CN109396380B - 一种半固态压铸制备高导热烤盘的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种半固态压铸制备高导热烤盘的方法，包括将铝合金铸锭加入熔炼炉中熔炼，控制熔炼温度为740‑760℃；将Al‑5B合金加入熔炼炉中，控制温度为740‑760℃，保温0.5‑1h；将Al‑10Sr合金加入熔炼炉中，控制温度为740‑760℃，保温0.5‑1h，得到铝合金熔液；对铝合金液进行精炼、除气、除渣；采用电磁搅拌对除渣后的铝合金液进行高速搅拌，搅拌时降温至620‑640℃，搅拌时间为30‑40min，搅拌速度为250‑500rpm，获得半固态的压铸液；将压铸液转移至高压液压压铸机，通过烤盘模具压铸出铝合金烤盘毛坯；铝合金烤盘毛坯抛光后，进行涂层，得到高导热烤盘成品。通过本发明的方法制备获得的烤盘制作方法简单，导热效果好，适合在烘焙领域推广使用。

Description

一种半固态压铸制备高导热烤盘的方法
技术领域
本发明涉及用于烤箱的烤盘制作工艺，具体涉及一种半固态压铸制备高导热烤盘的方法。
背景技术
烤箱现在成为了家庭中不可或缺的家用电器，烤箱烤制的餐品味道香醇可口。烤箱的烤盘有多种材料，较为常见的有不锈钢制烤盘、铝制烤盘、玻璃烤盘、其他合金烤盘等等，其中钢制烤盘的导热效果最差，导致烘焙过程中容易受热不均匀，而铝合金的烤盘成为了最佳的选择。在铝合金的制造领域，压铸是目前最主要的铸造工艺，其生产效率高，材料利用率高，适合大规模工业化生产。为了保证压铸时的流动性能，通常会在铝合金中添加约10%的硅，例如我国国产代号YL113的铝合金，通常含有9.5-11.5％硅，由于该合金的晶格发生畸变，对自由电子的运动产生较大的阻力，从而也导致这种铝合金的导热性能不高，一般导热系数仅有100W/(m·K)左右。
因此，制造高导热率的烤盘对于烘焙领域来说显得尤为迫切。现有技术中已有通过改变硅相来改变导热率的报道，通过添加0.02%的硼和0.03%的锶发生复合变质，处理铝硅合金，Si相由层片状转变为纤维状，经350℃四小时退火处理，使得合金的导热系数提高至约179W/(m·K)，但是以上研究仅以铝合金ENAB-44200为原料，当采用超高铜含量的铝合金时，由于后者之间的含铜量远远高于ENAB-44200，在以上条件下压铸获得的成品容易发生铜的析出。
因此，有必要研发一种制作方便，导热效率高的铝合金烤盘的制备方法。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提供一种制作方便，导热率高，适合高硬度2A16铝合金、2A17铝合金、2A20铝合金等来压铸烤盘的制备方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种半固态压铸制备高导热烤盘的方法，包括：
a. 将铝合金铸锭加入熔炼炉中熔炼，控制熔炼温度为740-760℃；
b．将Al-5B合金加入熔炼炉中，控制温度为740-760℃，保温0.5-1h；
c．将Al-10Sr合金加入熔炼炉中，控制温度为740-760℃，保温0.5-1h，得到铝合金熔液；
d．对铝合金液进行精炼、除气、除渣；
e. 采用电磁搅拌对除渣后的铝合金液进行高速搅拌，搅拌时降温至620-640℃，搅拌时间为30-40min，搅拌速度为250-500rpm，获得半固态的压铸液；
f．将压铸液转移至高压液压压铸机，通过烤盘模具压铸出铝合金烤盘毛坯；
g. 铝合金烤盘毛坯抛光后，进行涂层，得到高导热烤盘成品；
