CN110938767A

CN110938767A - 一种压铸铝合金及其制备方法

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Publication number: CN110938767A
Application number: CN201811113079.3A
Authority: CN
Inventors: 郭强; 谢勇亮; 李运春
Original assignee: BYD Co Ltd
Current assignee: BYD Co Ltd
Priority date: 2018-09-25
Filing date: 2018-09-25
Publication date: 2020-03-31

Abstract

本发明涉及铝合金技术领域，具体涉及一种压铸铝合金及其制备方法。该压铸铝合金，包括铝元素，以质量百分含量计，所述压铸铝合金还含有：Zn：11‑20%，Si：5.0‑9.0%，Cu：1.0‑3.0%，Fe：0.4‑0.8%，Ti：0.1‑0.4%，稀土元素：0.05‑0.3%，Sr：0.01‑0.05%，所述稀土元素包括：La：78‑84%，Pr：10‑15%，Ce：5‑10%，Nd：0.05‑0.3%，本发明的压铸铝合金具有铸造流动性好、强度高的优点，流动性>1400mm，屈服强度>270MPa，抗拉强度>310MPa，延伸率>1.2%。该合金材料可满足手机结构件高强度的发展需求，用于极薄的手机中板等关键结构件的制造。

Description

一种压铸铝合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及铝合金技术领域，具体涉及一种压铸铝合金及其制备方法。

背景技术

铝合金具有质量轻、强韧性好、耐腐蚀以及特有的金属光泽等特性，被越来越多的电子电器、通讯器材、照明器件、汽车等零部件所采用，如智能手机、笔记本电脑、平板电脑的外壳，LED灯的散热器和灯罩，3G、4G无线通讯基站的散热器、机柜、滤波器，电饭煲、电磁炉、热水器的发热盘，新能源汽车的控制器机箱、驱动电机外壳等。目前最常用的铸造铝合金是Al-Si系铸造铝合金，典型牌号有ZL101、A356、A380、ADC10、ADC12等。虽然这些铝合金有很好的铸造性能，但是为了进一步满足零部件薄壁化、轻量化、高强度和铸造生产的需要，对铝合金的铸造流动性和力学性能都提出了越来越高的要求。

CN105296818A公开了一种铝合金，其成分为：Zn：0-10%， Si：4-9%，Cu：0.5-1.5%，Fe：0.3-1%，Ti：0-0.3%，稀土元素：0-0.1%，Sr：0-0.05%，Mn:0-0.1%，Mg：0-0.5%，B：0-0.05%，Zr：0-0.1%，Cr：0-0.1%，Li：0-0.1%，V：0-0.005%，Al：77.095%-95.2%。该铝合金提高了导热性能，但其屈服强度仅为150-190MPa，并不满足现有需求。

CN105088033A公开了一种铝合金，其成分为：Zn：5-10%， Si：3-7%，Cu：1-5%，Mg：1-3%，稀土元素：0-0.3%，添加元素:0-1%，Al：73.7%-90%，所述添加元素为Ti、Zr、Mn、Fe、Cd、Cr、B、Bi、Ni和Sr中的一种或两种以上。该铝合金提高了力学性能，但其铸造流动性低于1200mm，甚至低于常用的ADC12（Si：9.6-12.0%，Mg：0.25%，Cu：1.5-3.5%，Zn：≤1.0%，Fe：≤1.3%，Mn：≤0.5%，Ni：≤0.5%，Sn：≤0.3%，Ca：≤200ppm，Pb：≤0.1%，Cd：≤0.005）材料。

综上所述，需要优化铝合金配方，使铝合金具有更高的铸造流动性和力学性能。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中铝合金的铸造性能和力学性能难兼顾的技术问题，提供一种压铸铝合金及其制备方法和应用。

本发明的第一方面是提供一种压铸铝合金，包括铝元素，以质量百分含量计，所述压铸铝合金还含有：Zn：11-20%，Si：5.0-9.0%，Cu：1.0-3.0%，Fe：0.4-0.8%，Ti：0.1-0.4%，稀土元素：0.05-0.3%，Sr：0.01-0.05%，所述稀土元素包括：La：78-84%，Pr：10-15%，Ce：5-10%，Nd：0.05-0.3%。

本发明的第二方面是提供上述压铸铝合金的制备方法，该方法包括将铝合金原料熔炼得到铝合金液后进行压铸处理，得到压铸铝合金；所述铝合金原料的组成使得得到的压铸铝合金为上述压铸铝合金。

本发明的第三方面是提供上述压铸铝合金作为手机结构件的应用。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1) 在Al-Si系铸造铝合金基础上，提高Zn含量至11-20%，Zn元素融入Al中形成固溶体造成晶格畸变，提高铝合金的强度与流动性。

