一种高导热高强度压铸铝合金材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及铝合金制备技术领域，具体是涉及一种高导热高强度压铸铝合金材料及其制备方法。

背景技术

以铝为基添加一定量其他合金化元素的合金，是轻金属材料之一。铝合金除具有铝的一般特性外，由于添加合金化元素的种类和数量的不同又具有一些合金的具体特性。铝合金的密度为2.63～2.85g/cm3，有较高的强度，比强度接近高合金钢，比刚度超过钢，有良好的铸造性能和塑性加工性能，良好的导电、导热性能，良好的耐蚀性和可焊性，可作结构材料使用，在航天、航空、交通运输、建筑、机电、轻化和日用品中有着广泛的应用。

高强度铝合金是指其拉伸强度大于480MPa的铝合金，主要是以Al-Cu-Mg和Al-Zn-Mg-Cu为基的合金，即硬铝合金类和超硬铝合金类。前者的静强度略低于后者，但使用温度却比后者高。由于合金的化学成分、熔炼和凝固方式、加工工艺及热处理制度不同，合金的性能差异很大。北美7090铝合金最高强度为855MPa，欧洲铝合金强度为840MPa，日本铝合金强度达到900MPa，而我国报道的超高强铝合金强度为740MPa。

现有的铝合金材料，强度高的导热性不强，导热性高的，强度低，因此需要一种同时具备导热和高强度的材料，用于散热件，或者导热件。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种高导热高强度压铸铝合金材料及其制备方法。

本发明的技术方案是：一种高导热高强度压铸铝合金材料，由以下质量百分比的成分组成：0.5-0.6％Fe、1.0-1.5％Cu、0.3-0.8％Mn、0.8-1.1％Cr、0.05-0.15％Zn、0.2-0.4％Ti、0.15-0.22％CO、1.1-2.2％Ag、0.3-0.4％V，余量为AL。

进一步地，上述一种高导热高强度压铸铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、添加粉制备：

按上述质量百分比取Fe粉、Cu粉、Mn粉、Cr粉、Zn粉、Ti粉、CO粉、Ag粉、V粉放入混料机中进行混合，混料温度为120-180℃，混料机转速为180-200r/min，混料时长为30-40min，混料完成后，得到混合添加粉；

S2、原料混合：

将AL块加入至高温熔炉中进行加热，加热温度720-800℃，加热时长为30-40min，待AL块完全熔化后，得到AL液，再向AL液中加入步骤S1中得到的混合添加粉，添加过程中伴随搅拌，搅拌速度为80-100r/min，加入完成后得到混合熔体；

S3、升温熔炼：

将高温熔炉中的温度升至1250-1500℃，升温过程中按原定搅拌速度持续搅拌，升温速率5-8℃/min，升温完成后恒温保持30-40min，然后停止搅拌，继续恒温保持20-25min后，将温度降至800-900℃保持20min，降温速率为3-5℃/min，然后得到压铸熔体；

S4、压铸：

对压铸模具内腔喷洒脱模剂，再将步骤S3中得到的压铸熔体注入压铸模具中，待熔体流入压铸模具出气孔顶部，封闭出气孔，压铸模具的注液压力为30-50MPa，保持压铸压力不变至内部压铸熔体冷却至100-200℃，然后取下注液件，待压铸模具内压铸熔体自然冷却至室温后，开模，得到铸件；

S5、铸件打磨：

通过线切割将步骤S4中铸件上的注液孔和排气孔黏连金属去除，去除后再通过打磨机手动去铸件毛刺，得到初品铸件；

S6、热处理：

将初品铸件放入保温炉中，加热至300-400℃，保温持续3-4h，保温结束后随炉冷却，得到成品铸件。

进一步地，Fe粉粒度为55-65μm、Cu粉粒度为45-60μm、Mn粉粒度为15-20μm、Cr粉粒度为25-30μm、Zn粉粒度为40-55μm、Ti粉粒度为8-20μm、CO粉粒度为5-10μm、Ag粉粒度为10-20μm、V粉粒度为8-15μm，这种粒度的配合下，各成分的混合更佳均匀。

进一步地，脱模剂由以下重量份的成分组成：5-8份聚乙烯醇、3-6份聚丙烯酰胺、7-12份改性聚四氟乙烯蜡、4-7份硅氧烷酮、10-13份石油磺酸、8-15份羟基硅油、10-20份油脂、80-100份酒精，这种脱模剂脱模效果好。

进一步地，AL块粒度为3-5cm，AL块直接熔化，因此AL块粒度大一些，更节省成本。

进一步地，高温熔炉加入AL块前通过抽真空设备进行抽真空，抽真空完成后高温熔炉内的真空度≤50mbar，抽完真空后通入保护气体至真空炉内气压为0.1-0.2Mpa，通过保护气体保护，防止金属在高温下氧化。

