本發(fā)明涉及高導(dǎo)熱高強度鋁合金材料制備的，尤其是涉及一種高導(dǎo)熱高強度鋁合金材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、鋁合金由于資源豐富、輕質(zhì)、易回收利用等特點，被廣泛應(yīng)用在機械設(shè)備、電子電器、交通運輸?shù)阮I(lǐng)域。在電子通信領(lǐng)域，各類電子元器件高度集成，隨著運行頻率增加、功率大幅提高，其發(fā)熱量也明顯提高，從而影響電子設(shè)備工作的穩(wěn)定性。

2、常見鑄造鋁合金導(dǎo)熱系數(shù)一般低于150w/(m·k)，如adc12、a356、a380等，難以滿足零部件對散熱能力的要求。隨著5g通信時代的到來，電子產(chǎn)品和通信設(shè)備小型化、輕量化、集成化的程度的提高，設(shè)備的散熱量超過當(dāng)前鋁合金材料的自然冷卻散熱能力的現(xiàn)象愈加明顯，這限制了鋁合金材料的進一步發(fā)展和應(yīng)用。

3、針對上述相關(guān)技術(shù)，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，鋁合金一般通過在al基體中引入固溶原子、析出強化相或生成中間相來強化合金。而根據(jù)金屬導(dǎo)熱的微觀機制分析，鋁合金中晶體點陣中缺陷、固溶原子或析出相會造成電場周期發(fā)生變化，從而導(dǎo)致參與傳熱的自由電子受到散射的概率增加，降低電子的平均自由程，導(dǎo)致合金導(dǎo)熱性能下降。因此，通常認(rèn)為，鋁合金的強化與材料導(dǎo)熱性能的提升構(gòu)成矛盾，所以需要在有效改善鋁合金材料導(dǎo)熱性能的同時，對其力學(xué)性能進一步優(yōu)化，使其具有優(yōu)異的強度和良好的導(dǎo)熱性能。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了改善現(xiàn)有鋁合金材料不能兼顧高導(dǎo)熱性和高強度的缺陷，本技術(shù)提供一種高導(dǎo)熱高強度鋁合金材料及其制備方法。

2、第一方面，本技術(shù)提供一種高導(dǎo)熱高強度鋁合金材料，采用如下的技術(shù)方案：

3、一種高導(dǎo)熱高強度鋁合金材料，由以下百分比元素組成：6％-15％si、0.5％-1.0％fe、0.3％-0.5％mg、0.2％-0.5％mn和0.2％-1.8％ni；余量為al。

4、通過上述技術(shù)方案，本技術(shù)優(yōu)化了高導(dǎo)熱高強度鋁合金材料的組成比例，通過優(yōu)化各元素的含量，調(diào)整了si的添加比例，si的含量增加可以提高鋁合金的流動性，填充鑄造時鑄件的收縮縫，并且可以顯著提升合金的硬度和強度，在此基礎(chǔ)上，本技術(shù)進一步選用ni元素，通過包晶反應(yīng)將脆性片狀β-al5fesi金屬間化合物轉(zhuǎn)變?yōu)槔L的al9feni相，抑制鋁硅合金中針狀相的形成，從而使鋁合金材料強度提高的同時，改善其劣化導(dǎo)熱性能的缺陷，從而實現(xiàn)了鋁合金材料兼顧良好導(dǎo)熱性能和強度性能的要求。

5、進一步的，所述高導(dǎo)熱高強度鋁合金材料還添加有高導(dǎo)熱改性劑，所述高導(dǎo)熱改性劑包括石墨烯、碳納米管或石墨顆粒中的至少一種。

6、通過上述技術(shù)方案，本技術(shù)在高導(dǎo)熱高強度鋁合金材料中添加碳材料作為高導(dǎo)熱改性劑，由于碳材料具有良好的導(dǎo)熱性能，通過將其填充至鋁合金材料內(nèi)部從而形成良好的導(dǎo)熱路徑，顯著降低熱阻，提高熱導(dǎo)率，極大地改善了散熱性能，同時碳材料為主的高導(dǎo)熱改性劑的加入還可以有效細化合金晶粒，從而有效增強材料的強度和剛性，使得合金在高溫環(huán)境下仍能保持優(yōu)良的機械性能。

