[发明专利]耐热性铝合金

说明书

本发明涉及一种合金，其包含锆和选自由铁和镍组成的组中的至少一种元素，所述合金结构是在其中分布有Al₃Zr相二次析出物颗粒和合金总重量的0.5重量％～3.0重量％的包含铁和/或镍的共晶相颗粒的铝基质，所述Al₃Zr相二次析出物颗粒具有L1₂晶体结构和不超过20nm的尺寸，其中，以重量计所述铝基质包含不超过合金内总锆含量的1/3的锆。所要求保护的合金的特征在于高水平的物理机械性质和加工性的组合以及高热稳定性。

技术领域

本发明涉及铝冶金学，旨在提供在高温下工作的部件，所述部件必须严格满足电导率和热导率要求，并且在成形操作过程中显示高加工性。该材料可用于制造温度控制系统的换热器部件和电气产品，例如冷却系统散热器、飞机和高压线材、油气设备线。此类产品的最大工作温度不超过400℃。

背景技术

由于其高热导率和电导率、低密度和高耐腐蚀性，商品化铝及其低合金(1хxх、3хxх、8хxх和6хxх系列的合金)广泛用于电气产品和热交换系统中。1хxх和3хxх系列合金通常用于温度控制系统的部件。所述合金表现出高耐腐蚀性(1хxх系列合金)和令人满意的热导率。但是这些合金的耐热性低，由于显著弱化，导致其用途受到100℃温度的限制。

1хxх、6хxх和8хxх系列合金(例如1350、6101和8176型合金)在电气工程中，尤其是在线材、总线和其它元件的制造中具有广泛的适用性。经过硬拉，这些合金提供强度性质、热导率和电阻率的完美组合。然而，低耐热性(通常不超过90℃)使得这些合金由于其显著弱化而不可能在高于150℃的温度下使用。

实现提供耐热性和电导率完美组合的方法之一包括制造具有最小合金化铝基质并且同时具有高共晶体积分数的材料。因此，对于1419型Al-Ce合金而言实现了热稳定性显著增加(高达300℃)(V.I.Dobatkin,V.I.Elagin,V.M.Fedorov,Bystrozakristallizovannye Alyuminievye Splavy(Moscow:VILS:1995)，其中增加量的共晶成分(Al+Al₄Ce)通过Al₄Ce相的热稳定性提供了高热稳定性，并且在铝溶体中的低铈溶解性的组合提供了令人满意的电导率。1419型合金的缺点包括对杂质含量、特别是硅含量的高合金敏感性，其中这种敏感性导致粗共晶结构并且在细线材拉伸过程中加工性降低。此外，1419型合金中的相对较高的共晶相体积分数(与商用铝相比)抑制了实现低于32μOhm/mm的电阻率和高热导率，1419型合金的热导率比商用铝低10％。

US3830635(Southwire)公开了一种含镍铝材料。该材料的特征在于电导率为57％IACS，并且包含(重量％)0.20～1.60的镍、0.30～1.30的钴，其余为铝和杂质。根据一个具体实施方式，该材料可以包含0.001％～1.0％的铁和镁。根据一个具体实施方式，用于制造熔体的方法包括引入其他成分(重量％)，特别是混合稀土、铌、钽和锆。该发明的缺点包括相对较低的电导率值(57％IACS)和相对较高的钴成本，这限制了材料在批量生产中的使用，例如用于高压线材制造。

通过加入少量过渡金属(特别是钪和锆)，实现了高温下热稳定性的显著增加，而没有严重的铝线材电阻率增加。

EP0893512(A1)(Hydro)公开了一种耐腐蚀的含Zr铝合金。该合金由(重量％)0.10％～0.40％铁、0.05％～0.25％硅、0.05％～0.20％Zr组成，基材为铝和杂质。根据一个具体实施方式，合金可以包含0.05％～0.40％锰和0.05％～0.30％铬。该材料的缺点包括由较低锆含量引起的在高温下的低热稳定性，此外，在铬和锰存在的情况下，该材料会表现出低电阻率和热导率。