一种高强度高导热压铸铝合金及其热处理方法技术

本发明专利技术涉及一种高强度高导热压铸铝合金及其热处理方法。该合金的化学成分按照重量百分比的组成如下：Si:10.5

【技术实现步骤摘要】
一种高强度高导热压铸铝合金及其热处理方法


[0001]本专利技术涉及铝合金材料及其制备方法，特别是一种高强度高导热压铸铝合金材料及其热处理方法。

技术介绍

[0002]铝合金具有密度小、强度高、导电和导热性好、容易成型加工等优点，已经被广泛应用于汽车、电子及通讯等领域。纯铝在室温下的热导率(约239W/(m.K))很高，很适用于作为散热材料。但纯铝的强度非常低，一般通过添加合金化元素提高其机械性能，但随着合金元素的增加，铝合金的热导率逐渐降低。随着汽车、电子、通讯等行业的快速发展，产品的高集成度化对材料力学性能以及散热提出了更高的要求。
[0003]压铸铝合金零部件由于生产效率高和集成度高等优点，在汽车、通讯和电子等领域得到应用广泛。但为了获得优良的压铸性能，适用压铸的铝合金通常加入了高含量的Si、Zn等合金化元素，导致合金的导热率偏低。而且，由于压铸零部件内部存在大量气孔和孔隙，采用固溶热处理容易发生气体溶解和孔隙膨胀，导致塑性明显下降；而采用直接时效(T5)对屈服强度的提升非常有限。因此，常用压铸铝合金的机械性能普遍偏低。例如，目前用量最大、用途最广泛的ADC12压铸铝硅合金的屈服强度低于150MPa，且导热率小于96W/(m.k)。
[0004]因此，研发同时具有室温高强度和高导热性能的铝合金材料及其制备方法具有重要的应用价值。

