一种铝冷却板的复合铸造方法技术

本发明专利技术涉及一种铝冷却板的复合铸造方法，属于金属材料领域。该方法采用工业纯铝或铝合金管作为冷却液通道，将其固定在铸模型腔中后，在重力或压力条件下，将液态或半固态铝合金熔体充满铸模型腔并凝固，制成铝冷却板。本发明专利技术可解决铝合金嵌铸铝管时铝管熔化、变形造成铸件报废的问题，实现了铝冷却板近净成形，减少了后续加工工序对材料的消耗，提高了生产效率。由于铝管和铝冷却板基体均为铝材，消除了电化学腐蚀现象，并且铝冷却板可整体回炉或回收利用，减少材料的浪费，降低了生产成本。铸件总体密度与铝铸件相同，可以应用于航空、船舶等对零部件重量要求较严格的领域。

Composite casting method for aluminium cooling plate

The invention relates to a composite casting method of an aluminum cooling plate, belonging to the field of metal materials. This method adopts industrial pure aluminum or Aluminum Alloy tube as a cooling channel, which is fixed on the mold cavity after the gravity or pressure conditions, the liquid or semi-solid Aluminum Alloy melt fills the mold cavity and solidification, cooling plate made of aluminum. The invention can solve the Aluminum Alloy cast aluminum block when aluminum melting and casting deformation caused by the problem of abandonment, the aluminum cooling plate near net forming, the following process of material consumption reduction, improve production efficiency. The aluminum and aluminum cooling plate base are aluminum, eliminates the electrochemical corrosion phenomenon, and aluminum cooling plate can be recycled or overall recycling, reduce material waste, reduce the production cost. The overall density of castings is the same as that of aluminum castings. They can be applied to the areas of aviation, ships and other parts which require strict weight.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，属于金属材料领域，特别是涉及一种 移除电子器件、电子模块、集成电路板和电路、电子系统等所产生热量的带有冷却液通道的 铝冷却板的制造方法。
技术介绍
随着科技的发展，电子器件的应用越来越广泛，但是电子器件在工作时会产生大 量的热量，因此电子器件需要冷却散热，以免热量积累过多缩短其寿命，造成其无法工作或 失效。当前主要应用的冷却方式是液冷和风冷，但随着电子器件及模块的集成度越来越高， 单位面积(或体积)的发热量也越来越大，受风冷的冷却强度所限，应用液冷对电子器件等 进行冷却成为一种发展趋势。为杜绝冷却液直接接触电子器件所引起的腐蚀和电路短路问 题，液冷的方法大都采用设置有冷却液通道的冷却板，电子器件等通过物理连接固定在冷 却板上，冷却液在冷却板中的通道内循环流动，吸收从电子器件等传导给冷却板的热量，从 而达到为电子器件等降温的目的。冷却板一般由热传导性良好的金属材料制成，例如铜、铝或它们的合金。由于铝的 密度(2. 7g/cm3)约是铜密度(8. 9g/cm3)的30%，相对于铜冷却板，铝冷却板在对零部件重量 有限制的领域，例如航天、航空、车辆、船舶、便携设备等领域，具有更广泛的应用需求。铝冷却板内设置的冷却液通道根据尺寸大小、形状、导热性能等要求可以采用机 械加工、铸造等方法制造。形状简单的直通道常采用机械加工方法实现，长而弯曲、互相交 错的复杂通道则常采用铸造方法制造。机械加工法制造铝冷却板的具体过程一般为首先，在铝合金板上加工出一定截 面形状的槽并设置冷却液进口和出口，然后加工与槽相匹配的盖板，最后使用螺栓或焊接 的工艺将盖板与铝合金板连接，形成封闭的冷却液通道。该方法的缺点是流道密封可靠性 差、生产效率低、材料耗费大、生产成本高。铸造法制造铝冷却板又可细分为丝材型芯法，砂芯法、管材型芯法。丝材型芯法通常用钢丝作型芯，表面涂刷分型剂，最后将丝材从铸造铝冷却板中 抽出从而形成细孔通道。但是该方法仅适用于通道直径小(Φ 3mm以下)、形状简单的铝冷 却板，否则会导致铸造成形后丝材无法从铸件中拔出。砂芯法是用树脂砂、细沙或粘土砂做成型芯，铸造成形后将砂芯去除从而形成冷 却液通道。但该方法仅适用于直径稍大、长度较短、形状简单的冷却通道。