CN106319296A - 一种铝合金及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及铝合金领域，公开了一种铝合金及其制备方法和应用，本发明的铝合金，以重量百分比计，该铝合金含有4-7％的Si，1-4％的Mg，0.2-0.8％的Cr，0.2-0.7％的Fe，0.1-0.4％的Ti和/或Er，0.3％以下的杂质，以及86.8-94.5％的铝。通过上述配比，本发明的铝合金具备良好铸造性能，优异力学性能，同时还具备高导热率。

Description

一种铝合金及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种铝合金及其制备方法和应用。
背景技术
压铸铝合金广泛应用于通讯、家电、五金、电动工具、玩具、门饰等领域，随着现在行业特别是电子行业中对集成电路的散热问题的研究的深入、汽车及家电行业中对发热盘、散热器等要求的提高，以及近年来PC等电子电器产品趋向高速化、小型化，目前所用材料已经难以满足产品的实际使用要求，研发高强导热的压铸铝合金材料成为一种发展趋势。
纯铝的导热性能很好，强度很低，往往通过添加大量增强元素，如硅、镁、铜、锌等以获得较好的强度和流动性，然而大量元素的添加降低了合金的导热性能，目前最常用的压铸铝合金为ADC12，其在铸态下热导率约为96W/(m·k)，屈服强度在170MPa，专利CN104264017A提到成分为AlSi10.5Co0.1Fe0.2B0.01Ti0.05的压铸铝合金，热导率可达160W/(m·k)，可屈服强度不到100MPa。总之，压铸铝合金强度及热导率与铝镁硅系变形铝合金还有一定差距。因此提升铸造铝合金的强度及热导率，实现加工成本较低的压铸工艺代替加工成本加工的挤压成型工艺，获得强度好，导热性能好，成本低廉的铝合金铸件越来越为行业所需要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具备良好铸造性能，优异力学性能，同时还具备高导热率的铝合金。
为了实现上述目的，根据本发明的第一个方面，本发明提供了一种铝合金，其中，以重量百分比计，该铝合金含有4-7％的Si，1-4％的Mg，0.2-0.8％的Cr，0.2-0.7％的Fe，0.1-0.4％的Ti和/或Er，以及86.8-94.5％的铝。
优选地，以重量百分比计，该铝合金含有5-6％的Si；1-3％的Mg；0.3-0.5％的Cr；0.2-0.5％的Fe；0.2-0.3％的Ti和/或Er，以及89.4-93.3％的铝。
根据本发明的第二个方面，本发明提供了一种铝合金的制备方法，该方法包括将铝合金原料进行熔炼，冷却后得到铝合金，其中，所述铝合金原料的组成使得得到的铝合金为本发明提供的铝合金。
根据本发明的第三个方面，本发明提供了所述铝合金作为导热结构材料的应用。
本发明的发明人通过大量的实验尝试，得出了一组合理的铝合金元素配比，该配比的铝合金能达到了200Mpa以上的屈服强度和120W/(m·k)以上的热导率。其中，镁硅在其中起主要强化作用；铁的添加主要方便铝合金成型脱模；铬的添加中和了过剩硅的晶界的偏聚析出，增加了合金塑性，同时减少了硅在铝中的固熔度，增加了合金的流动性，减少杂质气孔的产生，从而改善了合金的导热性能；钛的添加主要是细化晶粒，改善杂质在合金中的分布形态，从而提升强度和热导率。
本发明提供的铝合金适于作为对导热性能要求较高的结构材料，特别是作为电子产品的结构件。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明提供了一种铝合金，其中，以重量百分比计，该铝合金含有4-7％的Si，1-4％的Mg，0.2-0.8％的Cr，0.2-0.7％的Fe，0.1-0.4％的Ti和/或Er，以及86.8-94.5％的铝。
从进一步提升得到的铝合金的强度和热导率来考虑，优选地，以重量百分比计，该铝合金含有5-6％的Si；1-3％的Mg；0.3-0.5％的Cr；0.2-0.5％的Fe；0.2-0.3％的Ti和/或Er，以及89.4-93.3％的铝。
在本发明中，以重量百分比计，本发明的铝合金还含有不足0.3％的杂质。
在本发明中，所述杂质为铝合金制备过程中不可避免的杂质。通常该杂质是指：在铝合金中，以重量百分比计，含量少于0.05％的元素；优选地，在本发明所提供的铝合金中，以重量百分比计，所述杂质总含量量小于0.3％。
作为保护在本发明所提供的铝合金中的杂质例如可以为Ni等金属元素。
在本发明中，可以采用常用的各种方法来制备本发明的铝合金。具体地，可以将铝合金原料先后进行熔炼和铸造，其中，所述铝合金原料的组成使得得到的铝合金为本发明的铝合金。
根据预期的铝合金组成来确定铝合金原料的组成的方法是本领域所公知的，本文不再详述。
本发明提供的铝合金不仅具有良好铸造性能，屈服强度能够达到200MPa以上，优选在200-220MPa之间，拉伸强度能够达到265MPa以上，优选在265-325MPa之间，延伸率能够达到1.8％以上，优选在1.8-2.9％之间；而且具有优异的导热性能，热导率能够达到120W/(m·K)以上，优选在123-140W/(m·K)之间。
