[发明专利]一种高导热变形铝合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高导热变形铝合金，其组成及其各元素含量为：Fe：1.5～2.5％；Co：0.3～0.5％；Zn：0.2～0.5％；Mg：0.2～0.4％；Si：0.15～0.3；余量为Al。本发明还公开了上述铝合金的熔炼制备工艺、均匀化退火工艺以及轧制变形过程，本发明的Al‑Fe系变形铝合金制备过程工艺简便易行，合金元素加入量易于控制，综合性能效果显著，工业生产成本低，具有广泛的适用性。本发明采用Co变质元素改善富Fe相的形貌及其分布，发挥Mg、Zn和Si微量元素合金化的复合强化作用，并采用轧制变形处理消除宏观缺陷和改善组织，解决了合金导热和力学性能互为矛盾的问题，实现了Al‑Fe系变形铝合金导热和力学性能的双重提升，获得可用于5G通讯基站设备的高强度高导热Al‑Fe系变形铝合金。

技术领域

本发明涉及变形铝合金技术领域，特别是涉及一种高导热并兼具较高强度的变形铝合金及其制备方法。

背景技术

近年来，随着电子通讯技术的快速发展，新一代5G主流基站由室内基带处理单元(BBU)+射频拉远单元(RRU)+天线形式演变成BBU+有源天线处理单元(AAU)形式。AAU的集成程度高，功耗大幅增加，5G单站功耗是4G的2.5～3.5倍，对铝质通信基站外壳、滤波器腔体以及天线振子的散热性能提出更高的要求。目前，针对设备散热性能的提高，除了设备结构优化外，设计并开发高导热高强度的铝质结构件尤为重要。目前，商用1xxx系铝合金由于合金化程度极低而具备较高导热率，其导热率接近纯铝，一般高于220W/(m·K)，但其力学性能较低，抗拉强度一般在100MPa左右，难以满足电子通讯设备组装过程中对其强度性能的要求。商用5xxx系和7xxx系铝合金是常见的高强度铝合金，经过形变强化之后强度可达300以上，最高可超过600MPa，而其导热性能无法达到电子通讯设备的散热要求，其导热系数普遍低于150W/(m·K)。商用6xxx系铝合金常用于制备散热器，其力学性能可超过250MPa，但其导热一般仅达到180W/(m·K)，其力学和导热性能存在进一步提升的空间。对于金属材料，因受强度和导热机制的影响，如何平衡两者之间的关系，设计并开发一种兼具高导热和高强度的新型铝合金是非常关键的技术问题。

实现金属材料强化的方式主要有：细晶强化、固溶强化、形变强化以及第二相强化。结合金属导热的微观机理，晶体缺陷、固溶原子以及第二相均将改变合金的周期性电场，增加电子散射概率，降低传热电子的平均自由程，进而恶化合金的导热性能。值得关注的是，常温下，晶体缺陷对合金的导热性能影响不大。此外，当合金化元素以固溶形式存在时对合金导热性能的恶化程度比其以第二相形式存在时大1个数量级。因此，选择低固溶度的合金化元素以及采用位错强化(轧制变形)手段是高导热高强度变形铝合金开发的途径之一。此外，采用固溶度极低的变质元素来改善第二相形态，是克服铝合金中强化与导热提升相互制约问题的关键，可以实现材料导热和力学性能的同步提升。

中国发明专利申请CN108130456A公开了一种高导热压铸铝合金材料及其制备方法。该申请控制Fe含量为0.8～1.8％，Ni含量为0.2～0.8％，复合微量元素La、Si和Mg，合金的铸态导热率可达224W/(m·K)以上，可采取重力铸造或者高压铸造现实了高导热合金的制备。但是，由于合金化程度较低，且(AlFeSi)相通常以粗大的长针状形式析出，对合金的力学性能十分不利。中国发明专利申请CN107022698A公开了一种高导热压铸铝合金及其制备方法。该技术通过控制合金化元素Si含量为1.0％以下，并选择Fe、Ni和Mg元素作为主加元素，Sr元素作为微量变质元素，合金的铸态导热率可达198W/(m·K)以上，且Al-0.5Si-0.6Fe-2Ni-0.6Mg-0.06Sr的流动性能接近商用铝合金ADC12。但该技术仍未很好地解决合金的力学性能问题，合金的抗拉强度低于120MPa。