一种用于铲齿散热器的铝型材及其挤压方法技术

一种用于铲齿散热器的铝型材及其挤压方法，铝型材由以下质量百分比的成分组成：Si 0.1

【技术实现步骤摘要】
一种用于铲齿散热器的铝型材及其挤压方法


[0001]本专利技术属于铝型材挤压
，具体是涉及一种用于铲齿散热器的铝型材及其挤压方法。

技术介绍

[0002]铝合金散热器具有质轻、美观、耐腐蚀、导热性好等优点，广泛应用于电力、电子电器、计算机、通讯、汽车、机械设备等领域。随着5G通讯、新能源汽车、光伏发电、风力发电等新基建、新能源产业的发展，设备功率越来越大，输变电装置越来越小，电路集成度越来越高，对散热器的散热能力也要求越来越高。
[0003]传统铝合金散热器主要采用铝合金直接挤压成型，又称为挤压散热器或者铝型材散热器。挤压散热器对模具要求较高，散热器的齿片不能太薄、太密，齿倍数不能太大，否者很难生产，即便能生产，模具寿命也很短。因而，挤压散热器的齿片密度和齿倍数都受到很大的限制，其散热能力也很难再提高。
[0004]铲齿散热器是将铝合金先挤压成特定形状的铝型材，然后通过铲齿机将铝型材铲出齿片，最后得到散热器。与挤压散热器相比，铲齿散热器可生产出超高齿倍数、高齿片密度的铝合金散热器，齿倍数可达到20以上，齿间距可小至1毫米，齿片厚度可薄至0.5毫米，可使相同接触面积的铲齿散热器的散热能力提高50%以上。
[0005]铲齿散热器对铝型材要求很高，要求铝型材具有优异的导热性能，内部组织和硬度分布均匀，否者会导致铲齿时齿片弯曲变形、齿间距不均、齿高不平等问题。但现有技术挤压生产的铝型材仍然存在导热性能偏低、内部组织和硬度分布不均匀的问题，导致铝型材的合格率低。因此，现有铲齿散热器用铝型材及其挤压方法仍有待改进和发展。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于针对上述存在问题和不足，提供一种用于铲齿散热器的铝型材及其挤压方法，通过深度净化铝合金液，提高铝型材的导热性能，通过消除铝型材表层的粗晶层，提高铝型材横截面上组织和硬度的分布均匀性，提高铝型材的合格率，铝型材用于铲齿散热器，散热器的齿片平直，齿间距均匀，齿高一致，具有优异的导热散热效果。
[0007]本专利技术的技术方案是这样实现的：本专利技术第一方面是提供了一种用于铲齿散热器的铝型材，其特点是，所述铝型材包含如下质量百分比的成分：Si 0.1
‑
0.2%，Fe 0.1
‑
0.2%，Ti 0.01
‑
0.02%，B 0.002
‑
0.004%，RE 0.05
‑
0.1%，其余为Al和不可避免的杂质元素，杂质元素单个含量≤0.05%，杂质元素总量≤0.15%。
[0008]Si和Fe的主要作用是增强铝型材的硬度。铲齿散热器要求铝型材的硬度既不能太低，也不能太高。纯铝的硬度很低，无法满足铲齿散热器的要求。纯铝中含有适量的Si和Fe，Si和Fe可以通过固溶强化和弥散强化增强铝型材的硬度。Si和Fe的含量太低，铝型材的硬度会不足，Si和Fe的含量太高，铝型材的硬度会过高，都无法满足铲齿散热器对铝型材的硬
度要求。另外，Si和Fe的含量过高也会降低铝型材的导热性能，最终会降低散热器的散热能力。
[0009]Ti和B的主要作用是细化铝合金铸棒的晶粒，提高铝棒的组织成分均匀性。在半连续铸造过程中，由于铝合金液的非平衡凝固，会导致铝棒内部形成粗大的枝晶晶粒和成分偏析，最终导致铝型材的成分和硬度分布不均匀。因此，在半连续铸造前，需要在铝合金液中添加适量的铝钛硼或者铝钛碳合金晶粒细化剂来细化铝棒的晶粒，改善铝棒的组织成分均匀性。Ti和B的含量太低，晶粒细化效果不明显。Ti和B的含量也不用太高，否则会增加生产成本。因此，本专利技术中设置Ti的质量百分比为0.01
‑
0.02%，B的质量百分比为0.002
‑
0.004%。
[0010]进一步地，所述铝型材还含有0.05
‑
0.1%的混合稀土RE，所述混合稀土RE是以La、Ce为主的混合稀土，由以下质量百分比的成分组成：La 49.81%，Ce 46.73%，Nd 1.06%，Yb 0.81%，Pr 0.63%，Sm 0.39%，Gd 0.31%，Er 0.26%。
[0011]混合稀土RE的主要作用是深度净化铝合金液。稀土元素可与铝合金液中的杂质金属和非金属元素形成稳定的稀土化合物，在铝合金液凝固过程偏析在铝晶粒的晶界，消除杂质金属和非金属元素对铝型材导热能力的损害，提高铝型材的导热性能。混合稀土RE的添加量低于0.05%，深度净化铝合金液的效果不明显。混合稀土RE的添加量也不能太高，否则还会降低铝型材的导热性能。另外，现有技术主要添加纯稀土来提高铝合金的导热性能，但纯稀土的价格较贵，会增加铝型材的生产成本。专利技术人通过大量实验研究发现，添加以La、Ce为主的混合稀土，其深度净化铝合金液的作用比添加纯La、Ce稀土的作用更好，而且混合稀土的价格较为便宜，有利于降低铝型材的生产成本。
