一种高导热铝合金及其制备方法技术

本发明专利技术属于铝合金制备领域，特别涉及一种高导热铝合金及其制备方法，按质量百分比计，包括以下组分，Si 1.5

【技术实现步骤摘要】
一种高导热铝合金及其制备方法


[0001]本专利技术属于铝合金
，特别涉及一种高导热铝合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着5G通信时代的到来，电子产品和通信设备的芯片集成度提高，设备功率升高，发热量增加，设备单位体积的散热量也随之增加，这对材料的导热性能提出了更高的要求，以保证产品的使用寿命及工作的稳定性。纯铝具有良好的导热性能，其室温热导率约为237 W/(m
·
K)，在金属材料中，仅次于铜(385W/(m
·
K))。然而，纯铝强度太低，仅为69MPa，不能满足工业生产应用要求，需要通过合金化来提高纯铝的强度，但合金元素的加入会显著降低材料的导热性能。原因在于合金元素在Al基体中主要以固溶原子、生成中间相或析出强化相的形式来强化铝合金。而根据金属导热的微观机制分析，晶体中由于存在空位、位错等结构缺陷和析出相，会造成合金的晶格畸变，导致自由电子受到散射的几率增加，参与传热的有效电子数量减少，限制了传热电子的平均自由程，从而降低了合金的导热性能。
[0003]对于当前广泛应用于通讯散热器件生产的ENAC
‑
43400压铸合金，其Si含量为 9.5～11.0％，具有优异的铸造流动性能和良好的力学性能。但ENAC
‑
43400合金组织中存在大量的粗大板条状初晶硅和针片状共晶硅，严重割裂Al基体，显著降低材料的
[0004]性能，其热导率仅为130W/(m
·
K)，远不及纯铝导热率，这在一定程度上限制了Al
‑
Si合金的进一步发展应用。目前，Al
‑
Si合金压铸件在经过热处理后，可以满足导热性能要求，但热处理过程中不可控因素较多，易导致压铸件变形，且热处理过程成本较高。因此，如何解决好铝合金强化、导热性能、成本之间相互制约的问题，在保证铸造铝合金力学性能的前提下，大幅提高其导热性能，获得同时具备流动性好、脱模性好、制造成本低廉等特性的高导热压铸铝合金成了亟待解决的关键技术难题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种高导热铝合金及其制备方法，本专利技术将铝合金中的Si含量控制在2％左右，辅助添加少量的Mg、Sc作为微量强化元素，将稀土金属元素作为变质元素，获得了兼具优异的导热性能、优良的力学性能和铸造流动性能的低Si铸造合金，同时，Sc、Sr 微合金后合晶粒细化、晶界沉淀相弥散分布和晶界无析出相宽度变窄等微结构特征也有助于降低铝合金腐蚀敏感性。
[0006]本专利技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种高导热铝合金，按质量百分比计，包括以下组分，Si 1.5
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2.5％，Fe 0.35
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0.55％，Mg 0.05
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0.06％，Mn0.35
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0.6％， Sr0.006
‑
0.025％，稀土元素金属0.4
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0.6％，Sc 0.1
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0.15％，余量为Al。
[0007]本专利技术的进一步设置为：所述稀土元素金属为Er或Yb中的一种。
[0008]本专利技术的进一步设置为：还包括以下组分：石墨填料。
[0009]一种高导热铝合金的制备方法，包括以下制备步骤：
[0010]步骤一，熔炉升温至750
‑
760℃，投入原料熔化得到铝液，熔化为电磁搅拌熔化，通
过磁场穿透炉底对铝合金熔液实施搅拌，并经过除渣、在线除气、过滤等步骤；
[0011]步骤二，将一定质量的石墨填料加入到预压模具中，然后施加一定的压力使其形成预压块，然后将其模具和预压块加热到400
‑
500℃；
[0012]步骤三，将步骤一中的铝合金熔液快速浇注到步骤二中预热好的模具中，然后施加压力，使铝合金熔液能够填充到预压块的孔隙中，待冷却后脱膜，即得到高导热率铝合金。
[0013]本专利技术的进一步设置为：所述步骤三中的压力为100
‑
120MPa，保压时间为60
‑
120s。。
[0014]本专利技术的进一步设置为：所述石墨填料与所述铝合金熔液的质量比为0.3
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0.5：1。
[0015]本专利技术的进一步设置为：所述石墨填料为石墨片与硅颗粒的混合物。
[0016]本专利技术的进一步设置为：所述石墨片与所述硅颗粒的质量分数为2:0.5