7、進一步的，所述高導(dǎo)熱改性劑表面包覆有界面改性層，所述界面改性層包括金屬沉積層。

8、進一步的，所述金屬沉積層中的金屬元素包括la、sr、ce或er中的至少一種。

9、通過上述技術(shù)方案，本技術(shù)優(yōu)化了高導(dǎo)熱改性劑的結(jié)構(gòu)，通過在高導(dǎo)熱改性劑表面設(shè)置金屬沉積層，可以改善改性劑與鋁基體之間的界面結(jié)合力，增強材料的整體性能。這種界面改性不僅可以提高導(dǎo)熱性，還能改善耐磨性和抗腐蝕性，延長合金材料的使用壽命。同時，金屬沉積層的存在可以有效抑制熱傳導(dǎo)過程中的界面熱阻，提高熱導(dǎo)率。

10、在此基礎(chǔ)上，本技術(shù)進一步優(yōu)化了金屬沉積層中的元素種類，通過la、sr、ce或er等元素顯著提升合金材料的強度、耐腐蝕性以及高溫穩(wěn)定性，同時上述稀土元素具有優(yōu)良的合金化效果，它們能夠改善材料的微觀結(jié)構(gòu)，提高晶粒細化和相分布的均勻性，進而增強合金的力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性。

11、進一步的，所述高導(dǎo)熱改性劑表面包覆有鑭鈰包覆層，所述高導(dǎo)熱改性劑采用以下技術(shù)方案制成：

12、取碳酸鑭鈰置于去離子水中，添加硝酸調(diào)節(jié)ph，攪拌混合并添加尿素和十六烷基三甲基溴化銨，收集得混合液，再取石墨烯溶液置于混合液，超聲分散并收集分散漿液，過濾并收集濾餅；

13、將濾餅置于真空爐中，通保護氣體后，在高溫環(huán)境下熱處理1-2h，靜置冷卻至室溫，即可制備得所述高導(dǎo)熱改性劑。

14、通過上述技術(shù)方案，本技術(shù)優(yōu)化了高導(dǎo)熱改性劑表面包覆有鑭鈰包覆層的技術(shù)方案，由于碳酸鑭鈰在高溫環(huán)境下分解形成氧化物，再在碳材料和高溫環(huán)境下還原并有效沉積在高導(dǎo)熱改性劑表面，從而簡單快捷的制備出表面包覆有鑭鈰包覆層的高導(dǎo)熱改性劑材料，

15、進一步的，所述熱處理溫度為1000-1100℃。

16、第二方面，本技術(shù)提供了一種高導(dǎo)熱高強度鋁合金材料的制備方法，采用以下技術(shù)方案：

17、一種高導(dǎo)熱高強度鋁合金材料的制備方法，包括以下制備步驟：

18、按配方將原料鋁、鐵、鎳合金材料置于加熱爐中，升溫加熱熔融處理；

19、待加熱熔融后，再將單晶硅添加至加熱爐中，保溫處理并降溫；

20、對降溫后的加熱爐中添加純鎂，攪拌混合并加入精煉劑和高導(dǎo)熱改性劑，精煉處理并扒渣，收集熔融液并澆注至模具中，靜置冷卻即可制備得所述高導(dǎo)熱高強度鋁合金材料。

21、通過上述技術(shù)方案，本技術(shù)優(yōu)化了高導(dǎo)熱高強度鋁合金材料的制備方法，根據(jù)不同原料的性質(zhì)，調(diào)整原料添加的順序，改善原料組分的混合均勻程度，從而進一步提高了鋁合金材料的力學(xué)性和導(dǎo)熱性能，同時本技術(shù)在精煉階段的引入，確保了鋁合金中雜質(zhì)的去除，進一步提升材料的純度和性能。

22、進一步的，所述精煉處理還包括超聲輔助改性處理，所述超聲輔助改性處理功率為900-1200w，處理時間為80-100s。

23、通過上述技術(shù)方案，本技術(shù)在精煉處理過程中應(yīng)用超聲輔助改性技術(shù)的方案，首先，由于原料熔融形成的熔體中總是含有氧化物、碳化物、氮化物和硼化物等雜質(zhì)顆粒，它們的表面往往具有微米級的裂縫和裂紋，由于其表面存在氣相，因此不可被熔體浸濕，通過超聲輔助處理，能有效改善熔體對雜質(zhì)粒子的潤濕，從而激活它們成為有效的成核位點。

