一种超高导热性能的压铸铝合金的制作方法

1.本发明属于压铸铝合金技术领域，具体涉及一种超高导热性能的压铸铝合金。


背景技术：

2.铝及其合金具有许多优良的物理、化学特性，因而在世界各国得到了非常广泛的应用，不同的铝合金在日常用品、医药器械、国防军工和交通工具等方面发挥着重要的作用。尤其随着5g技术的开发和普及，铝合金在电子产品中的运用也更加深入，例如制成各类散热器件。
3.铝合金压铸工艺是铝合金重要的成型工艺，采用压铸工艺制造铝合金器件，具有生产效率高、金属利用率高、铸件尺寸精度高、铸件表面粗糙度低、铸件强度和表面硬度高等诸多优势。但是，压铸工艺必须要求铝合金具有优良的流动性和脱膜性能，否则难以制得合格的铝合金压铸件。
4.硅是压铸铝合金的重要元素，它能改善铝合金的铸造性能，一般含量在7%-11%。提高铝合金的流动性是硅元素的重要作用之一，由于al-si铝合金结晶温度间隔小，硅相有很大的凝固潜热、较大的比热容、较小的线收缩系数，因此，具有一定硅含量的铝合金的铸造性能一般要比其他铝合金好，其充型能力也较好，热裂、缩松倾向也都比较小。
5.铁也是压铸铝合金的重要元素，它能改善铝合金的脱模性能。铝合金对模具的粘附作用十分强烈，当铁含量在0.6％以下时尤为强烈，当超过0.6％后，粘模现象便大为减轻，因此含铁量一般应控制在0.6～1％范围内。此外，也有报道称铁元素可一定程度提升铝合金的流动性。
6.硅元素和铁元素都是压铸铝合金的重要组成元素，能够提高流动性和改善脱膜性。尤其是在制造结构复杂的薄壁铝合金压铸件时，硅含量应大于7%，且铁含量应大于0.6％，才能保证充型充分和脱模良好，才能保证产品的质量。
7.但是，硅元素和铁元素都会对铝合金的导热性产生显著的负面影响。附图1中列举了几种常见铝合金的成分和导热系数，可见当铝合金中硅、铁含量均较大时，导热率通常仅在96-113w/mk之间。此外，南昌航空大学在专利公开文本cn113462932a中提供了一种高导热性能的压铸铝合金，经过热处理后导热系数可达199w/m
·
k左右，虽然其技术方案中描述si：7～10％、fe：0.3～0.8％，但是仔细查看其实施例可知，其铁含量仅为0.3％或0.35%。


