝硅中间合金和其它中间合金及氧化钴粉末，进行烘干处理；

2)熔炼：先将纯铝锭进行熔化，当铝液温度达到750℃—800℃时，再加入铝硅中间合金，待铝硅中间合金熔化后，再加入其它中间合金，熔化完全后，静置；再进行炉前成分分析，检测合金熔体的成分含量，对成分含量不合格的熔体通过补料或冲淡方式使其成分含量达到合格的范围；

3)合金化：把成分含量合格的合金熔体降温到720℃—750℃，在熔体中通过惰性气体吹入变质剂氧化钴粉末，然后继续用惰性气体除气除渣，再进行炉前成分分析，合格后即可进行浇铸。

进一步地，步骤1)中所述的其它中间合金由Al-Fe、Al-Ti及Al-B三种合金组成。

进一步地，步骤1)中所述的静置时间为10—20min。

进一步地，步骤2)中所述的惰性气体包括氮气、氩气或氖气。

进一步地，步骤2)中所述的氧化钴粉末重量为原料总重量的0.2—0.5％。

进一步地，步骤2)中所述除气除渣时间为10—20min。

本发明制备的高导热率压铸铝合金具有重要的应用价值，可广泛应用于汽车及IT领域，还可应用于导热装置、散热器等，其优良的传热效率可促进能源的有效利用，降低能耗。本发明在制造过程中通过采用氧化钴作为变质剂，再结合硼、钛元素的加入，可制得导热率达190W/(m·K)的压铸铝合金。本发明在现有铸造铝合金ZL102的基础上显著的提高了导热性能，而且可实现良好的压铸性能，极大地满足了IT及汽车工业应用范围。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明提供的高导热压铸铝合金及其制备方法作进一步说明，但并非限制本发明的应用范围。

实施例1

本发明实施例1的高导热压铸铝合金的各组分的重量百分比为：硅：10.5wt％；钴：0.1wt％；铁：0.2wt％；硼：0.01wt％；钛：0.05wt％；其它杂质总量和小于或等于0.2％，余量为铝。

本发明实施例1的高导热压铸铝合金的制备方法，包括下述步骤：

1)烘干：将准备好的原料：纯铝(纯度均≥99.9wt％)、铝硅中间合金、铝铁中间合金、铝硼中间合金、铝钛中间合金及氧化钴粉末，进行烘干处理，其中Al、Co在100℃温度下烘干，而AlSi、AlFe、AlB及AlTi中间合金则在150℃温度下烘干，氧化钴粉末则在200℃温度下烘干；

2)熔炼：选用坩埚电阻炉进行熔炼，先将电阻炉预热至200℃，然后再向坩埚内壁均匀涂覆被覆剂涂料；待烘干后，先将称量好的纯铝锭进行熔化，当铝液温度达到800℃时，再加入配比称量好的铝硅中间合金，待铝硅中间合金熔化后，再加入配比称量好的其它中间合金，熔化完全后，静置保温15min，待温度降至750℃时，进行充分搅拌5min，最后进行炉前成分分析，检测合金熔体的成分含量，对成分含量不合格的熔体通过补料或冲淡方式使其成分含量达到合格的范围；

3)合金化：把成分含量合格的合金熔体降温到730℃，在熔体中通过压力为0.2MPa的氩气吹入钴重量为所有物重量的0.1％wt的变质剂氧化钴粉末，然后继续用氩气除气除渣10min，再进行炉前成分检测，合格后即可进行浇铸，最后浇入预热温度为150℃的铁模中，制得压铸合金铸锭A1。

实施例2

本发明实施例2的高导热压铸铝合金的各组分的重量百分比为：硅：11wt％；钴：0.2wt％；铁：0.3wt％；硼：0.02wt％；钛：0.03wt％；其它杂质总量和小于或等于0.2％，余量为铝。

本发明实施例2的高导热压铸铝合金的制备方法与实施例1相同，但所用惰性气体为氮气，制得压铸合金铸锭A2。

实施例3

本发明实施例3的高导热压铸铝合金的各组分的重量百分比为：硅：12wt％；钴：0.3wt％；铁：0.35wt％；硼：0.04wt％；钛：0.01wt％；其它杂质总量和小于或等于0.2％，余量为铝。

本发明实施例3的高导热压铸铝合金的制备方法与实施例1相同，但所用惰性气体为氖气，制得压铸合金铸锭A3。

实施例4

本发明实施例4的高导热压铸铝合金的各组分的重量百分比为：硅：12.5wt％；钴：0.4wt％；铁：0.4wt％；硼：0.03wt％；钛：0.02wt％；其它杂质总量和小于或等于0.2％，余量为铝。