进一步地，保护气体为氩气或氦气，这两种气体的成本低，且使用效果好。

进一步地，打磨机所用砂轮目数为100-300目，打磨机功率为800-1200W，目数太大打磨效率较低，目数太小打磨面较粗糙，这种目数下效率高，效果高。

进一步地，线切割的切割功率为3-3.5KW，线切割粗细0.12-0.2mm，这种技术参数下，线切割效率高。

进一步地，步骤S2中加入添加粉的同时向高温熔炉中加入精炼剂，精炼剂的加入量为铝合金原料总质量的0.5-0.8％，精炼剂由以下重量份的成分组成：1-3份稀土、3-4份KCl、4-5份Mg3N2、1-3份六氯乙烷、2-7份石墨粉，精炼剂有利于提高铝合金屈服强度。

本发明的有益效果是：

本发明的合铝合金加入有Ag，再保证铝合金强度的同时提高铝合金的导热性，本发明制备铝合金的制备方法采用向熔体铝中加入其余合金粉末，使熔体铝与合金粉末混合更佳均匀，本发明的导热系数达到180W/m.K，本发明的铝合金强度达到400MPa以上，可广泛推广用于航天航空领域。

附图说明

图1是本发明铝合金材料的制备流程图。

具体实施方式

实施例1：

一种高导热高强度压铸铝合金材料，由以下质量百分比的成分组成：0.5％Fe、1.0％Cu、0.3-0.8％Mn、0.8％Cr、0.05％Zn、0.2％Ti、0.15％CO、1.1％Ag、0.3％V，余量为AL。

实施例2：

实施例2与实施例1的不同之处在于，一种高导热高强度压铸铝合金材料，由以下质量百分比的成分组成：0.55％Fe、1.3％Cu、0.5％Mn、0.9％Cr、0.13％Zn、0.3％Ti、0.20％CO、1.8％Ag、0.35％V，余量为AL。

实施例3：

实施例3与实施例1的不同之处在于，一种高导热高强度压铸铝合金材料，由以下质量百分比的成分组成：0.6％Fe、1.5％Cu、0.8％Mn、1.1％Cr、0.15％Zn、0.4％Ti、0.22％CO、2.2％Ag、0.4％V，余量为AL。

对比实施例1-实施例3，实施例3的铝合金强度更高，导热性更佳，因此实施例3为最佳实施例。

实施例4：

在实施例3的基础上，实施例4提供了一种高导热高强度压铸铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、添加粉制备：

按上述质量百分比取Fe粉、Cu粉、Mn粉、Cr粉、Zn粉、Ti粉、CO粉、Ag粉、V粉放入混料机中进行混合，混料温度为120℃，混料机转速为180r/min，混料时长为30min，混料完成后，得到混合添加粉；

S2、原料混合：

将AL块加入至高温熔炉中进行加热，加热温度720℃，加热时长为30min，待AL块完全熔化后，得到AL液，再向AL液中加入步骤S1中得到的混合添加粉，添加过程中伴随搅拌，搅拌速度为80r/min，加入完成后得到混合熔体；

Fe粉粒度为55-65μm、Cu粉粒度为45-60μm、Mn粉粒度为15-20μm、Cr粉粒度为25-30μm、Zn粉粒度为40-55μm、Ti粉粒度为8-20μm、CO粉粒度为5-10μm、Ag粉粒度为10-20μm、V粉粒度为8-15μm，这种粒度的配合下，各成分的混合更佳均匀；AL块粒度为3-5cm，AL块直接熔化，因此AL块粒度大一些，更节省成本；

S3、升温熔炼：

将高温熔炉中的温度升至1250℃，升温过程中按原定搅拌速度持续搅拌，升温速率5℃/min，升温完成后恒温保持30min，然后停止搅拌，继续恒温保持20min后，将温度降至800℃保持20min，降温速率为3℃/min，然后得到压铸熔体；

S4、压铸：

对压铸模具内腔喷洒脱模剂，再将步骤S3中得到的压铸熔体注入压铸模具中，待熔体流入压铸模具出气孔顶部，封闭出气孔，压铸模具的注液压力为30MPa，保持压铸压力不变至内部压铸熔体冷却至100℃，然后取下注液件，待压铸模具内压铸熔体自然冷却至室温后，开模，得到铸件；

脱模剂由以下重量份的成分组成：5份聚乙烯醇、3份聚丙烯酰胺、7份改性聚四氟乙烯蜡、4份硅氧烷酮、10份石油磺酸、8份羟基硅油、10份油脂、80份酒精，这种脱模剂脱模效果好；

