一种高韧性高导热压铸铝合金及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高韧性高导热压铸铝合金及其制备方法，该铝合金包含按重量百分比的如下元素：RE:3～7％，Mg:0.01～1％，Cu:0.01～1％，余量为Al和不可避免的杂质元素，其中，所述杂质元素包括总量小于0.1％的Fe。其中RE的组分为Ce和La中的一种或两种的组合。以纯铝锭、纯镁锭、Al‑Cu中间合金和Al‑RE中间合金为原料，所述铝合金的制备工艺为压力铸造，制备的合金在具有高韧性的同时能够保持较高的导热性能，适用于制备形状复杂的电子产品的压铸结构件。

A high toughness and heat conduction die casting aluminum alloy and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种高韧性高导热压铸铝合金及其制备方法
本专利技术涉及金属材料
，具体涉及一种高韧性高导热压铸铝合金及其制备方法。
技术介绍
压铸铝合金具有密度小、比强度高、导热性能好等优点，而被广泛应用于CPU散热器、相机壳体、手机中板及笔记本面板等电子产品中结构件的生产。然而，在电子产品的轻薄化、电子器件的集成度和功耗越来越高等趋势下，对压铸铝合金的性能提出了更高的要求。一方面，压铸铝合金应该具有较高的韧性，以生产复杂薄壁的结构件。另一方面，压铸铝合金应具有较高的导热性能，以尽快将电子产品内部的热量排出。但现有的铝合金，无法同时满足高韧性和高导热性能等电子产品结构件的综合性能要求。如专利文献CN104264017A公开了一种压铸铝合金材料，通过在共晶型铝硅合金中添加Co、Ti、B元素使合金的热导率达到190W/(m·K)，但是合金的延伸率小于4％，韧性较低,无法同时满足电子产品结构件高韧性与高导热的性能要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有压铸铝合金存在的不足，提供一种高韧性高导热压铸铝合金及其制备方法。本专利技术向纯Al中加入RE元素，RE元素能够在晶界吸附，产生晶粒细化的效果，能够同时提高合金的强度和韧性。此外，RE元素可与Al元素发生共晶反应生成含有Al11RE3相的网状分布的共晶组织，该网状分布的共晶组织可以阻碍α-Al初晶的生长，产生晶粒细化的效果，提高合金的强韧性；另一方面，共晶反应的产物Al11RE3能够产生第二相强化进一步提高合金的强度。虽然晶粒细化和共晶组织的生成能够提高合金的强度，但是也会增加合金中的界面面积，界面面积的增加会阻碍合金中自由电子的热传导，从而降低合金的导热性能，而共晶组织中Al11RE3相为硬脆相，在合金变形过程中产生应力集中而导致合金的断裂，降低合金的韧性。为进一步提高合金的强度以满足作为电子产品结构件的基本强度要求而不显著降低合金的韧性和导热性能，该专利技术向合金中引入Mg和Cu等与Al原子半径差较小的元素在产生固溶强化的同时减小对合金韧性和导热性能的损害。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：本专利技术提供了一种高韧性高导热压铸铝合金，包含按重量百分比计的如下元素：RE:3～7％，Mg:0.01～1％，Cu:0.01～1％，余量为Al和不可避免的杂质元素，其中，所述杂质元素包括总量小于0.1％的Fe。本专利技术通过在纯Al中添加RE元素，能够产生细晶强化作用，提高合金的强韧性，同时生成的Al11RE3金属间化合物能够产生第二相强化。此外，本专利技术向合金中引入Mg和Cu元素产生固溶强化，在提高合金强度的同时避免合金的韧性和导热性能的快速下降。优选地，所述合金包含按重量百分比计的如下元素：RE:4～6％，Mg:0.01～0.50％，Cu:0.01～0.50％，余量为Al和不可避免的杂质元素，其中，所述杂质元素包括总量小于0.1％的Fe。RE元素含量在4-6％时，其晶粒细化效果比较优异。RE含量大于4％时，Al11Ce3呈网状分布，对α-Al的细化效果更加的显著。当RE含量低于4％时，Al11Ce3在合金中呈离散分布，对α-Al的生长起不到抑制作用，细化效果不明显。当RE含量高于6％时，其晶粒细化效果的增益较小，继续提高RE含量，反而会降低合金的韧性。优选地，所述RE元素为Ce和La中的一种或两种的组合。La与Ce原子结构相近，因此对合金的性能具有相同的影响。Ce/La元素相对于其他RE元素的优势在于，Ce和La在起到强化作用的同时，由于Ce/La在基体中几乎没有固溶度，因此对Al合金导热性能的危害较小。而其他RE元素，由于能够固溶到Al基体中，会显著降低Al合金的导热性能。优选地，所述的Mg和Cu的总质量百分含量小于0.50％。本专利技术还提供了一种高韧性高导热压铸铝合金的制备方法，所述方法包括下述步骤：(1)以纯铝锭作为合金中Al元素的原料，以纯镁锭作为合金中Mg元素的原料，以Al-Cu中间合金作为合金中Cu元素的原料，以Al-RE中间合金作为合金中RE元素的原料，并按照各元素的配比称取各原料；(2)清洗纯铝锭、纯镁锭、Al-Cu中间合金和Al-RE中间合金，之后将各原料预热，预热温度为200～250℃；(3)将预热后的纯铝锭和Al-RE中间合金放入坩埚炉中，当炉内温度达到400℃时通入CO2气体对熔体进行保护，之后继续升温至730℃使得所有合金完全熔化；将金属熔液温度降至720℃，加入预热后的纯镁锭和Al-Cu中间合金中并保温；(4)将步骤(3)处理得到的金属熔液温度升至730℃，采用氮气作为载体将精炼剂吹入合金熔液中进行精炼，精炼除气完毕后，将温度降至720℃并静置15～20min，然后进行扒渣；(5)将步骤(4)处理后的金属溶液稳定至浇铸温度，在压铸机上采用模具压铸成型；(6)将步骤(5)制备的铸件，进行固溶处理。优选地，步骤(4)中所述精炼剂的质量为熔体质量的1.5～2.5％。优选地，步骤(5)所述的浇铸温度为700～720℃。优选地，步骤(5)中所述压铸机慢压射速度为0.20～0.25m/s，快压射速度为3～4m/s。本专利技术采用压射过程被分为了两段，这样的运动方式能够避免合金熔液中卷入过多气体。优选地，步骤(5)中所述压铸成型采用的铸造压力为70～100MPa。采用较高的铸造压力能够减少铸件内部微观缩松缩孔的数量，使得合金能够保持较好的韧性和导热性能。优选地，步骤(6)中所述的固溶处理温度为500～550℃，固溶处理时间为2～3h。本专利技术在较高温度下对合金进行固溶处理，确保Mg和Cu在合金中仅以固溶态存在，使合金保持较好的韧性。本专利技术的步骤(4)中采用氮气作为载体将精炼剂加入到合金溶液中，相比于直接将精炼剂加入到合金熔液，采用氮气作为载体能够使精炼剂与合金熔液接触更加充分，能够更好地除去合金熔液中的杂质元素。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：1.本专利技术制备的铝合金具有高韧性和高导热性能，延伸率10％以上，热导率大于180W/(m·K)。2.本专利技术通过对合金进行固溶处理确保Mg与Cu以固溶态存在，在提高合金强度的同时，避免了合金韧性的快速下降。3.本专利技术制备的铝合金能够同时满足电子产品结构件对高韧性、高导热性能压铸铝合金的性能要求。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。实施例120公斤Al-5Ce-0.45Mg-0.05Cu高韧性高导热压铸铝合金(即该铝合金的成分含量为：5wt.％Ce，0.45wt.％Mg，0.05wt.％Cu，其余为Al元素和不可避免杂质元素)及其制备方法。(1)备料：以纯铝锭作为合金中Al元素的原料，以纯镁锭作为合金中Mg元素的原本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高韧性高导热压铸铝合金，其特征在于：包含按重量百分比计的如下元素：RE:3～7％，Mg:0.01～1％，Cu:0.01～1％，余量为Al和不可避免的杂质元素，其中，所述杂质元素包括总量小于0.1％的Fe。/n

