一种弥散强化型散热铝合金及其制备方法技术

本发明专利技术适用于合金技术领域，提供了一种弥散强化型散热铝合金及其制备方法。本发明专利技术公开了一种弥散强化型散热铝合金，以铝合金重量为100%计，包括Al和如下重量百分含量的元素：0-4wt.%Fe、0-3wt.%Ba、0-1wt.%B、0-8wt.%Cd、0-7wt.%Ce、0-2wt.%Co、0-1wt.%Mo，其中Fe、Ba、B、Cd、Ce、Co、Mo不同时为0。本发明专利技术所述方法制备的弥散强化型散热铝合金，不仅具有高热导率和优良的散热效果，而且通过合金元素的弥散强化提高了纯Al基体的强度，并改善了加工成型性能，特别适合用于LED散热器和其它散热领域的应用。

【技术实现步骤摘要】
一种弥散强化型散热铝合金及其制备方法
本专利技术属于合金
，尤其涉及一种弥散强化型散热铝合金及其制备方法。
技术介绍
纯金属材料中，Al是热导率仅次于Ag、Cu和Au的金属元素，与Ag、Cu和Au相比，Al不仅重量轻、而且价格相对较低，是生产散热器件的优选元素。但是纯铝的强度和硬度低，加工性能差，因此大多情况下不制备纯铝散热器件。为了改善纯铝散热器件比强度低的问题，提高其加工性能，往往在铝中添加一定量的其他元素，掺杂了其他元素的铝合金材料具有高的比强度、且其加工性能好，能有效地解决纯铝制备散热器件产生的问题，同时铝合金性价比高，适合大规模使用，所以目前一般的散热器件都采用铝合金材料制成。目前，市场上有不同合金元素组成的铝合金材料，随着合金技术的发展，铝合金的强度、硬度和加工性能都得到了不同程度的改善，但是由于很多常用合金元素，例如：Si、Mg、Zn、Mn、Cu、Sn、Ni等，室温下在Al中均有一定的固溶度，因此就导致了严重的晶格畸变，从而大大降低了铝合金的热导率，导致铝合金散热效果变差。可见，传统工艺制备的铝合金散热材料，高比强度和高热导率往往是一对难以调和的矛盾，因此研究开发高热导率、高比强度、高性价比的散热铝合金材料具有重要的实际意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种热导率、比强度和性价比均较高的弥散强化型散热铝合金，旨在解决高比强度和高热导率难以调和的技术问题。本专利技术的另一目的是提供一种具有高热导率、高比强度、工艺简单易控且成本低的弥散强化型散热铝合金的制备方法。本专利技术实施例是这样实现的，一种弥散强化型散热铝合金，以铝合金重量为100%计，包括Al和如下的重量百分含量的元素：其中，所述Fe、Ba、B、Cd、Ce、Co、Mo的重量百分含量不同时为0。以及，一种弥散强化型散热铝合金的制备方法，包括以下步骤：按照上述铝合金的配方分别称取各组分原料；将称取的所述原料进行加热处理得到合金液，除杂后将合金液浇注成型得到铸锭；将所述铸锭在200～450℃保温0.5～10h后，经冷却处理得到弥散强化型散热铝合金。本专利技术提供的弥散强化型散热铝合金，选用Fe、Ba、B、Cd、Ce、Co、Mo作为合金元素，在制备过程中，在680～850℃高温条件下，该合金元素能全部溶解于Al基体中，在室温下该合金元素在Al基体中不固溶或者是固溶度小于0.1wt.%，从而使得该弥散强化型散热铝合金具有热导率高、散热功能好和强度高的优点，适合用于散热领域、特别是LED散热器的应用。本专利技术提供的一种弥散强化型散热铝合金的制备方法，该方法在对合金元素进行共混高温加热处理且浇注成型后，不直接将铸锭快速冷却至室温，而是通过在高温处理0.5～10h的方法制备铝合金。该方法中，铸锭通过后续的高温（200～450℃）保温时效处理后，合金元素从Al基体中直接析出或者是与Al形成化合物间接析出，析出物与Al基体形成冶金混合，从而晶格畸变得到大大缓解甚至消失，铝合金的热导率提高，散热效果增强，同时析出物对Al基体亦实现了弥散强化，使得铝合金的比强度和加工性能得以提升。且该方法工艺简单易控、成本低，适合用于LED散热器和其它领域散热产品的制备。具体实施方式为了使本专利技术要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。时效强化处理的原理是：从合金设计上选用高温680～850℃条件下在Al基体中全部溶解，且在100℃以下时在Al基体中不固溶或者固溶度非常小的元素作为合金元素。当该合金元素在浇注成型后快速冷却至100℃以下的过程中，因为所添加的合金元素来不及析出，而是过饱和的固溶在Al基体中，因此尽管合金元素对Al基体具有固溶强化作用，但是由于合金元素与Al基体的晶格不匹配，将导致严重的晶格畸变，从而大大降低Al的热导率，导致散热效果变差。