S5、铸件打磨：

通过线切割将步骤S4中铸件上的注液孔和排气孔黏连金属去除，去除后再通过打磨机手动去铸件毛刺，得到初品铸件；打磨机所用砂轮目数为100目，打磨机功率为800W，目数太大打磨效率较低，目数太小打磨面较粗糙，这种目数下效率高，效果高。

线切割的切割功率为3KW，线切割粗细0.12mm，这种技术参数下，线切割效率高

S6、热处理：

将初品铸件放入保温炉中，加热至300℃，保温持续3h，保温结束后随炉冷却，得到成品铸件。

实施例5：

在实施例3的基础上，实施例5提供了一种高导热高强度压铸铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、添加粉制备：

按上述质量百分比取Fe粉、Cu粉、Mn粉、Cr粉、Zn粉、Ti粉、CO粉、Ag粉、V粉放入混料机中进行混合，混料温度为150℃，混料机转速为190r/min，混料时长为35min，混料完成后，得到混合添加粉；

S2、原料混合：

将AL块加入至高温熔炉中进行加热，加热温度780℃，加热时长为35min，待AL块完全熔化后，得到AL液，再向AL液中加入步骤S1中得到的混合添加粉，添加过程中伴随搅拌，搅拌速度为90r/min，加入完成后得到混合熔体；

Fe粉粒度为55-65μm、Cu粉粒度为45-60μm、Mn粉粒度为15-20μm、Cr粉粒度为25-30μm、Zn粉粒度为40-55μm、Ti粉粒度为8-20μm、CO粉粒度为5-10μm、Ag粉粒度为10-20μm、V粉粒度为8-15μm，这种粒度的配合下，各成分的混合更佳均匀；AL块粒度为3-5cm，AL块直接熔化，因此AL块粒度大一些，更节省成本；

S3、升温熔炼：

将高温熔炉中的温度升至1400℃，升温过程中按原定搅拌速度持续搅拌，升温速率7℃/min，升温完成后恒温保持35min，然后停止搅拌，继续恒温保持23min后，将温度降至850℃保持20min，降温速率为4℃/min，然后得到压铸熔体；

S4、压铸：

对压铸模具内腔喷洒脱模剂，再将步骤S3中得到的压铸熔体注入压铸模具中，待熔体流入压铸模具出气孔顶部，封闭出气孔，压铸模具的注液压力为40MPa，保持压铸压力不变至内部压铸熔体冷却至150℃，然后取下注液件，待压铸模具内压铸熔体自然冷却至室温后，开模，得到铸件；

脱模剂由以下重量份的成分组成：6份聚乙烯醇、5份聚丙烯酰胺、10份改性聚四氟乙烯蜡、5份硅氧烷酮、11份石油磺酸、10份羟基硅油、15份油脂、90份酒精，这种脱模剂脱模效果好；

S5、铸件打磨：

通过线切割将步骤S4中铸件上的注液孔和排气孔黏连金属去除，去除后再通过打磨机手动去铸件毛刺，得到初品铸件；打磨机所用砂轮目数为200目，打磨机功率为1000W，目数太大打磨效率较低，目数太小打磨面较粗糙，这种目数下效率高，效果高。

线切割的切割功率为3.3KW，线切割粗细0.15mm，这种技术参数下，线切割效率高

S6、热处理：

将初品铸件放入保温炉中，加热至300-400℃，保温持续3-4h，保温结束后随炉冷却，得到成品铸件。

实施例6：

在实施例3的基础上，实施例6提供了一种高导热高强度压铸铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、添加粉制备：

按上述质量百分比取Fe粉、Cu粉、Mn粉、Cr粉、Zn粉、Ti粉、CO粉、Ag粉、V粉放入混料机中进行混合，混料温度为180℃，混料机转速为200r/min，混料时长为40min，混料完成后，得到混合添加粉；

S2、原料混合：

将AL块加入至高温熔炉中进行加热，加热温度800℃，加热时长为40min，待AL块完全熔化后，得到AL液，再向AL液中加入步骤S1中得到的混合添加粉，添加过程中伴随搅拌，搅拌速度为100r/min，加入完成后得到混合熔体；

Fe粉粒度为55-65μm、Cu粉粒度为45-60μm、Mn粉粒度为15-20μm、Cr粉粒度为25-30μm、Zn粉粒度为40-55μm、Ti粉粒度为8-20μm、CO粉粒度为5-10μm、Ag粉粒度为10-20μm、V粉粒度为8-15μm，这种粒度的配合下，各成分的混合更佳均匀；AL块粒度为3-5cm，AL块直接熔化，因此AL块粒度大一些，更节省成本；