其中，Sr元素的加入量占总合金加入量的0.03-0.05wt%，B元素加入量占总合金加入量的0.03-0.05 wt%，所述铝合金铸锭选自2A16铝合金、2A17铝合金、2A20铝合金中的一种或多种，所述压铸过程中的压力为200-250MPa，保压时间为5-10秒。
据信，熔体过冷时对结晶核的大小会产生影响，通对克劳修斯-克拉贝龙方程分析可知，当对铸态熔体的压力升高时，结晶的温度也越高，相应的晶核的大小也越小。
铜的加入可使得铝合金的强度和硬度增加，温度高于125℃时，2系列合金的强度仍远高于7系列合金，特别适合在烤箱这种高温环境下应用。典型的高铜含量合金有2A16铝合金、2A17铝合金和2A20铝合金。
但对于铜含量较高的2A16、2A17或者2A20合金来说，铜更容易析出而导致铝相的不均一，对导热系数也会产生负面影响。
半固态压铸和传统压铸的区别在于，熔融浆液填充至模具时，使用的是半固态浆料，在模具之外已经开始凝固，并在模具内完全凝固。从液态金属到固态金属过程中进行强烈搅拌，可以使得本来易于形成树状晶格的骨架被打碎，而保留更加易于分散的的颗粒状组织形态，理论上可采用以上方法来避免铜晶的集聚和析出，解决因铜的析出而导致的铸面不平整以及传热效率降低的问题。
在本发明一个优选的实施方案中，采用的原料为高铜含量铝合金，成品中Cu元素占总合金的5.8-7.0wt%，优选6-6.8wt%。
通过本发明所述方法制备得到的铝合金高导热烤盘的导热系数大于170W/(m·K)。
在本发明一个优选的实施方案中，所述涂层选自聚四氟乙烯涂层或者麦饭石涂层。聚四氟乙烯涂层是较为常见的不沾涂层，已经广泛在烤盘中应用。麦饭石涂层为最新流行的涂层，以上两种涂层可避免食品与铝合金本体直接接触，使用更加安全。
在本发明一个优选的实施方案中，所述步骤f中，烤盘模具加热并保温在150-170℃后再进行压铸。
本发明的另一个发明目的在于，提供一种具有高导热效果的烤盘。所述烤盘通过以上方法制备获得。作为优选，烤盘厚度为1-2mm。
本发明解决了背景技术中存在的缺陷，本发明的有益效果如下：
1、本发明的制备方法压铸的铝合金烤盘具有较高的导热率，焙烤食品时传热均匀，不容易导致烤糊烤焦，满足烘焙新手、控温效果差的烤箱使用。
2、本发明的压铸方法中选择了高压压铸配合半固态压铸，使得对于铜含量高的铝合金在保证高导热系数的同时，也能保证铸造铸件平整、无气泡。由于在高速搅拌的状态下，使得晶核更小，因此，可以避免超高压的使用，降低企业的生产和维护成本，对设备器械的要求也降低。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是实施例编号5的样品的微观结构图；
图2是实施例编号5的样品的金相分析图。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。
实施例
本发明优选的实施方式中，半固态压铸制备高导热烤盘的方法，包括：
a. 将铝合金铸锭加入熔炼炉中熔炼，控制熔炼温度为740-760℃；
b．将Al-5B合金加入熔炼炉中，控制温度为740-760℃，保温0.5-1h；
c．将Al-10Sr合金加入熔炼炉中，控制温度为740-760℃，保温0.5-1h，得到铝合金熔液；
d．对铝合金液进行精炼、除气、除渣；
e. 采用电磁搅拌对除渣后的铝合金液进行高速搅拌，搅拌时降温至620-640℃，搅拌时间为30-40min，搅拌速度为250-500rpm，获得半固态的压铸液；
f．将压铸液转移至高压液压压铸机，通过烤盘模具压铸出铝合金烤盘毛坯；
g. 铝合金烤盘毛坯抛光后，进行涂层，得到高导热烤盘成品。
所用铝锭原料和工艺条件如下表1所示。
表1