【技术特征摘要】
1.一种高韧性高导热压铸铝合金，其特征在于：包含按重量百分比计的如下元素：RE:3～7％，Mg:0.01～1％，Cu:0.01～1％，余量为Al和不可避免的杂质元素，其中，所述杂质元素包括总量小于0.1％的Fe。


2.根据权利要求书1所述的高韧性高导热压铸铝合金，其特征在于：所述合金包含按重量百分比计的如下元素：RE:4～6％，Mg:0.01～0.50％，Cu:0.01～0.50％，余量为Al和不可避免的杂质元素，其中，所述杂质元素包括总量小于0.1％的Fe。


3.根据权利要求书1或2所述的高韧性高导热压铸铝合金，其特征在于：所述RE元素为Ce和La中的一种或两种的组合。


4.根据权利要求书1或2高韧性高导热压铸铝合金，其特征在于：所述的Mg和Cu的总质量百分含量小于0.50％。


5.一种根据权利要求1-4任一项所述的高韧性高导热压铸铝合金的制备方法，其特征在于：所述方法包括下述步骤：
(1)以纯铝锭作为合金中Al元素的原料，以纯镁锭作为合金中Mg元素的原料，以Al-Cu中间合金作为合金中Cu元素的原料，以Al-RE中间合金作为合金中RE元素的原料，并按照各元素的配比称取各原料；
(2)清洗纯铝锭、纯镁锭、Al-Cu中间合金和Al-RE中间合金，之后将各原料预热，预热温度为200～250℃；
(3)将预热后的纯铝锭和Al-RE中间合金放入坩埚炉中，当...

【专利技术属性】
技术研发人员：李德江，权北北，曾小勤，应韬，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31