[發明專利]一種半固態壓鑄鋁合金及其制備方法和用途

有效

• 申請號: 202011339911.9
• 申請日: 2020-11-25
• 公開（公告）號: CN112575230B
• 公開（公告）日: 2022-02-18
• 發明（設計）人: 羅敏;盧宏興;朱強
• 申請（專利權）人: 南方科技大學
• 主分類號: C22C21/02
• 分類號: C22C21/02;C22C1/03;B22D17/00;C22F1/043;H01M50/224;H01M50/249
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 潘登

本發明涉及一種半固態壓鑄鋁合金及其制備方法和用途，所述半固態壓鑄鋁合金的成分組成(質量百分比)為Si 3.0?6.0％，Mg 0.3?0.6％，Fe 0.05?0.2％，Ti 0.02?0.1％，B 0.004?0.02％，其余為Al以及不可避免的其他雜質元素，其他雜質元素的單個質量百分比不大于0.05％，總和質量百分比不大于0.1％。本發明通過優化各元素配比，細化α?Al晶粒、Mg₂Si相以及共晶Si相，開發得到一種針對半固態壓鑄成形工藝的新型鋁合金，在滿足力學性能的基礎上，將導熱率提高至175?186W/m·K，可以用于5G通訊基站散熱殼和動力電池外殼等要求薄壁化和輕量化的場合。

技術領域

本發明涉及鋁合金壓鑄成形領域，進一步涉及鋁合金半固態流變壓鑄成形領域，具體涉及一種半固態壓鑄鋁合金及其制備方法和用途。

背景技術

鋁合金具有質量輕、強韌性好、耐腐蝕以及特有的金屬光澤等特性，廣泛應用于電子電器、通訊器材、照明器件、電動工具、新能源汽車等領域，如智能手機、筆記本電腦、平板電腦等電子產品的外殼，LED燈的散熱背板和燈罩，無線通訊基站的散熱基板、濾波器和機柜外殼，電飯煲、電磁爐、熱水器的發熱盤，新能源汽車的動力電池外殼、控制電源機箱、驅動電機外殼等。隨著各種發熱器件功率的不斷增大，為了滿足發熱器件的散熱要求，對鋁合金導熱性能的要求也越來越高。

當前已公開的鑄造用高導熱鋁合金主要以Al-Si-Mg系變形鋁合金為主，部分合金添加Cu、Zr、稀土元素、Ni等元素。當前，高導熱鋁合金的成形工藝主要采用傳統的液態壓鑄，雖然這些高導熱鋁合金的熱導率較高，但力學性能偏低，不能滿足當前產品薄壁化和輕量化的發展需求。

半固態壓鑄是對由球形固相晶粒懸浮于液相組成的半固態漿料進行壓鑄成形的技術，具體內容包括在液態金屬的凝固過程中進行攪拌以及控制熱焓平衡過程，形成有別于普通鑄造枝晶組織的近球形組織，從而制成半固態漿料。由于半固態漿料不同于傳統枝晶凝固形成的固液混合漿料，因此半固態壓鑄技術具有如下優點：(1)由于半固態漿料具有很好的流動性，半固態壓鑄可以成形各種形狀復雜的零部件；(2)由于半固態漿料的粘度高于液態金屬，半固態壓鑄可以避免充型時金屬的飛濺而卷入氣體，半固態壓鑄件可以做熱處理進一步提高其力學性能；(3)由于半固態漿料的溫度低于液態金屬，半固態壓鑄的充型溫度低，可以減輕對壓鑄模的熱沖擊，提高壓鑄模的使用壽命；(4)由于半固態漿料已經具有部分的固相晶粒，半固態壓鑄的凝固收縮率小，可以避免縮孔、疏松、粘模等缺陷，獲得壁厚更薄、組織更加致密、力學性能更高的各類零部件。

目前，半固態壓鑄技術主要應用在交通運輸領域，可以減少產品內部的缺陷，能夠提升產品的散熱能力，但是隨著通訊領域、3C領域的發展，電子元器件的微型化、集成化、能量密度不斷提高，對散熱結構件的散熱能力提出了更高的要求。然而，當前可批量應用的半固態壓鑄成形鋁合金僅有356、357、319s、ADC12、A380等鋁合金，且這類鋁合金的熱導率不到150W/m·K，不能滿足當前產品散熱性能的需求，而導熱性能較好的鋁合金，典型牌號有6061、6063等，卻由于鑄造流動性很差，無法滿足半固態壓鑄的工藝要求，只適合于擠壓、軋制、鍛造等塑性加工方法。因此，需要針對半固態壓鑄成形工藝開發新型的鋁合金，在滿足力學性能的基礎上，提高導熱率，滿足散熱性能的要求。

例如CN108165842A公開了一種半固態壓鑄高導熱鋁合金及其壓鑄方法，所述半固態壓鑄高導熱鋁合金的質量百分比的成分組成為：Si 6.6～7.4％，Mg 0.15～0.25％，Ti0.03～0.05％，Cr 0.05～0.1％，Yb 0.01～0.02％，Te 0.01～0.03％，Be 0.05～0.1％，Fe≤0.15％，余量為Al和不可避免的其它雜質元素，其中，Cr與Yb的質量比為5:1，其它雜質元素單個含量小于0.05％，總量小于0.15％。所述鋁合金通過復合添加Cr、Yb元素細化變質富Fe相、Te元素細化變質共晶Si相和Be元素促進α-Al晶粒的球化，可以顯著提供半固態壓鑄高導熱鋁合金的強度、塑性和半固態壓鑄性能。