技术实现思路

[0005]为解决以上技术问题，本专利技术开发了一种高强度高导热压铸铝合金材料；同时，本专利技术提供了该压铸合金等温和非等温双步时效的热处理方法，合适的时效工艺可保证第二相粒子充分析出提高强度和导热性能，又不会引起组织内部气孔明显膨胀降低塑性，由此产生的合金具有高强度和高导热性能，特别适用于电动汽车散热器、5G基站壳体、手机中框等领域。
[0006]本专利技术完整的技术方案包括：
[0007]一种高强度高导热性压铸铝合金材料的热处理方法，所述铝合金的化学成分按照重量百分比的组成如下：
[0008]Si:10.5
‑
13.0；Fe:0.3
‑
0.9；Cu:0.35
‑
1.0；Mg:0.5
‑
1.2；Zn:0.1
‑
0.6；Ni:0.15
‑
0.5；Sm:0.1
‑
0.25:其余为Al和不可避免的杂质，其中Cu/Mg为0.5～1.0；
[0009]所述热处理方法包括如下步骤：
[0010](1)对所述的高强度高导热压铸态铝合金在温度T1进行等温时效处理；
[0011](2)对等温时效处理后的压铸铝合金在高于T1的温度下进行非等温时效处理，即以一定的升温速率V1至一定温度T2并随后以一定的降温速率V2冷却至室温。
[0012]步骤(1)所述的等温时效处理温度T1为50
‑
100℃，保温时间为2
‑
4h。
[0013]步骤(2)的升温速率V1小于20℃/min，温度T2为200
‑
300℃，降温速率V2小于20℃/min。
[0014]步骤(2)的升温速率V1为5～15℃/min，降温速率为5～10℃/min。
[0015]所述的压铸铝合金材料按重量百分比分别为：Si:11.8；Fe:0.5；Cu:0.45；Mg:0.66；Zn:0.28；Ni:0.15；Sm:0.15；其余为Al和不可避免的杂质。
[0016]所述压铸铝合金材料由电解铝、纯锌、纯镁以及Al
‑
Si、Al
‑
Fe、Al
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Cu和Al
‑
Sm中间合金熔炼和压铸而成。
[0017]利用热处理方法所得到的高强度高导热性压铸铝合金材料，所述压铸铝合金材料具有Al5Mg8Si6Cu2和Mg2Si强化相。
[0018]所述的压铸铝合金材料的抗拉强度不低于100MPa，屈服强度不低于260MPa，延伸率不低于2.1％，热导率不低于170W/(m.k)。
[0019]所述压铸铝合金材料在5G基站壳体、手机中框薄壁件、汽车散热结构组件以及家用电器散热器中的应用。
[0020]本专利技术相对于现有技术的优点在于：
[0021]1、本专利技术的材料中，通过Si、Fe、Cu、Mg、Zn、Ni、Sm元素的协同配合作用，一方面使合金具有优良的压铸性能，另一方面可以获得高强度和高导热性能，对各元素的组分设计如下：
[0022](1)通过控制主合金化元素Si含量，使其在10.5
‑
13.0％之间，保证合金具有良好的流动性，适合于5G基站壳体、手机中框等薄壁件的压铸制造。
[0023](2)控制Fe含量，使其高于0.3％以降低压铸合金的粘膜现象，并控制在0.9％以下，以避免过高Fe含量形成大量针状的富铁相，影响合金的塑性。
[0024](3)通过加入Cu、Mg在热处理过程中产生时效强化效果，并限定Cu/Mg为0.5～1.0，形成Al5Mg8Si6Cu2和Mg2Si强化相。并将Cu、Mg的含量控制在1.0％以下，该限定的Cu/Mg含量能够避免生成粗大的第二相，并起到良好的析出强化效果，以避免其降低导热性能，经过热热处理后，压铸合金可以获得高强度和高导热性能。
[0025](4)通过加入微量Zn以促进Al5Mg8Si6Cu2和Mg2Si强化相的析出，缩短热处理需要的时间，提高热处理态合金的强度。
[0026](5)通过加入微量Ni，在基本不影响导热性能的前提下，以改善富铁相对塑性的损害。
[0027](6)通过加入微量Sm，以降低Si元素在α
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Al中的溶解度，提高导热性能，同时可以细化枝晶组织，对Si相产生一定的变质作用，从而提高压铸合金的强塑性。
[0028]2、本专利技术采用了低温等温时效和更高温度的非等温时效相结合的时效处理工艺，一方面低温等温时效处理过程中可以形成大量弥散的亚稳相，促进高温下强化相的析出，缩短高温时效热处理的时间；另一方面，更高温度的连续升温和连续降温的非等温时效工艺可以保证强化相的充分析出，减小强化相的粗化，同时可以降低气孔膨胀和气体在基体上的溶解，使时效态压铸合金具有高强度和良好的塑性。
[0029]3、压铸合金通过成分设计与组织控制，并采用等温和非等温双步时效的热处理方法，进而保证第二相粒子充分析出提高强度和导热性能，又不会引起组织内部气孔明显膨胀降低塑性。
附图说明
[0030]图1为本专利技术压铸铝合金的热处理工艺曲线示意图。
[0031]图2为本专利技术压铸铝合金热处理前后的典型拉伸曲线。
具体实施方式
[0032]下面对照附图，通过对附图进行描述，对本专利技术的具体实施方式如所设计的各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本专利技术的专利技术构思、技术方案有更完整、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强度高导热性压铸铝合金材料的热处理方法，其特征在于：所述铝合金的化学成分按照重量百分比的组成如下：Si:10.5
‑
13.0；Fe:0.3
‑
0.9；Cu:0.35
‑
1.0；Mg:0.5
‑
1.2；Zn:0.1
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0.6；Ni:0.15
‑
0.5；Sm:0.1
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0.25:其余为Al和不可避免的杂质，其中Cu/Mg为0.5～1.0；所述热处理方法包括如下步骤：(1)对所述的高强度高导热压铸态铝合金在温度T1进行等温时效处理；(2)对等温时效处理后的压铸铝合金在高于T1的温度下进行非等温时效处理，即以一定的升温速率V1至一定温度T2并随后以一定的降温速率V2冷却至室温。2.根据权利要求1所述的一种高强度高导热性压铸铝合金材料的热处理方法，其特征在于：步骤(1)所述的等温时效处理温度T1为50
‑
100℃，保温时间为2
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4h。3.根据权利要求2所述的一种高强度高导热性压铸铝合金材料的热处理方法，其特征在于：步骤(2)的升温速率V1小于20℃/min，温度T2为200
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300℃，降温速率V2小于20℃/min。4.根据权利要求3所述的一种高强度高导热性压...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖文龙，荣建，廖海淼，陈明，徐静，刘非凡，
申请(专利权)人：东莞市青鸟金属材料有限公司，
类型：发明
国别省市：