S3、升温熔炼：

将高温熔炉中的温度升至1500℃，升温过程中按原定搅拌速度持续搅拌，升温速率8℃/min，升温完成后恒温保持40min，然后停止搅拌，继续恒温保持25min后，将温度降至900℃保持20min，降温速率为5℃/min，然后得到压铸熔体；

S4、压铸：

对压铸模具内腔喷洒脱模剂，再将步骤S3中得到的压铸熔体注入压铸模具中，待熔体流入压铸模具出气孔顶部，封闭出气孔，压铸模具的注液压力为50MPa，保持压铸压力不变至内部压铸熔体冷却至200℃，然后取下注液件，待压铸模具内压铸熔体自然冷却至室温后，开模，得到铸件；

脱模剂由以下重量份的成分组成：8份聚乙烯醇、6份聚丙烯酰胺、12份改性聚四氟乙烯蜡、7份硅氧烷酮、13份石油磺酸、15份羟基硅油、20份油脂、100份酒精，这种脱模剂脱模效果好；

S5、铸件打磨：

通过线切割将步骤S4中铸件上的注液孔和排气孔黏连金属去除，去除后再通过打磨机手动去铸件毛刺，得到初品铸件；打磨机所用砂轮目数为300目，打磨机功率为1200W，目数太大打磨效率较低，目数太小打磨面较粗糙，这种目数下效率高，效果高。

线切割的切割功率为3.5KW，线切割粗细0.2mm，这种技术参数下，线切割效率高

S6、热处理：

将初品铸件放入保温炉中，加热至400℃，保温持续4h，保温结束后随炉冷却，得到成品铸件。

对比实施例4-实施例6，实施例6制备铝合金的效率最高，品质最好，因此实施例6为最佳实施例。

实施例7：

在实施例6的基础上，实施例7与实施例6的不同之处在于，高温熔炉加入AL块前通过抽真空设备进行抽真空，抽真空完成后高温熔炉内的真空度为50mbar，抽完真空后通入保护气体至真空炉内气压为0.1Mpa，通过保护气体保护，防止金属在高温下氧化；保护气体为氩气或氦气，这两种气体的成本低，且使用效果好。

实施例8：

在实施例6的基础上，实施例8与实施例6的不同之处在于，高温熔炉加入AL块前通过抽真空设备进行抽真空，抽真空完成后高温熔炉内的真空度为40mbar，抽完真空后通入保护气体至真空炉内气压为0.5Mpa，通过保护气体保护，防止金属在高温下氧化；保护气体为氩气或氦气，这两种气体的成本低，且使用效果好。

实施例9：

在实施例6的基础上，实施例9与实施例6的不同之处在于，高温熔炉加入AL块前通过抽真空设备进行抽真空，抽真空完成后高温熔炉内的真空度为30mbar，抽完真空后通入保护气体至真空炉内气压为0.2Mpa，通过保护气体保护，防止金属在高温下氧化；保护气体为氩气或氦气，这两种气体的成本低，且使用效果好。

对比实施例7-实施例9，实施例9所制备的铝合金品质最高，强度和导热性最佳，因此实施例9为最佳实施例。

实施例10：

在实施例9的基础上，实施例10与实施例9的不同之处在于，实施例10在步骤S2中加入添加粉的同时向高温熔炉中加入精炼剂，精炼剂的加入量为铝合金原料总质量的0.5％，精炼剂由以下重量份的成分组成：1-3份稀土、3-4份KCl、4-5份Mg3N2、1-3份六氯乙烷、2-7份石墨粉，精炼剂有利于提高铝合金屈服强度。

实施例11：

在实施例9的基础上，实施例11与实施例9的不同之处在于，实施例11在步骤S2中加入添加粉的同时向高温熔炉中加入精炼剂，精炼剂的加入量为铝合金原料总质量的0.6％，精炼剂由以下重量份的成分组成：2份稀土、3.5份KCl、4.5份Mg3N2、1.5份六氯乙烷、3份石墨粉，精炼剂有利于提高铝合金屈服强度。

实施例12：

在实施例9的基础上，实施例12与实施例9的不同之处在于，实施例12在步骤S2中加入添加粉的同时向高温熔炉中加入精炼剂，精炼剂的加入量为铝合金原料总质量的0.8％，精炼剂由以下重量份的成分组成：3份稀土、4份KCl、5份Mg3N2、3份六氯乙烷、7份石墨粉，精炼剂有利于提高铝合金屈服强度。

对比实施例10-实施例12，实施例12中的精炼剂加入效果最佳，所制备的铝合金强度最高，导热性最佳，因此实施例12为最佳实施例。