[發明專利]一種高強度高導熱鑄造鋁合金及其制備方法

在審

• 申請號: 201811521523.5
• 申請日: 2018-12-12
• 公開（公告）號: CN109338176A
• 公開（公告）日: 2019-02-15
• 發明（設計）人: 翁文憑;長海博文;范衛忠;周鵬飛;沈曉東;陳小村;楊蕾;唐迪
• 申請（專利權）人: 蘇州大學;華勁新材料研究院（廣州）有限公司
• 主分類號: C22C21/02
• 分類號: C22C21/02;C22C1/02;C22F1/043;C22C1/06
• 代理公司: 寧波高新區核心力專利代理事務所(普通合伙) 33273
• 代理人: 袁麗花

本發明公開了一種高強度高導熱鑄造鋁硅合金及其制備方法，合金材料含有Si、Mg、Fe、Sr、B；進行鑄造時，保持熔體溫度在650～750℃范圍內，將合金熔體澆入鑄件模具中，按照1～500℃/s冷卻速率鑄造成鑄件，對鑄件進行熱處理，熱處理的升溫速率低于20℃/min，保溫溫度為100～450℃，保溫時間為0.1～10h，隨后隨爐冷卻或空冷。本發明通過鋁合金化學成分、鑄造過程及熱處理等工藝手段的控制，在保證合金力學性能的同時大幅提高材料的熱傳導率，獲得熱導率為170～200W/(m K)，同時抗拉強度大于260MPa、屈服強度大于160MPa的高強度高導熱鋁合金材料。

技術領域

本發明屬于合金材料技術領域，涉及鑄造鋁合金材料及其制備，具體涉及一種高強度高導熱鑄造鋁合金及其制備方法。

背景技術

隨著電子工業的高速發展，電子元器件逐步朝小型化、多功能和高集成度方向發展，電子器件運行功率越來越高，同時散熱條件也越來越苛刻，典型產品如消費電子產品、LED照明設備、通信基站均對新一代輕質高導熱材料提出需求。

研究表明，電子元器件服役過程中產生熱量與周圍環境散熱平衡后，器件的平均溫度對其壽命產生重要影響。電子元器件平均溫度每升高2℃，壽命就降低10％。由于電子元器件日益朝小型化方向發展，電子器件散熱結構日益受到限制，因此，輕質高導熱新材料應用已成為提高通信設備散熱能力、降低電子元器件溫度的關鍵。鋁合金由于其優良的導熱性能、可加工性能，同時兼具低成本、環境友好、低密度等優點，在保持設備較高散熱能力的同時實現設備的小型化、輕量化具有重要的地位，成為高性能電子工業應用材料的發展趨勢。

鑄造鋁合金的生產工序少、流程短，其生產成本低，適合結構復雜的殼類零件和箱體零件，適用于電子用鑄造零部件。鑄造鋁合金產品沒有經過變形加工，不能通過加工硬化提高產品力學性能，單方面提高材料熱傳導性能，并不能滿足零部件后續連接和服役過程中對力學性能的要求，迫切需要在提高熱傳導性能的同時，保證合金有較高的力學性能。然而，鋁合金的強化途徑主要有固溶強化、彌散強化和細晶強化，需要在基體中引入固溶原子、析出強化相或中間相來強化鋁合金。根據金屬導熱導電的微觀機制分析，鋁合金中熱傳導以電子熱導為主。自由電子在合金中隨機運動時，晶體點陣中缺陷、固溶原子或析出相會造成電勢場周期發生變化，從而導致電子散射幾率增加降低平均自由程，導致熱傳導性能下降。因此，鋁合金強化途徑與材料熱導率的提升構成矛盾，如何同時提高合金強度與熱導率是迫切需要解決的關鍵技術難題。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種高強度高導熱鑄造鋁合金及其制備方法，能夠同時提高鋁合金材料的強度和導熱性能。

本發明的高強度高導熱鑄造鋁合金，包括以下質量百分比的組分：

不可避免的雜質元素質量百分比小于等于0.1％，余量為鋁(A1)。

上述技術方案中，雜質元素中Cr+Mn+Ti+V+Cu的質量百分比總和小于0.1％。

本發明將鋁合金成分設計成Si元素質量百分比含量控制在共晶點12.6％附近，提高鋁合金流動性；Mg元素質量百分比含量控制在0.2～0.5％，形成Mg2Si強化相提高鋁合金強度；Fe元素質量百分比含量控制在0.4～0.8％，保證鋁合金脫膜能力；雜質及微量元素的控制，降低基體中固溶溶質含量。

具體的，本發明的高強度高導熱鑄造鋁合金的制備方法，包括下述步驟：

(1)先將熔爐升溫至預熱溫度進行保溫，按照上述的質量百分比投料，加熱至熔化；

(2)除氣、除雜后靜置，熔體溫度控制在650～750℃范圍內，將高溫熔體澆注鑄件模具中；

(3)在凝固冷卻速率1～500℃/s范圍內結晶凝固；