(2) 稀土元素为镧镨铈混合稀土，镧镨铈混合稀土能与铝形成铝稀土金属间化合物，在铝合金中呈细小弥散分布，提高合金强度。新型的镧镨铈混合稀土在本发明的压铸铝合金中的除氢、细化组织能力较高，能显著提高本发明铝合金的强度和流动性。

(3)本发明的铝合金中不含Mg元素，铸造后不易产生渣料。

(4)本发明的铝合金，屈服强度>270MPa，抗拉强度>310MPa，延伸率>1.2%，流动性>1400mm，流动性高于ADC12材料。满足手机结构件高强度的要求，特别易于铸造，可用于极薄的手机中板等关键结构件的制造。

具体实施方式

在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

本发明提供了一种压铸铝合金，包括铝元素，以质量百分含量计，所述压铸铝合金还含有：Zn：11-20%，Si：5.0-9.0%，Cu：1.0-3.0%，Fe：0.4-0.8%，Ti：0.1-0.4%，稀土元素：0.05-0.3%，Sr：0.01-0.05%，所述稀土元素包括：La：78-84%，Pr：10-15%，Ce：5-10%，Nd：0.05-0.3%，提高铝合金的强度与流动性。

本发明的压铸铝合金中，添加Si元素和Cu元素，可以有效提高合金成型流动性和提高合金的强度。合金中添加Fe元素，可以改善压铸铝合金不易脱模现象；合金中添加Ti元素，Ti与Al能形成TiAl₃，TiAl₃可作为形核质点提高结晶时形核率，细化晶粒，提高材料强度和韧性；合金中添加Sr元素，Sr元素是表面活性元素，在结晶学上Sr元素能改变金属间化合物相的行为，用Sr元素进行变质有效时间长、效果和再现性好，通过各元素协同作用，可以提高材料力学性能和塑性加工性。

进一步优选地，以质量百分含量计，所述压铸铝合金含有：Zn：14-18%，Si：6.0-8.0%，Cu：1.5-2.0%，Fe：0.4-0.8%，Ti：0.2-0.3%，稀土元素：0.1-0.2%，Sr：0.02-0.04%，余量为Al及不可避免的杂质。优选的Zn元素含量， Zn元素能融入Al中形成固溶体，造成晶格畸变，能提高铝合金的强度与流动性。但过高易于引起合金的韧性变差，过低引起合金的流动性降低，优选的Zn元素重量百分比含量为14-18%，能进一步优化铝合金的性能。

优选的稀土元素的含量能进一步优化铝合金的性能。

优选，压铸铝合金中杂质的总质量含量不超过0.1%。

优选，压铸铝合金不含Mg元素，铝合金在铸造后不易产生渣料。

优选，压铸铝合金的流动性大于1400mm，压铸铝合金的流动性是合金液体充填铸型的能力。

优选，压铸铝合金的屈服强度>270MPa，抗拉强度>320MPa，延伸率>1.2%。

本发明还提供了上述压铸铝合金的制备方法，将铝合金原料熔炼得到铝合金液，然后进行压铸处理，得到所述压铸铝合金；所述铝合金原料的组成使得得到的压铸铝合金为上述压铸铝合金。

优选，铝合金原料包含：纯铝、铝锌中间合金、铝硅中间合金、铝铜中间合金、铝铁中间合金、铝钛中间合金、铝稀土中间合金、铝锶中间合金。

优选，将铝合金原料熔炼得到铝合金液包括：先将纯铝熔化，然后加入铝锌中间合金、铝硅中间合金、铝铜中间合金熔化，再加入铝铁中间合金、铝钛中间合金、铝稀土中间合金、铝锶中间合金熔化，除渣、精炼除气得到铝合金液。