本发明实施例4的高导热压铸铝合金的制备方法与实施例1相同，制得压铸合金铸锭A4。

实施例5

本发明实施例5的高导热压铸铝合金的各组分的重量百分比为：硅：13.5wt％；钴：0.5wt％；铁：0.4wt％；硼：0.05wt％；钛：0.01wt％；其它杂质总量和小于或等于0.2％，余量为铝。

本发明实施例5的高导热压铸铝合金的制备方法与实施例1相同，制得压铸合金铸锭A5。

对比例

本发明对比例的各组分的重量百分比为：硅：12wt％；钴：0wt％；铁：0.3wt％；硼：0.02wt％；钛：0.01wt％；其它杂质总量和小于或等于0.2％，余量为铝，其制备方法与实施例1相同，制得压铸合金铸锭B1。性能测试：

1)化学成分：

将上述实施例1-5制备的压铸合金铸锭A1-A5以及对比例制备的压铸合金铸锭B1进行化学成分检测(ICP测试)，压铸合金的化学成分检测结果见表1。

2)力学性能及导热率：

将上述对比例制备的压铸合金铸锭B1以及实施例1-5制备的压铸合金铸锭A1-A5，按照GB要求分别制作好标准试样进行室温拉伸试验测试及导热率测试，测试结果如表2所示。

表1(质量分数wt％)

组别	硅	钴	铁	硼	钛	铝
							对比例	12	0	0.3	0.02	0.01	余量
实施例1	10.5	0.1	0.2	0.01	0.05	余量
							实施例2	11	0.2	0.3	0.02	0.03	余量

实施例3	12	0.3	0.35	0.04	0.01	余量
							实施例4	12.5	0.4	0.4	0.03	0.02	余量
实施例5	13.5	0.5	0.4	0.05	0.01	余量

表2压铸铝合金性能表

根据上述表1和表2的数据可以看出，压铸铝合金中加入Co后，本发明的导热率得到显著提升；另外本发明在确保压铸铝合金的高导热率的前提下，还进一步增强了其力学性能，从而极大地扩大了其工业应用范围。

本发明将钴、钛和硼三种元素加入常用的ZL102合金中，这三种元素的结合使用显著提高了ZL102铝合金导热率，扩大了ZL102的工业应用范围，实现了性能良好、成本低廉的高导热率AlSi12铝合金压铸件。本发明中，硅作为合金元素可以提高合金的铸造性能及力学性能，钴作为合金元素可以提高合金的导热性能与力学性能，同时加入钴可极大提高合金的流动性，加入的铁元素可降低合金的粘模特性，最终实现了良好的压铸性能；硼与钛形成化合物可以细化铸造组织，进一步提高合金力学性能，上述各元素有效合理的结合，实现了在现有合金铸造性能基础上，显著提高了压铸铝合金的导热性能。因此，本发明提供的高导热压铸铝合金具有多种优良性能，具有广泛的应用范围。

以上的实施例说明了本发明的技术方案，本领域技术人员应当理解，可由上述的技术方案进行变形或等同替换，均能得到本发明的其它实施例。

Claims

1.一种高导热压铸铝合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3)合金化：把成分含量合格的合金熔体降温到720℃—750℃，在熔体中通过惰性气体吹入变质剂氧化钴粉末，然后继续用惰性气体除气除渣，再进行炉前成分分析，合格后即可进行浇铸；

其中，所述压铸铝合金中各组分的重量百分比为：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％；其它杂质总量和小于或等于0.2％，余量为铝。

2.根据权利要求1所述的高导热压铸铝合金的制备方法，其特征在于，各组分的重量百分比为：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％；其它杂质总量和小于或等于0.2％，余量为铝。

3.根据权利要求1所述的高导热压铸铝合金的制备方法，其特征在于，所述的其它中间合金由Al-Fe、Al-Ti及Al-B三种合金组成。

4.根据权利要求1所述的高导热压铸铝合金的制备方法，其特征在于，步骤2)中所述的静置时间为10—20min。

5.根据权利要求1所述的高导热压铸铝合金的制备方法，其特征在于，步骤3)中所述的惰性气体包括氮气、氩气或氖气。

6.根据权利要求1所述的高导热压铸铝合金的制备方法，其特征在于，步骤3)中所述的氧化钴粉末重量为原料总重量的0.2—0.5％。

7.根据权利要求1所述的高导热压铸铝合金的制备方法，其特征在于，步骤3)中所述除气除渣时间为10—20min。