一种高强度高导热的压铸铝合金材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种高强度高导热的压铸铝合金材料及其制备方法和应用。其主要成分及其质量百分比含量为：Si 8.0~10.0%，Mg 1.5~3.5%，Fe 0.06~0.5%，Sr 0.005~0.05%；余量为Al和其他不可避免的杂质元素。通过在铸造性能优良的Al‑Si合金中加入适量的镁元素，同时控制Fe、Cu、Mn、Cr、V、Ti等杂质元素的含量，在保证良好的压铸成形性能的前提下，实现力学性能和导热性能比ADC12、YL102、A380等常规压铸铝合金大幅度提高。适用于生产通信机箱、散热器、手机中板等形状复杂且需要高强度以及提高导热性能的压铸件。

A Die Casting Aluminum Alloy Material with High Strength and Heat Conductivity and Its Preparation Method and Application

The invention relates to a die casting aluminum alloy material with high strength and heat conductivity, and a preparation method and application thereof. The main components and their mass percentage contents are: Si 8.0-10.0%, Mg 1.5-3.5%, Fe 0.06-0.5%, Sr 0.005-0.05%, and the remainder is Al and other unavoidable impurity elements. The mechanical properties and thermal conductivity of Al_Si alloy with excellent casting properties are greatly improved than those of conventional die-casting aluminum alloys such as ADC12, YL102 and A380 by adding appropriate magnesium elements and controlling the content of impurity elements such as Fe, Cu, Mn, Cr, V and Ti. It is suitable for the production of die castings with complex shape, high strength and high thermal conductivity, such as communication chassis, radiator and mobile phone midplate.