管材型芯法是将金属管材弯制成所需的形状，然后将管材嵌铸在铝冷却板内，铸 造成形后采用化学腐蚀的方法去除管材型芯，形成冷却液通道。对于铝冷却板一般采用 铜管作为型芯，这是由于铜管塑性好易弯曲成形，熔点比铝高，浇铸过程中不会熔化且变形 小，铸造成形后可用硝酸腐蚀去除，且腐蚀液对铝起钝化作用不会腐蚀铝冷却板。该方法可 以制造通道形状复杂的铝冷却板。但是该方法采用硝酸腐蚀铜管过程效率低，且会产生大 量的有害气体，污染环境，腐蚀后的含铜酸液处理复杂，且铜管必须彻底去除，否则会和铝合金基体产生电化学腐蚀，同时，由于铜管被酸液溶解，铜材回收困难。因而，该方法总体生 产工艺复杂、流程长、污染大且生产成本高。针对管材型芯法的缺点，另一种铝冷却板制备方法是不腐蚀去除铝冷却板中嵌铸 的铜管而直接使用其作为冷却液的通道。但是，由于铜与铝之间的电化学腐蚀易造成在铝 冷却板在使用周期内失效。并且嵌铸的铜管造成铝冷却板的整体重量增加，较大程度上减 小了铝冷却板重量轻的优势。同时，由于铝冷却板中铜管的存在，也造成其难以回炉重熔及 回收再利用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有生产方法中生产效率低、材料耗费大、生产成本高的 问题，提出。采用在铝冷却板中嵌铸纯铝或铝合金管(以下统 称“铝管”)的方法，可制备有复杂形状流道的铝冷却板，该方法具有生产效率高、产品质量 好、材料利用率高、制造成本低等优点。，其特征在于包括铝管制备成形、铝合金熔炼及半 固态浆料制备和复合铸造成形三个步骤；首先将铝管制成所需形状并固定在铸模型腔中， 然后将熔炼好的铝合金维持在液态状态或制备成半固态状态，最后将液态或半固态铝合金 熔体浇入铸模型腔，使其在重力或压力条件下充满铸模型腔并凝固，制成铝冷却板。铝管的横截面形状可选择圆形、椭圆形或长方形等，以满足不同工况下的散热要 求。复杂形状的流道可以通过弯曲和焊接等工艺获得。在铸造成形的过程中，根据需要在 铝管中通入冷却气体或液体，并且半固态铝合金浆料具有较低的温度和凝固潜热，可以减 轻或消除铸造过程中铝管的熔化、变形现象。本专利技术可以实现铝冷却板的近净成形，可减少机加工工序对材料的消耗。铸造成 形后的铝管不用去除，提高了生产效率。因为铝管和铝冷却板基体主要成分均为铝，为同种 材料，也消除了电化学腐蚀现象。并且铝冷却板可整体回炉或回收利用，减少材料的浪费， 降低了生产成本。本专利技术整个工艺过程包括铝管制备成形，铝合金熔炼及半固态浆料制备，复合铸 造成形三个步骤，如附图1所示1)铝管制备成形铝管可选用IXXX系工业纯铝管，也可选用2XXX-7XXX系的铝合金管，IXXX和 2XXX-7XXX表示铝及铝合金拉(轧)制无缝管(GB/T 6893-2000 )或一般工业用铝及铝合金 挤压型材(GB/T 6892-2006)标准中提到的以1到7中任意数字为开头的铝及铝合金牌号。 纯铝管的优点是塑性好易于弯制成形，且熔点高，在后续的复合铸造成形过程中不易发生 变形或熔化，但是也存在强度低的不足。铝合金管具有强度高的优点，但是由于塑性稍低弯 制成形难度较高，且由于合金的固相线较纯铝低，在后续的复合铸造过程中发生变形或熔 化的倾向高。因此，可根据需求的不同选择纯铝或其他铝合金管作为嵌铸的冷却液通道。对于冷却液通道形状复杂且弯曲半径较小的铝冷却板，弯管前可先在铝管内灌注 低熔点合金(如伍德合金、铅等)或细砂，弯制成形后将低熔点合金或细砂去除即可。若要求 冷却液通道含有分支，可以采用焊接的方法，将多个铝管连接在一起。2)铝合金熔炼及半固态浆料制备铝冷却板的基体材料选用Al-Si、Al-Cu、Al-Mg和Al-Si系等铸造铝合金。熔炼后的铝 合金维持在液态状态或制备成半固态状态，准备复合铸造成形。对于液态铸造成形的铝合 金，控制其浇铸温度不高于液相线50°C。对于在半固态状态下复合铸造成型的铝合金，要求 其具有一定的半固态区间(合金液相线比固相线高40°C以上)，从而便于制备半固态浆料并 精确控制其固相率。可采用现有的机械搅拌、电磁搅拌等制浆工艺制备铝合金半固态浆料， 制成的半固态浆料特征为合金母液中均勻分布着一定体积分数的固相颗粒，呈固、液相共 存的状态，最终控制半固态铝合金浆料的固相率(fs)不高于40%。3)铝冷却板复合铸造成形将制备好的铝管固定在模具型腔中，然后在重力(如重力铸造)或压力(如压力铸造、低 压铸造等)条件下，将液态铝合金或半固态铝合金浆料充满型腔，铸件在重力或压力作用下 凝固成形，获得嵌铸铝冷却管的铝冷却板。工业纯铝管的熔点高，其壁厚较大时，在低过热度液态铸造(尤其是半固态铸造) 过程中其发生变形和熔化的倾向低，铸件凝固后铝管形态可得到保持，可获得质量良好的 铝冷却板成品。但对于壁厚较薄的纯铝管或铝合金管(固相线温度较低)，在复合铸造(尤其 是液态铸造)过程中，易受热变形或熔化。对此，可以根据需要，在整个铸造过程中在铝管内 通入冷却气体或液体对铝管进行冷却，以减轻或消除本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铝冷却板的复合铸造方法，其特征在于包括铝管制备成形、铝合金熔炼及半固态浆料制备和复合铸造成形三个步骤：首先将铝管制成所需形状并固定在铸模型腔中，然后将熔炼好的铝合金维持在液态状态或制备成半固态状态，最后将液态或半固态铝合金熔体浇入铸模型腔，使其在重力或压力条件下充满铸模型腔并凝固，制成铝冷却板。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：康永林，王朝辉，张帆，张军，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：11