24、其次，本技術(shù)通過超聲輔助的技術(shù)方案，可以顯著提高合金熔體的流動性和均勻性，促進合金元素的均勻分布，增強物理化學(xué)反應(yīng)的速率，這一處理方法能夠有效降低熔體中的氣泡數(shù)量，提高鋁合金的致密性，從而提升其力學(xué)性能和導(dǎo)熱性能。

25、最后，本技術(shù)優(yōu)化了超聲功率和處理時間，可以實現(xiàn)對合金材料性能的精細調(diào)控，確保最終產(chǎn)品具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性與強度，使其更適合于高端制造和應(yīng)用領(lǐng)域。

26、進一步的，一種高導(dǎo)熱高強度鋁合金材料的制備方法還包括固溶和時效處理，所述固溶和時效處理包括以下步驟：

27、在500-550℃下固溶5-7h，室溫水淬處理后，再在160-180℃下時效處理10-18h。

28、綜上所述，本技術(shù)具有以下有益效果：

29、第一、本技術(shù)優(yōu)化了高導(dǎo)熱高強度鋁合金材料的組成比例，通過優(yōu)化各元素的含量，調(diào)整了si的添加比例，si的含量增加可以提高鋁合金的流動性，填充鑄造時鑄件的收縮縫，并且可以顯著提升合金的硬度和強度，在此基礎(chǔ)上，本技術(shù)進一步選用ni元素，通過包晶反應(yīng)將脆性片狀β-al5fesi金屬間化合物轉(zhuǎn)變?yōu)槔L的al9feni相，抑制鋁硅合金中針狀相的形成，從而使鋁合金材料強度提高的同時，改善其劣化導(dǎo)熱性能的缺陷，從而實現(xiàn)了鋁合金材料兼顧良好導(dǎo)熱性能和強度性能的要求。

30、第二、本技術(shù)在高導(dǎo)熱高強度鋁合金材料中添加碳材料作為高導(dǎo)熱改性劑，由于碳材料具有良好的導(dǎo)熱性能，通過將其填充至鋁合金材料內(nèi)部從而形成良好的導(dǎo)熱路徑，顯著降低熱阻，提高熱導(dǎo)率，極大地改善了散熱性能，同時碳材料為主的高導(dǎo)熱改性劑的加入還可以有效細化合金晶粒，從而有效增強材料的強度和剛性，使得合金在高溫環(huán)境下仍能保持優(yōu)良的機械性能。

31、第三、本技術(shù)優(yōu)化了高導(dǎo)熱改性劑的結(jié)構(gòu)，通過在高導(dǎo)熱改性劑表面設(shè)置金屬沉積層，可以改善改性劑與鋁基體之間的界面結(jié)合力，增強材料的整體性能。這種界面改性不僅可以提高導(dǎo)熱性，還能改善耐磨性和抗腐蝕性，延長合金材料的使用壽命。同時，金屬沉積層的存在可以有效抑制熱傳導(dǎo)過程中的界面熱阻，提高熱導(dǎo)率。

32、在此基礎(chǔ)上，本技術(shù)進一步優(yōu)化了金屬沉積層中的元素種類，通過la、sr、ce或er等元素顯著提升合金材料的強度、耐腐蝕性以及高溫穩(wěn)定性，同時上述稀土元素具有優(yōu)良的合金化效果，它們能夠改善材料的微觀結(jié)構(gòu)，提高晶粒細化和相分布的均勻性，進而增強合金的力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性。

33、第四、本技術(shù)在精煉處理過程中應(yīng)用超聲輔助改性技術(shù)的方案，首先，由于原料熔融形成的熔體中總是含有氧化物、碳化物、氮化物和硼化物等雜質(zhì)顆粒，它們的表面往往具有微米級的裂縫和裂紋，由于其表面存在氣相，因此不可被熔體浸濕，通過超聲輔助處理，能有效改善熔體對雜質(zhì)粒子的潤濕，從而激活它們成為有效的成核位點。

34、其次，本技術(shù)通過超聲輔助的技術(shù)方案，可以顯著提高合金熔體的流動性和均勻性，促進合金元素的均勻分布，增強物理化學(xué)反應(yīng)的速率，這一處理方法能夠有效降低熔體中的氣泡數(shù)量，提高鋁合金的致密性，從而提升其力學(xué)性能和導(dǎo)熱性能。