[發明專利]一種超高導熱高塑性中等強度鋁合金及其制備方法

有效

• 申請號: 202110083125.5
• 申請日: 2021-01-21
• 公開（公告）號: CN112921209B
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發明（設計）人: 祁明凡;李靜媛;張瑩;王繼成;李谷南;康永林;鄧蒨瑜
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C22C21/00
• 分類號: C22C21/00;C22C1/03
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 皋吉甫

本發明公開了一種超高導熱高塑性中等強度鋁合金及其制備方法，所述鋁合金各個成分的質量百分數為：Cu 0.5～1.5％，Fe 1.0～2.5％，Mg 0.03～0.15％，Si 0.05～0.5％，其余為Al和不可避免的雜質；且不可避免雜質元素總量低于0.2％，鋁合金中Fe/Cu質量比為(1～4)：1。鋁合金在鑄態時導熱系數204～217W/(m.K)，抗拉強度166～227MPa，屈服強度100～121MPa，伸長率18～29％；本發明鋁合金導熱系數高、力學性能好、鑄造性能優異，是制備對導熱性能有較高要求鑄件的理想材料，且適合于采用壓鑄、半固態流變成形、液態模鍛等工藝進行生產，具有廣闊應用領域。

技術領域

本發明涉及鋁合金技術領域，特別是涉及一種超高導熱高塑性中等強度鋁合金及其制備方法。

背景技術

隨著5G通訊、新能源汽車等國家重點行業快速發展，其結構件向集成化、薄壁化方向發展，設備運行功率密度和發熱量越來越高，給系統與設備散熱帶來嚴峻挑戰。據報道，電子與通信產品失效原因中，大都是由過熱及與熱相關問題造成的。鋁合金因其輕質、耐蝕、導熱性能優良等特點，被廣泛用于對導熱性能有較高要求的零件，如5G基站用機箱殼體和濾波器殼體、新能源汽車用電控系統殼體、電源轉換器殼體和端蓋殼體等。鑄造是鋁合金產品最常用的生產方法，如壓鑄、半固態成形、擠壓鑄造，具有效率高、成本低、可成形結構復雜的薄壁類零件等優點。Al-Si系是目前最常用的鑄造鋁合金，占現有鑄造鋁合金總產量85％以上。Al-Si系鑄造鋁合金通常含有6.5wt.％以上的Si，鑄造流動性能優良，但大量Si的引入以及Cu、Mg、Mn、Zn等強化元素較多添加嚴重降低了合金導熱性能，導熱系數通常低于145W/(m.K)。雖然國內外在Al-Si系合金基礎上開展了大量微合金化研究，希望增強合金導熱性能，但目前來看，在保證鋁合金具有優良鑄造性能和流動性能前提下，Al-Si系合金的導熱系數一般小于185W/(m.K)，且這一數值往往是合金經過熱處理強化后獲得的。

發明內容

針對上述存在的問題和不足，本發明提供一種超高導熱高塑性中等強度鋁合金及其制備方法，以滿足5G通訊、新能源汽車等構件散熱要求。

為了達到上述目的，本發明的技術方案是：一種超高導熱高塑性中等強度鋁合金，所述鋁合金各個成分的質量百分數為：Cu0.5～1.5％，Fe 1.0～2.5％，Mg 0.03～0.15％，Si 0.05～0.5％，其余為Al和不可避免的雜質；所述不可避免雜質元素總量低于0.2％。

進一步，所述鋁合金中Fe/Cu質量比為(1～4)：1。

進一步，所述鋁合金的組分還包括：Ni 0～0.09％，Ti 0～0.09％，Zn 0～0.09％，Mn 0～0.09％；

且Si+Ni+Mn+Zn質量百分數為0.1～0.5％。

本發明的另一目的是提供一種制備上述的超高導熱高塑性中等強度鋁合金的方法，所述方法具體包括以下步驟：

S1)按照設計成分分別稱取各個原料，預熱熔煉爐至一定溫度，再將各個原料分別加入熔煉爐中，持續攪拌，得到熔體；

S2)往熔體內部通入惰性氣體或將精煉劑加入熔體中以除氣精煉，靜置一段時候后扒渣；

S3)將S2)扒渣后的熔體澆入模具，冷卻后，得到超高導熱高塑性中等強度鋁合金。

進一步，所述S1)中熔煉爐預熱溫度為710-740℃，攪拌時間為5～20分鐘；

原料的加入順序為：將鋁錠加入熔煉爐中熔化，待鋁錠完全熔化后，再加入Cu和Fe，待其溶解后，依次加入速溶硅、Al-Ni中間合金、Al-Ti中間合金、Al-Mn中間合金、純Zn和純Mg。

進一步，所述Cu和Fe采用純金屬或其中間合金形式加入。

進一步，所述S2)中的靜置時間為10-30min。