优选，压铸处理包括：将铝合金液降温至670-690℃，静置后浇铸成铝合金锭，得到的铝合金锭进行压铸，得到压铸铝合金；优选，压铸的给汤温度为700-750℃。

优选，压铸处理之后，还包括将得到的压铸铝合金在室温环境下进行7-15天的自然时效处理。

优选的，具体步骤可以为：

(1)在熔炉中加入计量比的纯铝熔炼，熔炼温度为720℃-740℃；

(2)向熔炼得到的铝液中加入计量比的铝锌中间合金、铝硅中间合金、铝铜中间合金，熔炼，熔炼温度为720℃-740℃；

(3)再加入计量比的铝铁中间合金、铝钛中间合金、铝稀土中间合金、铝锶中间合金熔炼，熔炼温度为720℃-740℃；

(4)搅拌熔炼所得铝合金液，然后除渣、精炼除气；

(5)将铝合金液降温至670～690℃，并静置10~20min后浇铸成铝合金锭；

(6)将得到的铝合金锭进行压铸，得到压铸件；所述压铸的给汤温度为700-750℃；

(7)得到的压铸件在室温环境下进行7-15天的自然时效处理。

本发明还提供了上述压铸铝合金作为手机结构件的应用。

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。

实施例1

按照以下元素计量比称取纯铝、铝硅中间合金、铝铜中间合金、铝铁中间合金、铝钛中间合金、铝稀土中间合金、铝锶中间合金、纯锌原料。

Zn：16.5%，Si：7.5%，Cu：1.8%，Fe：0.6%，Ti：0.1%，La：0.08%，Pr：0.01%，Ce：0.0097%，N d：0.0003%，Sr：0.03%，Al：78.88%。

a)在熔炉中加入计量比的纯铝熔炼，熔炼温度为720℃；

b)向熔炼得到的铝液中加入计量比的铝锌中间合金、铝硅中间合金、铝铜中间合金，熔炼，熔炼温度为720℃；

c)再加入计量比的铝铁中间合金、铝钛中间合金、铝稀土中间合金、铝锶中间合金熔炼，熔炼温度为720℃；

d)搅拌熔炼所得铝合金液，然后除渣、精炼除气；

e)将铝合金液降温至670℃，并静置10min后浇铸成铝合金锭；

f)将得到的铝合金锭进行压铸，得到压铸件；所述压铸的给汤温度为700℃；

得到的压铸件在室温环境下进行7-15天的自然时效处理。

实施例2-10

采用与实施例1相同的步骤制备实施例2-10的压铸铝合金，区别在于：按照表1的元素计量比称取合金原料。

对比例1-5

按照实施例1的方法制备压铸铝合金，区别在于：按照表1的元素计量比称取合金原料。

对比例6

按照实施例1的方法制备压铸铝合金，区别在于：采用Al-Si系铸造铝合金ADC12作为对照样品，其中ADC12的重量百分含量包括：Si：11.5%，Mg：0.25%，Cu：2.5%，Zn：0.8%，Fe：1%，Mn：0.3%，Ni：0.4%，Sn：0.2%，Ca：180ppm，Pb：0.08%，Cd：0.004，余量为Al。

表1

序号	Zn	Si	Cu	Fe	Ti	La	Pr	Ce	N d	Sr	Al
												实施例1	11	7.5	1.8	0.6	0.1	0.08	0.01	0.0097	0.0003	0.02	78.88
实施例2	15	7.8	1.8	0.5	0.2	0.08	0.01	0.0097	0.0003	0.03	74.57
												实施例3	20	8.2	2.0	0.4	0.2	0.16	0.02	0.0194	0.0006	0.02	68.98
实施例4	16.5	7.5	1.8	0.6	0.1	0.08	0.01	0.0097	0.0003	0.03	73.37
												实施例5	14.7	8.2	2.0	0.6	0.2	0.16	0.02	0.0194	0.0006	0.02	74.08
实施例6	14.7	8.2	2.0	0.6	0.2	0.04	0.005	0.0049	0.0001	0.02	74.23
												实施例7	15	9	3	0.5	0.2	0.08	0.01	0.0097	0.0003	0.04	72.16
实施例8	16.5	7.5	1.8	0.6	0.4	0.08	0.01	0.0097	0.0003	0.05	73.05
												实施例9	16.3	7.2	1.8	0.6	0.4	0.26	0.03	0.0091	0.0009	0.05	73.35
实施例10	18	6	1.5	0.8	0.3	0.078	0.015	0.0067	0.0003	0.04	73.26
												对比例1	6.5	6	2.5	0.5	0.2	0.08	0.01	0.0097	0.0003	0.02	84.18
对比例2	25	5	1.5	0.4	0.1	0.078	0.015	0.0067	0.0003	0.02	67.88
												对比例3	8	5.5	2.5	0.5	0.2	0.1				0.02	83.18
对比例4	11	7.5	1.8	0.6	0.1			0.1		0.02	78.88
												对比例5	16.5	7.5	1.8	0.6	0.1					0.03	73.47

