[发明专利]一种提高金属合金导热性能的方法

说明书

本发明公开了一种提高低合金含量金属合金导热性能的方法———人工时效热处理，该方法适用于主元素质量百分比占比大于85wt.％的多元合金化金属合金，如镁合金、铝合金与钛合金，人工时效热处理温度控制在100～250℃范围以内，时效时间控制在2～96小时范围内。根据不同加工途径得到的金属合金经时效处理后，使得合金中过饱和固溶体所涉及合金元素析出，或使得合金中残余加工应力消除，均能使该合金室温热导率得到提高，一般能使室温热导率提高至少5％。

技术领域

本发明涉及一种金属材料热处理方法，具体涉及一种提高金属合金导热性能的方法，属于金属材料加工制备领域。

背景技术

导热材料应用甚广，按材质可以分为金属导热材料、无机非金属导热材料、有机高分子导热材料。传统金属导热材料室温导热性能良好，易于加工成型，应用广泛。无机非金属导热材料导热率高(2型金刚石，室温热导率高达2000W/(m·K))，但难加工。有机高分子目前应用最多的是导热硅胶、导热硅脂类材料，虽然易于加工，但是热导率较低，应用受限制。

金属导热机理主要由电子与声子的散射及声子与声子的散射两部分贡献。对金属的输运性质(导电、导热)的研究贯穿了固体物理的整个发展史。目前达成一致的理解为，低温情况下，索末菲模型对电子导热热容处理适应较好，德拜模型对声子导热热容处理适宜；高温时，Drude和dulongpodi模型均有一定的价值；而中间温度模型较为复杂，各模型均不能得到准确值，需要详细研究。而由于金属的费米温度一般为10⁵K数量级，远远高于室温。故一般可以认为室温下金属电子适用热容为索末菲模型，即可以近似认为室温下金属的电子是在周期势场下运动的自由电子气。故室温下电子对热导率的贡献可以根据电导率计算得到。但金属的德拜温度和室温具有相同数量级(一般为10²K)，故金属室温下声子热容处理模型需要我们深入探讨。于是，金属室温热导率的提高主要途径为提高室温下声子对热导率的贡献。

在提倡“节能减排”的大环境下，轻量化对工程应用具有非常重要的意义。轻合金由于比强度高、成型方便在工程革新中颇受青睐。其典型代表镁、铝、钛合金因其密度低、力学性能优秀、导热性能良好，在航空航天、汽车行业、3C产品行业越来越受到重视。而工程化应用环境对镁/铝/钛合金的散热性能需求越来越高。如何简便易行的提高合金的室温热导率，变得十分重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种操作简单、成本低廉的提高镁、铝、钛合金的室温热导率的方法。

本发明所述的方法为对各种制备途径得到的镁、铝、钛合金产品或半成品或原料进行人工时效热处理。具体技术方案如下：

一种提高金属合金导热性能的方法，对金属合金进行人工时效热处理，人工时效热处理温度控制在100～250℃范围以内，时效时间控制在2～96小时范围内。

优选地，金属合金为低合金化的金属合金，金属合金中主元素含量大于85wt.％。更优选地，金属合金为主元素含量大于85wt.％的镁合金、铝合金或者钛合金。

优选地，金属合金为铸造加工的金属合金。更优选地，金属合金为经过压铸加工或变形处理的金属合金。

优选地，金属合金经人工时效热处理后，金属合金中固溶的部分合金元素变成析出相析出。更优选地，人工时效热处理降低金属合金中过饱和固溶体中合金元素的含量，从而减小因合金元素溶入引起的金属合金中的晶格畸变，使得声子的畸变势散射降低从而提高室温热导率。

优选地，人工时效热处理减小金属合金中的加工应力。更优选地，人工时效热处理减小残余应力引起的金属合金中的晶格畸变，使得声子与声子的散射减弱从而提高室温热导率。

本发明的优点是，简便易行、适用范围广。不仅适用于不同强化机制(固溶强化轻合金、时效强化轻合金等)的轻合金，还适用于不同加工方式(各种铸造包含压铸、变形处理等)的合金基材、半成品以及成品。