[发明专利]一种高强度高导热铸造铝合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高强度高导热铸造铝硅合金及其制备方法，合金材料含有Si、Mg、Fe、Sr、B；进行铸造时，保持熔体温度在650～750℃范围内，将合金熔体浇入铸件模具中，按照1～500℃/s冷却速率铸造成铸件，对铸件进行热处理，热处理的升温速率低于20℃/min，保温温度为100～450℃，保温时间为0.1～10h，随后随炉冷却或空冷。本发明通过铝合金化学成分、铸造过程及热处理等工艺手段的控制，在保证合金力学性能的同时大幅提高材料的热传导率，获得热导率为170～200W/(m K)，同时抗拉强度大于260MPa、屈服强度大于160MPa的高强度高导热铝合金材料。

技术领域

本发明属于合金材料技术领域，涉及铸造铝合金材料及其制备，具体涉及一种高强度高导热铸造铝合金及其制备方法。

背景技术

随着电子工业的高速发展，电子元器件逐步朝小型化、多功能和高集成度方向发展，电子器件运行功率越来越高，同时散热条件也越来越苛刻，典型产品如消费电子产品、LED照明设备、通信基站均对新一代轻质高导热材料提出需求。

研究表明，电子元器件服役过程中产生热量与周围环境散热平衡后，器件的平均温度对其寿命产生重要影响。电子元器件平均温度每升高2℃，寿命就降低10％。由于电子元器件日益朝小型化方向发展，电子器件散热结构日益受到限制，因此，轻质高导热新材料应用已成为提高通信设备散热能力、降低电子元器件温度的关键。铝合金由于其优良的导热性能、可加工性能，同时兼具低成本、环境友好、低密度等优点，在保持设备较高散热能力的同时实现设备的小型化、轻量化具有重要的地位，成为高性能电子工业应用材料的发展趋势。

铸造铝合金的生产工序少、流程短，其生产成本低，适合结构复杂的壳类零件和箱体零件，适用于电子用铸造零部件。铸造铝合金产品没有经过变形加工，不能通过加工硬化提高产品力学性能，单方面提高材料热传导性能，并不能满足零部件后续连接和服役过程中对力学性能的要求，迫切需要在提高热传导性能的同时，保证合金有较高的力学性能。然而，铝合金的强化途径主要有固溶强化、弥散强化和细晶强化，需要在基体中引入固溶原子、析出强化相或中间相来强化铝合金。根据金属导热导电的微观机制分析，铝合金中热传导以电子热导为主。自由电子在合金中随机运动时，晶体点阵中缺陷、固溶原子或析出相会造成电势场周期发生变化，从而导致电子散射几率增加降低平均自由程，导致热传导性能下降。因此，铝合金强化途径与材料热导率的提升构成矛盾，如何同时提高合金强度与热导率是迫切需要解决的关键技术难题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种高强度高导热铸造铝合金及其制备方法，能够同时提高铝合金材料的强度和导热性能。

本发明的高强度高导热铸造铝合金，包括以下质量百分比的组分：

不可避免的杂质元素质量百分比小于等于0.1％，余量为铝(A1)。

上述技术方案中，杂质元素中Cr+Mn+Ti+V+Cu的质量百分比总和小于0.1％。

本发明将铝合金成分设计成Si元素质量百分比含量控制在共晶点12.6％附近，提高铝合金流动性；Mg元素质量百分比含量控制在0.2～0.5％，形成Mg2Si强化相提高铝合金强度；Fe元素质量百分比含量控制在0.4～0.8％，保证铝合金脱膜能力；杂质及微量元素的控制，降低基体中固溶溶质含量。

具体的，本发明的高强度高导热铸造铝合金的制备方法，包括下述步骤：

(1)先将熔炉升温至预热温度进行保温，按照上述的质量百分比投料，加热至熔化；

(2)除气、除杂后静置，熔体温度控制在650～750℃范围内，将高温熔体浇注铸件模具中；

(3)在凝固冷却速率1～500℃/s范围内结晶凝固；