编号 铸锭原料 Sr（wt%） B（wt%） 压力(MPa) 压铸方式
1 2A16 0 0.03 200 半固态压铸
2 2A16 0.03 0 200 半固态压铸
3 2A16 0.03 0.03 200 半固态压铸
4 2A17 0.05 0.05 125 半固态压铸
5 2A20 0.03 0.03 250 半固态压铸
6 2A20 0.03 0.03 200 液态压铸
其中，编号1-5的样品为采用上述半固态压铸制备，编号为6的样品采用液态压铸制备，其余条件同编号1-5的样品。
在涂层之前对编号1-6的样品进行取样测试，截取样品中心处测试对比，采用C-THERM TCI导热系数测试仪进行测量。
导热系数测试结果如表2所示。
表2
编号 1 2 3 4 5 6
导热系数W/(m·K) 129.9 116.7 171.3 140.5 185.8 145.2
通过结果可以看出，在高压压铸下，通过采用半固态压铸的方式，可以有效提高高铜铝合金的导热系数，例如编号为3、5的样品，其导热系数高于170 W/(m·K)。
取编号为5的样品进行金相研究，方法为将样品抛光打磨，用0.5%浓度的氢氟酸腐蚀，在蔡司偏振光光学显微镜或者金相显微镜下观测组织纹理。
图1是在蔡司偏振光光学显微镜下观察得到的微观结构图，由图1的结果可以看出，经过压铸的铝合金组织结构组织均匀细小，几乎无铸造缺陷。
图2是在金相显微镜下观察得到的显微组织图，由图2的结果可以看出，原本应形成金属树状晶体，经过搅拌之后获得的是球状晶体，改善了铝合金的结晶状态，使得铝合金产品具有高强度、高韧性和高导热系数。
通过本发明的方法制备得到的高导热烤盘具有优良的导热性和抗拉伸强度，而高铜含量铝合金本身具有良好的耐热性，特别适合制成烤盘应用于温度较高的烤箱环境，生产方法简单，适合大规模生产。
以上依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定技术性范围。

Claims (3)

1.一种半固态压铸制备高导热烤盘的方法，其特征在于：包括：
a. 将铝合金铸锭加入熔炼炉中熔炼，控制熔炼温度为740-760℃；
b．将Al-5B合金加入熔炼炉中，控制温度为740-760℃，保温0.5-1h；
c．将Al-10Sr合金加入熔炼炉中，控制温度为740-760℃，保温0.5-1h，得到铝合金熔液；
d．对铝合金熔液进行精炼、除气、除渣；
e. 采用电磁搅拌对除渣后的铝合金熔液进行高速搅拌，搅拌时降温至620-640℃，搅拌时间为30-40min，搅拌速度为250-500rpm，获得半固态的压铸液；
f．将压铸液转移至高压液压压铸机，通过烤盘模具压铸出铝合金烤盘毛坯；
g. 铝合金烤盘毛坯抛光后，进行涂层，得到高导热烤盘成品；
其中，Sr元素的加入量占总合金加入量的0.03-0.05wt%，B元素加入量占总合金加入量的0.03-0.05 wt%，所述铝合金铸锭选自2A16铝合金、2A17铝合金、2A20铝合金中的一种或多种，所述压铸过程中的压力为200-250MPa，保压时间为5-10秒；
Cu元素占总合金的6-6.8wt%；
所述高导热烤盘的导热系数大于170W/(m·K)；
所述涂层选自聚四氟乙烯涂层或者麦饭石涂层；
所述步骤f中，烤盘模具加热并保温在150-170℃后再进行压铸。
2.根据权利要求1所述半固态压铸制备高导热烤盘的方法制得的高导热烤盘。
3.根据权利要求2所述的半固态压铸制备高导热烤盘的方法制得的高导热烤盘，其特征在于：烤盘厚度为1-2mm。
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