[0012]进一步地，所述铝型材还含有Mn、Cr、Zr中两种或三种元素，所述Mn的质量百分比为0.05
‑
0.15%，Cr的质量百分比为0.05
‑
0.15%，Zr的质量百分比为0.05
‑
0.1%。
[0013]Mn、Cr、Zr的主要作用是提高铝合金的再结晶温度，抑制再结晶晶粒的长大。专利技术人通过大量实验研究发现，挤压过程中铝合金发生再结晶晶粒的长大，在铝型材四周形成粗晶层是导致铝型材横截面上组织和硬度分布不均匀的主要原因。在铝合金中添加适量的Mn、Cr、Zr，可形成MnAl6、(FeMn)Al6、CrAl7、(CrFe)Al7、(CrMn)Al
12
、Al3Zr等粒子，这些粒子能阻碍铝基体内位错的运动和晶界的迁移，提高铝合金的再结晶温度，抑制再结晶晶粒的长大，因而可以防止高温高速挤压时铝型材四周产生粗晶层导致组织硬度不均匀。实验研究还表明，添加Zr的作用比添加Mn、Cr的作用更好，但Zr比Mn、Cr的贵。另外，复合添加两种或三种元素的作用比单独添加某一种元素的作用更好。当复合添加两种或三种元素时，Mn、Cr、Zr的质量百分比之和不小于0.15%、不大于0.25%，即0.15%≤Mn+Cr+Zr≤0.25%。复合添加量低于0.15%，其作用不明显。复合添加量超过0.25%，容易产生粗大的金属间化合物，也恶化铝型材的力学性能和导热性能。
[0014]本专利技术第二方面是提供了所述用于铲齿散热器的铝型材的挤压方法，依次包括如下步骤：（1）按铝型材的成分组成及质量百分比选择铝源、硅源、铁源、锰源、铬源、锆源和混合稀土RE作为原材料进行配料；（2）将原材料加入到熔铝炉中加热熔化成铝合金液；（3）用惰性气体和铝合金精炼剂对熔铝炉内的铝合金液进行喷吹精炼除气除杂，
扒渣后再静置一段时间；（4）将铝合金液导入流槽，然后加入晶粒细化剂进行在线晶粒细化处理；（5）将铝合金液依次流过设置在流槽上的除气机和泡沫陶瓷过滤板进行在线除气过滤处理；（6）将铝合金液半连续铸造成铝合金圆棒；（7）将铝合金圆棒加热本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于铲齿散热器的铝型材，其特征在于，所述铝型材包含如下质量百分比的成分：Si 0.1
‑
0.2%，Fe 0.1
‑
0.2%，Ti 0.01
‑
0.02%，B 0.002
‑
0.004%，RE 0.05
‑
0.1%，其余为Al和不可避免的杂质元素，杂质元素单个含量≤0.05%，杂质元素总量≤0.15%。2.根据权利要求1所述用于铲齿散热器的铝型材，其特征在于，所述RE是以La、Ce为主的混合稀土，由以下质量百分比的成分组成：La 49.81%，Ce 46.73%，Nd 1.06%，Yb 0.81%，Pr 0.63%，Sm 0.39%，Gd 0.31%，Er 0.26%。3.根据权利要求1所述用于铲齿散热器的铝型材，其特征在于，所述铝型材还含有Mn、Cr、Zr中两种或三种元素，所述Mn的质量百分比为0.05
‑
0.15%，Cr的质量百分比为0.05
‑
0.15%，Zr的质量百分比为0.05
‑
0.1%，Mn、Cr、Zr的质量百分比之和满足：0.15%≤Mn+Cr+Zr≤0.25%。4.一种用于铲齿散热器的铝型材的挤压方法，该方法用于挤压制备如权利要求1
‑
3所述用于铲齿散热器的铝型材，其特征在于，依次包括以下步骤：（1）按铝型材的成分组成及质量百分比，选择铝锭、铝硅合金、铝铁合金、混合稀土RE、铝锰合金、铝铬合金、铝锆合金作为原材料进行配料；（2）将原材料加入到带永磁搅拌功能的蓄热式燃气熔铝炉中在720
‑
760℃加热熔化成铝合金液；（3）用惰性气体和铝合金精炼剂对熔铝炉内的铝合金液进行喷吹精炼除气除杂，扒渣后再静置一段时间；（4）将铝合金液导入流槽，然后加入晶粒细化剂进行在线晶粒细化处理；（5）将铝合金液依次流过设置在流槽上的除气机和泡沫陶瓷过滤板进行在线除气过滤处理；（6）将铝合金液半连续铸造成铝合金圆棒；（7）将铝合金圆棒加热后挤压成铝型材；（8）将铝型材拉伸矫直后得到所述用于铲齿散热器的铝型材。5.根据权利要求4所述用于铲齿散热器的铝型材的挤压方法，其特征在于，所述步骤（3）中惰性气体为纯度≥99.9%的氩气，铝合金精炼剂的用量占原材料总重量的0.2
‑
0.3%，喷吹精炼时间为15
‑...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛艳萍，陆向科，王睿，石常亮，郭鲤，
申请(专利权)人：广东领胜新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：