但是若在浇注成型后通过高温（200-450℃）保温时效处理，这些合金元素将从Al基体中直接析出或者是与Al形成化合物间接析出，此时析出物与Al基体形成冶金混合，晶格畸变大大缓解或消失，Al合金的热导率大大提高，散热效果变好，同时析出物对Al基体亦实现了弥散强化，使得铝合金的比强度和加工性能得以提升。因此，在铝中加入适量的时效强化型合金元素，通过时效处理即可制备弥散强化型散热铝合金，能有效解决散热铝合金高比强度和高热导率难以兼顾的难题。本专利技术实施例提供了一种弥散强化型散热铝合金，以铝合金重量为100%计，包括Al和如下的重量百分含量的元素：其中，所述Fe、Ba、B、Cd、Ce、Co、Mo的重量百分含量不同时为0。上述弥散强化型散热铝合金中，所述Fe、Ba、B、Cd、Ce、Co、Mo元素均具备下述特征：在680-850℃在Al基体中实现熔融溶解；在室温，具体为20-30℃时，Fe、Ba、B、Cd、Ce、Co、Mo在Al基体中的固溶度小于0.1wt.%或者不固溶；但是在200-450℃下，上述合金元素从Al基体中直接析出或与Al基体形成化合物间接析出，此时析出物与Al基体形成冶金混合。由于冶金混合不同于化学键结合，也不同于机械混合，冶金混合是指通过液态冷却后形成的结合，或者是通过固态扩散和相变后形成的结合，不会降低材料的热导率和机械性能，其中Fe、Ba、B、Ce、Co、Mo与Al可形成化合物如：AlB2、Al4Ba、Al11Ce3、Al9Co2、FeAl3、Al12Mo、Al3Ni等。对Al基体进行弥散强化，合金元素Cd自身对Al基体进行弥散强化，从而达到提高铝合金的热导率和比强度的目的。上述铝合金中，铁是常见的合金元素，对合金性能有明显的影响。由于铁元素能降低铝合金对模具的粘附作用，因此，本专利技术实施例中可含有Fe成分。合金中可单独添加Fe元素和Al元素形成比强度、热导率和加工性能优异的铝合金产品；Fe元素也可与其他合金元素一起与Al制备比强度、热导率和加工性能优异的铝合金产品。但是，由于Fe能与Al或合金中可能存在的Si以FeAl3、Fe2Al7和Al-Si-Fe的片状或针状组织存在于合金中，降低机械性能，同时还使合金的流动性减低，热裂性增大，因此，铝合金中Fe元素重量百分含量不能过高。作为优选实施例，以铝合金重量为100%计，Fe元素重量百分含量为0-4wt.%。作为进一步优选实施例，Fe含量为0.1-0.6wt.%。该范围内的铁含量，一方面对铝合金的性能影响较小，另一方面，能有效降低铝合金对磨具的粘附作用。为了细化晶粒，提高材料的机械性能，在上述铝合金可添加B元素。合金中可单独添加B元素和Al元素形成比强度、热导率和加工性能优异的铝合金产品；B元素也可与其他合金元素一起与Al制备比强度、热导率和加工性能优异的铝合金产品。以铝合金重量为100%计，本专利技术实施例中B含量为0-4wt.%。作为进一步优选实施例，B含量为0.1-0.4wt.%。上述合金元素中，Cd能单独对Al基体进行弥散强化，同时提高其比强度和缓解晶格畸变，从而提高铝合金的热导率。因此，Cd元素可单独与Al制备比强度、热导率和加工性能优异的铝合金产品；Cd元素也可与其他合金元素一起与Al制备比强度、热导率和加工性本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种弥散强化型散热铝合金，以铝合金重量为100%计，包括Al和如下的重量百分含量的元素：其中，所述Fe、Ba、B、Cd、Ce、Co、Mo的重量百分含量不同时为0。

【技术特征摘要】
1.一种弥散强化型散热铝合金，以铝合金重量为100％计，由Al和如下的重量百分含量的元素组成：2.如权利要求1所述的弥散强化型散热铝合金，其特征在于：以铝合金重量为100％计，所述Fe、Ba、B、Cd、Ce、Co、Mo元素的重量百分含量如下：3.一种弥散强化型散热铝合金的制备方法，包括以下步骤：按照权利要求1或2所述铝合金的配方分别称取各组分原料；将称取的所述原料进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：王新中，申玉田，申偲伯，杨向红，
申请(专利权)人：深圳市泓亚光电子有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44