[发明专利]一种高导热高强度低Si铸造铝合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高导热高强度低Si铸造铝合金及其制备方法；其原料组分组成为：2.5～4.5％Si；2.0～3.0％Zn；0.8～1.2％Fe；0.2～0.4％Mg；0.1～0.3％Co；0.03～0.1％Sr；0.02％～0.05％B；0.05～0.15％RE；余量为Al；制备方法包括高温熔化铝合金、辅加元素及微量元素多元复合合金化处理、精炼除渣、铸造成型。本发明充分发挥Mg和Co元素辅合金化，Sr、B和RE元素微合金化的复合协同作用，解决了合金的强化和材料导热性能的提升相互制约的问题，实现了铸造铝合金导热性能和力学性能的同步提升，获得兼具高导热和高强度的通讯散热类器件用低Si铸造铝合金材料。

技术领域

本发明涉及铸造铝合金技术领域，特别是涉及一种高导热高强度低Si铸造铝合金及其制备方法。

背景技术

随着新能源汽车、电子产品和信息通信等行业的迅速发展，设备的小型化、轻量化和集成化程度越来越高，对材料的性能要求也越来越高。铸造铝合金由于具备优良的铸造性能和力学性能等特点，同时兼具低成本、低密度和可成型复杂薄壁零部件等优点，被广泛应用于汽车零部件、消费电子产品、通信器件(如基站散热器)的压铸生产。当前，铝合金铸造通讯产品中应用最广泛的是ADC12合金，其基础成分为Al-Si共晶(Si含量在11～12％)，但其热导率仅96W/(m·K)，远不及纯铝的一半。随着5G通信时代的到来，电子产品和通信设备的单位体积运行功率和发热量越来越高，这要求材料不仅要具备高的强度还需要较高的散热性能，以往单一的性能已经无法满足当前技术的发展要求。因此，如何保证铸造铝合金力学性能的前提下，大幅提高合金的导热性能是非常关键的技术问题。

铸造铝合金产品一般通过在铝基体中引入固溶原子、析出强化相或中间相来强化铝合金。而根据金属导热的微观机制分析，铝合金中晶体点阵中缺陷、固溶原子或析出相会造成电场周期发生变化，从而导致导热电子的散射几率增加，降低电子的平均自由程，导致合金的导热性能下降。因此，通常认为，铝合金的强化与材料导热性能的提升构成矛盾，如何同时提高铸造铝合金的导热性能与强度(力学性能)是迫切需要解决的关键技术难题。其中对铝合金的导热、力学和铸造性能进行平衡优化，适当降低Si含量是高导热铝合金开发的途径之一。同时优化选择对导热抑制较小，并可显著提高合金强度的元素进行多元复合微合金化处理，是克服铝合金的强化与材料导热性能相互制约问题的关键，实现合金的导热、力学和铸造性能同步提升的有效途径。

中国发明专利申请CN103526082A公开了一种高导热率铸造铝合金及其制备方法。该技术通过降低合金元素Si含量至5.0～7.5％，辅以添加微量的B、Ti和Zr等元素，合金铸态下的热导率达160W/(m·K)。但是，该方法中合金强化元素较少，仅含有Mg(0.25～0.5％)、Fe(0.2％)和Cu(0.2％)，导致合金力学性能较低，铸态下抗拉强度仅为135MPa，延伸率仅为2.8％。该技术虽然获得导热率较高的合金，但是其铸态力学性能较差，不能满足5G通信时代下对结构散热器件的强度需求，限制了其在工业上的应用范围。

中国发明专利CN10461971B公开了一种压铸用高热传导铝合金，该专利将Si含量进一步降低至0.5wt.％以下，添加一定量的Fe(1.2～2.6wt.％)，合金热导率最高可达192W/(m·K)，但合金的抗拉强度和布氏硬度仅有142MPa和34.7HB。该合金获得了优异的导热性能，但力学性能较低；因单一追求导热性能而导致力学性能较低，不满足结构散热器件的强度要求。

中国发明专利申请CN105177368A提供了一种高导热高导电的压铸稀土铝合金及其制备方法。该申请控制Si含量为0.5～2.0wt.％，Fe含量0.2～0.6wt.％，复合多种稀土元素La、Ce和Y，合金的热导率达162W/(m·K)，抗拉强度为221MPa。该方法尝试对铝合金的导热和力学性能进行平衡优化，基本上克服了这两种性能相互制约的问题。但是，该申请为保证材料较高的导热性能，其Si和Fe含量较低，低含量的Si元素将显著降低合金的流动充型性能，低含量的Fe元素将影响压铸制品的脱模性能，严重影响了工业生产的效率；更重要的是，该申请公开的合金中稀土元素的种类及含量较多，成本较高，不利于工业生产的推广使用。