性能测试

1、拉伸测试：采用GBT 228.1-2010，测量3根同一配方制得的压铸铝合金拉伸件，并取平均值作为拉伸测试结果。

2、流动性测试：采用单螺旋流动性试样模具，横截面积尺寸为5.5×3mm，采用的给汤容量为45cm³，压射速度固定，浇铸温度为700℃。

表2

序号	屈服强度/MPa	抗拉强度/MPa	延伸率/%	流动性/mm
					实施例1	281	330	1.59	1382
实施例2	284	336	1.45	1430
					实施例3	274	319	1.71	1600
实施例4	293	336	1.31	1523
					实施例5	277	338	1.68	1457
实施例6	289	344	1.39	1475
					实施例7	295	344	1.25	1578
实施例8	281	332	1.52	1530
					实施例9	279	328	1.61	1490
实施例10	270	312	1.82	1510
					对比例1	271	314	1.76	1200
对比例2	305	355	1.12	1624
					对比例3	254	287	1.95	1250
对比例4	275	325	1.49	1390
					对比例5	285	327	1.15	1520
ADC12	181	298	2.11	1387

从表2的测试结果可以看出，相对于对比例1材料的流动性好；相对于对比例2，材料的延伸率突出；相对于对比例3，材料的强度和流动性优异；相对于对比例4、5材料的强度提高明显；相对于ADC12材料的强度和流动性优异。

本发明的压铸铝合金，通过提高Zn元素含量，以及添加镧镨铈混合稀土元素，并对元素的含量进行适当选择，使得本发明的压铸铝合金具有较高的屈服强度和抗拉强度高、流动性好。满足手机结构件高强度的发展需求，用于极薄的手机中板等关键结构件的制造。

Claims

1.一种压铸铝合金，包括铝元素，其特征在于，以质量百分含量计，所述压铸铝合金还含有：Zn：11-20%，Si：5.0-9.0%，Cu：1.0-3.0%，Fe：0.4-0.8%，Ti：0.1-0.4%，稀土元素：0.05-0.3%，Sr：0.01-0.05%，所述稀土元素包括：La：78-84%，Pr：10-15%，Ce：5-10%，Nd：0.05-0.3%。

2.根据权利要求1所述的压铸铝合金，其特征在于，以质量百分含量计，所述压铸铝合金含有：Zn：14-18%，Si：6.0-8.0%，Cu：1.5-2.0%，Fe：0.4-0.8%，Ti：0.2-0.3%，稀土元素：0.1-0.2%，Sr：0.02-0.04%，余量为Al及不可避免的杂质。

3.根据权利要求1所述的压铸铝合金，其特征在于，所述压铸铝合金中杂质的总质量含量不超过0.1%。

4.根据权利要求1所述的压铸铝合金，其特征在于，所述压铸铝合金不含Mg元素。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的压铸铝合金，其特征在于，所述压铸铝合金的流动性大于1400mm。

6.根据权利要求1-4任意一项所述的压铸铝合金，其特征在于，所述压铸铝合金的屈服强度>270MPa，抗拉强度>310MPa，延伸率>1.2%。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的压铸铝合金的制备方法，该方法包括：将铝合金原料熔炼得到铝合金液，然后进行压铸处理，得到所述压铸铝合金；所述铝合金原料的组成使得得到的压铸铝合金为权利要求 1-6中任意一项所述的压铸铝合金。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述铝合金原料包含：纯铝、铝锌中间合金、铝硅中间合金、铝铜中间合金、铝铁中间合金、铝钛中间合金、铝稀土中间合金、铝锶中间合金。

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，将铝合金原料熔炼得到铝合金液包括：先将纯铝熔化，然后加入铝锌中间合金、铝硅中间合金、铝铜中间合金熔化，再加入铝铁中间合金、铝钛中间合金、铝稀土中间合金、铝锶中间合金熔化，除渣、精炼除气得到铝合金液。

10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述压铸处理包括：将铝合金液降温至670-690℃，静置后浇铸成铝合金锭，得到的铝合金锭进行压铸，得到压铸铝合金；所述的压铸的给汤温度为700-750℃。

11.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述熔炼的温度为720℃-740℃。

12.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

(1) 在熔炉中加入计量比的纯铝熔炼，熔炼温度为720℃-740℃；

(2) 向熔炼得到的铝液中加入计量比的铝锌中间合金、铝硅中间合金、铝铜中间合金，熔炼，熔炼温度为720℃-740℃；

(3) 再加入计量比的铝铁中间合金、铝钛中间合金、铝稀土中间合金、铝锶中间合金熔炼，熔炼温度为720℃-740℃；

(4) 搅拌熔炼所得铝合金液，然后除渣、精炼除气；

(5) 将铝合金液降温至670～690℃，并静置10~20min后浇铸成铝合金锭；

(6) 将得到的铝合金锭进行压铸，得到压铸件；所述压铸的给汤温度为700-750℃；

(7) 得到的压铸件在室温环境下进行7-15天的自然时效处理。

13.权利要求1-6任意一项所述的压铸铝合金作为手机结构件的应用。