本发明的铝合金特别适于作为导热结构材料，如各种电子产品的结构件。
以下结合实施例详细说明本发明，但不因此限定本发明的范围。
以下实施例和对比例中所有样品均按照GBT 228.1-2010，采用型号为CMT5105的电子万能试验机(购于深圳市世纪天源仪器有限公司)进行拉伸性能(屈服强度、拉伸强度以及延伸率)测试，其中，标距为50mm，加载速率为1mm/min。另外，采用型号为LFA-447的导热系数测试仪(德国耐驰)进行热导率测试，在温度23℃、湿度65％RH下进行测试。
实施例1-7用于说明本发明
实施例1
按照表1的组成配制铝合金原料。将铝合金原料熔炼铸锭，得到的铸锭在160T冷式压铸机上进行金属型铸造，从而得到本发明的铝合金的压铸体。其中，熔汤温度为690℃，压射速度为2m/s，模具温度为200℃，铸件为尺寸1.5mm×12.5mm×80mm的铝合金拉伸测试样件及直径12.7×3mm的热导率试样件。
测定制备的铝合金的屈服强度、拉伸强度、延伸率以及热导率，结果在表2中列出。
实施例2-7
采用与实施例1相同的方法制备铝合金的压铸体，不同的是，按照表1的组成配制铝合金原料。
测定制备的铝合金的屈服强度、拉伸强度、延伸率以及热导率，结果在表2中列出。
对比例1-3
采用与实施例1相同的方法制备铝合金的压铸体，不同的是，按照表1的组成配制铝合金原料。
测定制备的铝合金的屈服强度、拉伸强度、延伸率以及热导率，结果在表2中列出。
表1
Si Mg Cr Fe Ti Er Cu Zn
实施例1 5 1.5 0.4 0.3 0.2 \ \ \
实施例2 6 3 0.5 0.5 \ 0.3 \ \
实施例3 5.5 2 0.3 0.2 0.3 \ \ \
实施例4 7 1 0.6 0.6 \ 0.2 \ \
实施例5 4 1 0.2 0.2 0.1
实施例6 7 4 0.8 0.7 0.4
实施例7 5 1.5 0.4 0.3 0.2 0.1
对比例1 10.5 0.2 \ 0.8 \ \ 1.6 \
对比例2 8 5 0.5 0.5 0.5 \ \ \
对比例3 5 1.5 0.4 0.3 0.6 \ 0.6 0.1
注：表1中各配比均以重量百分比计，另外，余量为铝及不可避免的杂质，其中，单个杂质元素重量小于0.05重量％；杂质元素总重量小于0.3重量％。
表2
屈服强度(Mpa) 拉伸强度(Mpa) 延伸率(％) 热导率(W/(m·k))
实施例1 210 320 2.73 140
实施例2 203 298 2.68 129
实施例3 207 311 2.49 132
实施例4 201 275 1.9 123
实施例5 200 266 2.9 144
实施例6 220 324 1.8 120
实施例7 213 320 2.7 139
对比例1 165 268 3.6 96
对比例2 202 267 1.37 100
对比例3 207 259 1.78 103
从表2可以看出，对比例1为最常见的压铸铝合金ADC12的力学性能和导热性能，在压铸条件下塑性较好，延伸率大于3％，屈服强度偏低，仅有165MPa，热导率表现一般，低于100W/(m·k)；而本发明的压铸铝合金其强度性能有明显提升，屈服强度达到200Mpa以上。抗拉强度达到265Mpa以上，而延伸率保持在1.8％以上，能满足大部分压铸产品对塑性的要求，同时热导率也在120W/(m·k)以上，对比ADC12有了较大幅度的提升。对比例2体现了如果硅镁过高，易偏聚在晶界形成脆性相，同时干扰电子的传热效果，导致塑性下降明显，热导率也下降较多。对比例3在合金中添加了铜锌，屈服强度达到207MPa，但是塑性下降，热导率下降，铜锌在铝中的固熔度大，引起铝基体的晶格畸变，降低了合金的导热性，同时铜锌的添加明显的降低了合金的耐蚀性能。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (7)

1.一种铝合金，其特征在于，以重量百分比计，该铝合金含有4-7%的Si，1-4%的Mg，0.2-0.8%的Cr，0.2-0.7%的Fe，0.1-0.4%的Ti和/或Er，以及86.8-94.5%的铝。
2.根据权利要求1所述的铝合金，其中，以重量百分比计，该铝合金含有5-6%的Si；1-3%的Mg；0.3-0.5%的Cr；0.2-0.5%的Fe；0.2-0.3%的Ti和/或Er，以及89.4-93.3%的铝。
3.根据权利要求1或2所述的铝合金，其中，以重量百分比计，该铝合金还含有不足0.3%的杂质。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的铝合金，其中，所述铝合金的屈服强度为200MPa以上，拉伸强度为265MPa以上，延伸率为1.8%以上。
5.根据权利要求4所述的铝合金，其中，所述铝合金的热导率为120W/(m·K)以上。
6.一种铝合金的制备方法，该方法包括将铝合金原料进行熔炼，冷却后得到铝合金，其中，所述铝合金原料的组成使得得到的铝合金为权利要求1-5中任意一项所述的铝合金。
7.权利要求1-5中任意一项所述的铝合金作为导热结构材料的应用。
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