技术实现要素：

8.针对现有技术存在的以上不足，本发明公开一种超高导热性能的压铸铝合金，旨在提供一种既具有优良的压铸性能又具有超高的导热系数的铝合金，尤其是要能够适用于结构复杂的高效导热器件的压铸制造。
9.为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现：一种超高导热性能的压铸铝合金，按重量百分比计包括以下组分：si：9.5-11.5%
fe：0.60-0.80%cu：≤0.01%mn：≤0.01%mg：≤0.01%la ce：0.15-0.25%sr：0.03-0.04�：≤0.01%cr：≤0.01%zn：≤0.05%ti：≤0.01%sn：≤0.01%pb：≤0.01%al：余量。
10.进一步优选地，上述超高导热性能的压铸铝合金，按重量百分比计包括以下组分：si：9.52-11.33�：0.64-0.773%cu：≤0.0038%mn：≤0.0034%mg：≤0.0025%la ce：0.177-0.205%sr：0.0305-0.0338�：≤0.0048%cr：≤0.0077%zn：≤0.034%ti：≤0.0094%sn：≤0.007%pb：≤0.006%al：余量。
11.进一步优选地，上述超高导热性能的压铸铝合金中，la的重量百分比为0.044-0.051%，ce的重量百分比为0.133-0.154%。
12.进一步优选地，上述超高导热性能的压铸铝合金，按重量百分比计包括以下组分：si：11.334�：0.7668%cu：0.0002%mn：0.0026%mg：0.0016%la：0.044�：0.133%sr：0.031%
ca：0.0048%cr：0.0077%zn：0.0162%ti：0.0052%sn：0.0053%pb：0.0023%al：87.665%。
13.进一步地，上述超高导热性能的压铸铝合金，采用以下工艺进行制备：s1：将纯铝锭加热至650~700℃进行熔解；s2：控制s1所得铝液的温度≥750℃，投入金属硅，使硅含量满足成分控制要求，熔硅过程铝液温度保持750~800℃；s3：熔硅过程中，加入铁剂或高铁合金，使铁元素含量满足成分控制要求；s4：待铁硅含量配比达到成分要求后，控制铝液温度700~750℃，按配比加入稀土合金，使稀土元素含量满足成分控制要求；s5：待上述元素含量均满足成分控制要求后，控制铝液温度达到720~750℃，投入精炼剂，进行除气和扒渣作业；s6：除气扒渣结束，投入铝锶合金，使锶含量满足成分控制要求；s7：浇铸成型。
14.进一步地，浇铸成型后还可进行热处理以进一步提高导热率，热处理工艺为：在260~400℃保温2~5h后空气冷却至室温。
15.进一步地，上述超高导热性能的压铸铝合金的制备过程中，熔硅过程使用的金属硅优选为331或551型金属硅。
16.进一步地，上述超高导热性能的压铸铝合金的制备过程中，稀土合金包括镧铈合金、镧铈中间铝合金。
17.进一步地，上述超高导热性能的压铸铝合金的制备过程s5中，精炼剂投入量优选为1.5
‰
；除气温度为 730~740℃。
18.进一步地，浇铸过程中，使用过滤网、陶瓷过程板过滤净化铝液。
19.有益效果本发明提供的超高导热性能铝合金，硅含量大于7%，且铁含量大于0.6％，具有优良的流动性和脱膜性，能够满足复杂铝合金制件的压铸制造工艺要求。
20.本发明提供的超高导热性能铝合金，具有优异的导热性能，导热率达190-193w/mk。在此基础上配合一定的热处理工艺，导热率可进一步提升10-20 w/mk。本发明提供的超高导热性能铝合金尤其适用于制造各类导热器件。
附图说明
21.图1所示为现有铝合金的成分和导热系数。
22.图2、3所示为本发明提供的铝合金的成分和导热系数。
23.图4所示为样本1的合金组织图。
24.图5所示为样本2的合金组织图。
25.图6所示为样本3的合金组织图。
26.图7所示为样本4的合金组织图。
具体实施方式
27.下面通过具体实施例进一步阐明本发明，这些实施例是示例性的，旨在说明问题和解释本发明，并不是一种限制。
实施例
28.超高导热性能的压铸铝合金，按重量百分比计包括以下组分：si：9.5-11.5�：0.60-0.80%cu：≤0.01%mn：≤0.01%mg：≤0.01%la ce：0.15-0.25%sr：0.03-0.04�：≤0.01%cr：≤0.01%zn：≤0.05%ti：≤0.01%sn：≤0.01%pb：≤0.01%al：余量。
29.上述超高导热性能的压铸铝合金中，la的重量百分比为0.044-0.051%，ce的重量百分比为0.133-0.154%。
30.上述超高导热性能的压铸铝合金采用以下工艺进行制备：s1：配比250
㎏
电解铝，称重过磅，温度控制650~700℃进行纯铝锭熔解。
31.s2：配比金属硅，待铝液温度≥750℃，投入金属硅，使硅含量满足成分控制要求，金属硅可以但不限于使用国标型号的331、551金属硅；熔硅过程铝液温度保持750~800℃，熔硅时间控制1~1.5小时，使金属硅充分熔解；熔硅过程搅拌2~3次，每次搅拌5分钟左右。
32.s3：熔硅过程中，加入铁剂或高铁合金，使铁元素含量满足成分控制要求。
33.s4：待铁硅含量配比达到成分要求后，控制铝液温度700~750℃，按配比加入稀土合金，使稀土元素含量满足成分控制要求；稀土合金可采用常规镧铈合金、 镧铈中间铝合金等。通过添加稀土元素镧铈，减少杂质元素含量，优化铝合金组织。
34.s5：待上述元素含量均满足成分控制要求后，控制铝液温度达到720~750℃，投入质量占比为1.5
‰
的zs—aj202k型精炼剂，进行除气作业，除气温度为 730~740℃，除气过程静置20分钟，除气后进行扒渣作业。精炼剂主要是用于清除铝液内部的氢和浮游的氧化夹渣，使铝液更纯净，并兼有清渣剂的作用。
35.s6：除气扒渣结束，投入铝锶合金，搅拌完成熔解后，铝液静置10分钟。通过添加锶
元素，减少杂质元素含量，促进铝合金组织的优化。
36.s7：取样测试成分符合要求进行浇铸，浇铸温度控制720~750℃；浇铸过程中使用过滤网、陶瓷过程板过滤净化铝液。
37.s8：将浇铸铝块加工成80mm
×
80mm
×
5mm的试样，制得的试样表面无气孔无杂质。
38.s9：对试样进行热处理，具体是在260~400℃保温2~5h后空气冷却至室温，以进一步提高导热率。
39.按照上述成分范围和制备工艺平行制备得到四个试样，如图2和图3所示。在图2和图3中，各个试样的元素含量和导热率均是试样未经过热处理的实测值，导热率达190-193w/mk。各试样按照s9的步骤进行热处理后，导热率可进一步提升10-20 w/mk。
40.各试样的铝合金晶相结构分别如图4至7所示，显示各试样区域金相变质效果都达到了1级标准。
41.附：检测方法1. 测试设备导热系数仪：lfa467；差示扫描量热仪(dsc)：dsc214；分析天平：px224zh。
42.2. 环境条件温度：23 2℃；湿度：50 5%rh。
43.3. 测试标准astme1269-11(reapproved 2018)；gb/t 1423-1996；gb/t 22588-20084。
44.4. 测试条件测试模型：cowan模型 脉冲修正。
45.以上实施方式是示例性的，其目的是说明本发明的技术构思及特点，以便熟悉此领域技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。