【技术实现步骤摘要】
一种高强度高导热的压铸铝合金材料及其制备方法和应用
本专利技术属于有色金属材料及其制备成形领域，涉及到一种高强度高导热的压铸铝合金材料及其制备方法和应用。
技术介绍
随着电子信息、通讯、汽车等行业的迅速发展，消费电子产品、LED照明设备、通讯基站、汽车零部件等有向小型化和高集成度的方向发展的趋势，因而对结构和材料力学性能以及散热要求越来越高。铝硅合金由于其优良的成形性能、可加工性能，同时兼具低成本、环境友好等优点，是高性能结构材料以及散热材料的良好选择。压铸铝合金在通信、电子和交通运输等领域应用广泛，主要用于生产薄壁壳体类零件。在移动通信行业中，通信机箱等零件兼具散热功能，形状复杂。目前，共晶型或近共晶型铝硅合金是最主要的压铸铝合金，例如YL113、YL112、YL101和YL102（国标GB/T15115）。其中YL113（相当于日本JISH5302标准中的ADC12合金）用量最大、用途也最为广泛。常规压铸铝合金的强度普遍在200~330MPa之间，屈服强度在120-190MPa之间，导热率在90~110W/(m·K)之间。随着通讯、电子、交通运输、动力和航天航空等的发展需求，对于材料的要求也越来越高。不仅要求材料要具备高屈服强度还需要较高的散热性能，以往单一的性能已经无法满足技术的发展要求。现在的铝合金材料不但对其基本的化学成分有严格的要求，还需要满足各种特殊的使用要求，兼顾多种性能。在这些性能之中，有些甚至是以往被认为相互存在一定的矛盾的。针对不同的材料使用特点。目前缺少一种高屈服强度同时还兼顾较高导热的铝合金材料。因此，设计开发具有高屈服强度同时又具有较高导热性能的压铸铝合金材料具有重要的应用价值。专利CN108034870A公开了一种压铸铝合金高强韧压铸铝合金，通过在亚共晶铝硅合金中添加Y、Er等稀土元素使合金的铸态抗拉强度达到300MPa以上，延伸率6%。公开号为CN102146541A名称为“一种Al-Si-Cu-Mg-xLa稀土压铸铝合金的制备方法”的专利技术专利申请，公开了在Al-11.0Si-2.5Cu-0.2Mg合金中通过添加0.1～0.9%的稀土La后，明显细化、球化晶粒，改变第二相形态，大幅提高合金力学性能，压铸抗拉强度为266～286MPa，伸长率为3.0～4.0%。但以上的两种合金都在铝硅合金中添加了稀土元素，虽然提高了材料的力学性能，但也极大的增加了材料的成本，并且，该两种材料的导热性能都普遍较低。专利CN108546854A公开了一种压铸铝合金材料，公开了在Al-1.5Si-0.6Cu-0.2Mn-0.4Mg-0.3Zn合金中通过添加稀土镧，稀土铈来提高该开发合金的强度和导热率，其抗拉强度为290-300MPa，屈服强度160MPa,导热率160W/(m·K)。该合金虽然导热率较常规材料高但其力学性能并没有显著的提高，而且，添加了昂贵的稀土元素极大的增加了材料成本。专利CN104264017A公开了一种压铸铝合金，通过在共晶型铝硅合金中添加Co、Ti、B元素使合金的导热率可达到190W/(m·K)。但该合金存在三个方面的问题：（1）为追求高导热性能，该合金中Fe含量仅0.2%~0.4%，过低的Fe含量不利于压铸件（尤其是复杂薄壁件）脱模，降低生产效率且增加模具损耗；（2）该专利中公布的导热性能实为合金锭而非压铸件的性能，但合金熔炼并压铸成铸件产品之后，由于压铸工艺的高冷却速率导致Si等合金元素在铝基体中固溶量显著增加，实际压铸件的导热率将有较大幅度下降，即采用该合金生产的压铸件的导热率要明显低于190W/(m·K)。（3）该合金的力学性能极低其屈服强度小于100MPa，强度也只有180MPa，无法满足结构件对材料力学性能的要求。
技术实现思路
针对目前压铸铝合金材料在强度尤其是屈服强度以及导热性能方面的不足，本专利技术的目的在于提供一种既能保证铸造成形性能和力学性能、又兼具良好导热性能的压铸用铝合金材料，通过在铸造性能优良的Al-Si合金中加入适量的镁元素，同时控制Fe、Cu、Mn、Cr、V、Ti等杂质元素的含量，在保证良好的压铸成形性能的前提下，实现力学性能和导热性能比ADC12、YL102、A380等常规压铸铝合金大幅度提高。适用于生产通信机箱、散热器、手机中板等形状复杂且需要高强度以及提高导热性能的压铸件。本专利技术的合金材料不仅提供铸态就具有超过300MPa的屈服强度而且经过简单的T5处理可使其屈服强度高达350MPa以上，同时导热率可达到150W/(m·K)以上的具有优良成形性能的压铸铝合金。本专利技术的目的可以通过以下措施来实现：一种高强度高导热的压铸铝合金材料，其主要成分及其质量百分比含量为：Si8.0~10.0%，Mg1.5~3.5%，Fe0.06~0.5%，Sr0.005~0.05%；余量为Al和其他不可避免的杂质元素。进一步的，所述的压铸铝合金材料还包括：Cu≤0.2%，Mn+Ti+Cr+V≤0.1%，其他杂质元素单个≤0.05%、合计≤0.15%。以上杂质元素应尽量减少在高强度高导热铝合金材料中的含量。本专利技术还保护上述的压铸铝合金材料的制备方法，包括主要步骤为熔炼和铸造。进一步的，所述熔炼的步骤包括：（1）将称重配比好的纯铝或电解铝液投入熔炼炉中，加热到700~800℃；然后加入硅，搅拌均匀；（2）在700~760℃下，投入铝合金精炼剂对熔体进行精炼处理，随后扒渣；（3）在700~740℃下加入纯镁和铝锶合金，搅拌均匀；（4）以细小的气泡形式向铝合金熔体中通入惰性气体进行除气处理10~20分钟，扒渣，静置，除气精炼后静置10~120min，然后扒去浮渣得到铝合金熔体，用于后续铸造。进一步的，所述的硅为工业硅、速溶硅或铝硅中间合金。进一步的，所述的纯镁的纯度为99.9%以上。进一步的，所述的铝锶合金含Sr的质量百分数为5~15%。进一步的，所述的惰性气体为高纯氮气或高纯氩气。进一步的，所述铸造的步骤为：将上述熔炼步骤中制备好的熔体浇铸成重熔用合金锭或者用于压铸生产铸件，铸造温度为640~720℃。本专利技术的另一目的在于保护上述的压铸铝合金材料在复杂结构及散热类零部件中的应用。进一步的，上述的压铸铝合金材料用于生产通信机箱、散热器、手机零部件等类型的零部件。进一步的，所述的铸造为压铸。与现有技术相比，本专利技术所提供的新型高强高导热性能的压铸用铝合金材料，是通过科学合理的成分设计，优选合金元素Si、Mg、Fe、Sr的添加量，在保证压铸成型性能的前提下，无需增加任何热处理工序，无需添加昂贵的稀土元素，即兼具优异的力学性能和导热性能。该合金用于压铸生产复杂结构散热零部件能够提高其强度以及散热效率，与现有常规压铸铝合金相比具有如下突出的优点：（1）本专利技术的铝合金材料同时具有优异的力学性和较高的导热性能，本专利技术的铝合金材料压铸成铸件之后的典型性能为：抗拉强度≥350MPa，屈服强度≥300MPa，导热率≥150W/(m·K)；（2）本专利技术的铝合金材料，不需要通过后续热处理工序及添加昂贵的稀土元素来提高力学性能和导热性能，优化工艺路径，节约合金制造成本；（3）本专利技术的铝合金广泛适用于生产通信、电子和交通行业、手机零部件中的高强度散热类零部件，具有广阔的应用前景。具体实施方式首本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高强度高导热的压铸铝合金材料，其特征在于，其主要成分及其质量百分比含量为：Si 8.0~10.0%，Mg 1.5~3.5%，Fe 0.06~0.5%， Sr 0.005~0.05%；余量为Al和其他不可避免的杂质元素。

【技术特征摘要】
1.一种高强度高导热的压铸铝合金材料，其特征在于，其主要成分及其质量百分比含量为：Si8.0~10.0%，Mg1.5~3.5%，Fe0.06~0.5%，Sr0.005~0.05%；余量为Al和其他不可避免的杂质元素。2.根据权利要求1所述的铝合金材料，其特征在于，所述的压铸铝合金材料还包括：Cu≤0.2%，Mn+Ti+Cr+V≤0.1%，其他杂质元素单个≤0.05%，合计≤0.15%。3.根据权利要求1或2所述的铝合金材料的制备方法，其特征在于，包括主要步骤为熔炼和铸造。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述熔炼的步骤包括：（1）将称重配比好的纯铝或电解铝液投入熔炼炉中，加热到700~800℃；然后加入硅，搅拌均匀；（2）在700~760℃下，投入铝合金精炼剂对熔体进行精炼处理，随后扒渣；（3）在700~740℃下加入纯镁和铝锶合金，搅拌均匀；（4）以细小的气泡形式向铝合金熔体中通入...

【专利技术属性】
技术研发人员：张逸智，长海博文，
申请(专利权)人：深圳市博锐专利新技术服务有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44