‑
1。
[0017]本专利技术的进一步设置为：所述在线除气为炉内除气，所述炉内除气时调整熔炉温度至 730
‑
740℃，然后将压强为0.2
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0.3Mpa的惰性气体输入到铝液内部，其中除气时间为3
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5min，而且铝液顶部形成的气泡高度低于10cm。
[0018]本专利技术的有益效果是：
[0019]1、本专利技术将铝合金中的Si含量控制在2％左右，辅助添加少量的Mg、Sc作为微量强化元素，将稀土金属元素作为变质元素，获得了兼具优异的导热性能、优良的力学性能和铸造流动性能的低Si铸造合金，同时，Sc、Sr微合金后合晶粒细化、晶界沉淀相弥散分布和晶界无析出相宽度变窄等微结构特征也有助于降低铝合金腐蚀敏感性。
[0020]2、在本专利技术中，Sc的添加会降低铝合金的腐蚀电位，还能够改善铝合金的焊接性能。添加Sc的铝合金焊接后焊缝区域会形成Al3Sc相，当Sc含量高于共晶成分时，焊核区的晶粒能得到显著细化，形成细小的等轴晶粒，减小凝固时产生裂纹的倾向，提高焊缝的力学性能和腐蚀性能等，因此，Sc微合金化合金的焊接接头不仅具有高的强度，还具有较好的耐腐蚀性能和抗疲劳性能，但金属Sc的价格较高，因此本专利技术采用了其他价格较低的稀土金属来提替代添加金属Sc，比如Er或Yb，本专利技术在添加了稀土元素Er后，合金晶粒得到了不同程度的细化，且随着Er含量的增加，晶粒细化越明显。在合金凝固时，大部分Er聚集在固液界面的前沿，使得界面附近的Er含量很高，超过共晶点成分，因而从合金熔体中直接析出初生Al3Er粒子，由于Al3Er与Al基体的结构非常相似，错配度也较小，与Al基体有较好的界面共格特性，而且在合金凝固时优先析出，使得Al3Er粒子能成为很好的非均质形核核心，从而对合金的晶粒细化产生强烈的作用。另外，Er的添加还能抑制再结晶，从而提高合金的热稳定性，此外，在热处理过程中，合金中析出细小弥散的Al3Er相，会产生弥散强化、第二相强化和亚结构强化等，显著提高合金的力学性能。
[0021]3、本专利技术在铝合金中加入Er或Yb后，合金的组织得到了显著的细化Er或Yb还对合金中的共晶Si、Al
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Fe
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Si相，Al
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Si相形貌有了显著的改变，使其针片状的形貌改变为短棒状，尖锐的棱角变得较为圆滑，晶界处的化合物分布均匀，这些都降低了原合金中针片状化合物对基体的割裂作用，因此较大幅度地提本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高导热铝合金，其特征在于：按质量百分比计，包括以下组分，Si 1.5
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2.5％，Fe0.35
‑
0.55％，Mg 0.05
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0.06％，Mn0.35
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0.6％，Sr0.006
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0.025％，稀土元素金属0.4
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0.6％，Sc0.1
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0.15％，余量为Al。2.根据权利要求1所述的一种高导热铝合金，其特征在于：所述稀土元素金属为Er或Yb中的一种。3.根据权利要求1所述的一种高导热铝合金，其特征在于：还包括以下组分：石墨填料。4.根据权利要求1所述的一种高导热铝合金的制备方法，其特征在于：包括以下制备步骤：步骤一，熔炉升温至750
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760℃，投入原料熔化得到铝液，熔化为电磁搅拌熔化，通过磁场穿透炉底对铝合金熔液实施搅拌，并经过除渣、在线除气、过滤等步骤；步骤二，将一定质量的石墨填料加入到预压模具中，然后施加一定的压力使其形成预压块，然后将其模具和预压块加热到400
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500℃；步骤三，将步骤一中的铝合...

【专利技术属性】
技术研发人员：王进，黎柏康，章晶林，刘骏，江姝，黄俊峰，高国翔，
申请(专利权)人：湖北新金洋资源股份公司，
类型：发明
国别省市：