本發(fā)明屬于高性能鋁合金，具體涉及一種高導(dǎo)熱鑄造鋁合金。

背景技術(shù)：

1、鑄造鋁合金在汽車(chē)、航空航天、電子通訊等行業(yè)得到了廣泛地應(yīng)用。為了獲得優(yōu)良的強(qiáng)度及鑄造性能，鑄造鋁合金中通常需要加入大量的si、cu、mg等合金化元素，這些合金化元素的加入均會(huì)導(dǎo)致合金的導(dǎo)熱性能和導(dǎo)電性能迅速下降。隨著5g通訊、3c電子、新能源汽車(chē)的快速發(fā)展，對(duì)具有高導(dǎo)熱性能和優(yōu)良鑄造性能的鋁合金需求日益增長(zhǎng)，目前常用的鑄造鋁合金已無(wú)法滿足使用需求。為了提高壓鑄鋁合金的熱導(dǎo)率，研究人員致力于開(kāi)發(fā)新型的高導(dǎo)熱壓鑄鋁合金。專利cn115976372b公開(kāi)了一種高導(dǎo)熱高強(qiáng)度壓鑄鋁合金材料，該發(fā)明通過(guò)在鋁合金加入ag，在保證鋁合金強(qiáng)度的同時(shí)使鋁合金的導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)到180w/(m.k)。然而，ag屬于價(jià)格昂貴元素，限制合金的廣泛應(yīng)用。專利cn114672697b公開(kāi)了一種高導(dǎo)熱壓鑄鋁合金，按照質(zhì)量百分比計(jì)包括有以下組分：ni：1.5～2.5％，fe：0.5～1.5％，mg：0.5～1.0％，zn：0.9～1.8％，b：0.1～0.3％，不可避免的其他雜質(zhì)：＜0.3％，余量為al。所述壓鑄鋁合金的導(dǎo)熱系數(shù)接近210w/(m·k)，但抗拉強(qiáng)度低于210mpa。

2、al-cu系鑄造鋁合金具有高強(qiáng)度以及可熱處理強(qiáng)化等特點(diǎn)，但由于al-cu合金熱裂傾向大、容易形成疏松，一般不適合于壓鑄成型。專利申請(qǐng)cn116987937a公開(kāi)了一種al-cu-mn-ca合金及其制備方法，該合金其原料按照質(zhì)量百分比計(jì)算，包括：cu：4％～5％，mn：0.5％～1％，ca：0.5％～1％，ti：0.1％～0.3％，余量為al；雜質(zhì)fe，si，mg等總量低于0.2％。該發(fā)明通過(guò)擠壓鑄造的制備方法在晶粒間形成(al)+al4ca共晶組織，可有效減少合金的熱裂傾向，增加al-cu-mn合金的鑄造性能。但由于cu元素主要以基體中固溶和al2cu形式存在，將導(dǎo)致合金的導(dǎo)熱性能下降。并且，mn元素也會(huì)顯著降低鋁合金的熱導(dǎo)率。因此，研發(fā)兼具高導(dǎo)熱、高強(qiáng)度和優(yōu)良?jí)鸿T性能的al-cu鋁合金對(duì)擴(kuò)大鋁合金的應(yīng)用具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種高導(dǎo)熱鑄造鋁合金。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：一種高導(dǎo)熱鑄造鋁合金，通過(guò)調(diào)控成分含量及優(yōu)化制備方法，同時(shí)提高鋁合金的導(dǎo)熱、強(qiáng)度和壓鑄性能；

3、所述高導(dǎo)熱鑄造鋁合金，包括如下質(zhì)量百分含量的元素：cu：2.7％～7.5wt.％，ca：0.5％～2.5wt.％，fe：0.08％～1.0wt.％，b≤0.08％；余量為al和不可避免的雜質(zhì)；

4、所述高導(dǎo)熱鑄造鋁合金的制備方法，包括如下步驟：

5、(1)將坩堝預(yù)熱后裝入al錠，升溫將所述al錠熔化后，升溫至720～750℃，分批次加入al-cu、al-ca、al-fe和al-b中間合金，熔化后充分?jǐn)嚢杈鶆颍窃?，得到合金熔體；

6、(2)通入ar氣體將合金熔體精煉處理；

7、(3)精煉結(jié)束后靜置，去除表面浮渣后，進(jìn)行鑄造或壓鑄成型，得到鑄態(tài)合金；

8、(4)將鑄態(tài)合金進(jìn)行時(shí)效處理得到高導(dǎo)熱鑄造鋁合金。

9、本發(fā)明將高導(dǎo)熱鑄造鋁合金中cu和ca的質(zhì)量比值控制在4.0≤cu/ca≤8.5，可以保證合金在具有優(yōu)良的鑄造性能前提下，充分利用網(wǎng)狀al8cu4ca共晶相的強(qiáng)化作用，使合金獲得良好的強(qiáng)塑性，如果cu和ca的質(zhì)量比不在4.0≤cu/ca≤8.5范圍內(nèi)，無(wú)法生成al8cu4ca共晶相、al7cu2fe共晶相，導(dǎo)致合金材料的強(qiáng)塑性、導(dǎo)熱性能顯著下降。

10、本發(fā)明中，fe元素的加入是為了降低壓鑄過(guò)程的粘模，但過(guò)高的fe含量會(huì)形成針狀富鐵相，將明顯降低合金的塑性，ca元素的存在可以對(duì)富鐵相產(chǎn)生變質(zhì)作用，降低針狀富鐵相對(duì)塑性的損害，使鑄造鋁合金具有更高的fe元素容忍度。b元素以al-b中間合金的形式加入，能夠細(xì)化合金的晶粒尺寸。

11、作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，所述精煉處理的溫度為720℃，時(shí)間為30min。

12、作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，所述時(shí)效處理的溫度為150-250℃，時(shí)間為1-8h，可以降低鋁基體中cu元素的含量，從而進(jìn)一步提高合金的熱導(dǎo)率，同時(shí)在基體中形成al8cu4ca析出相，抑制al2cu相，提高合金強(qiáng)度的同時(shí)仍保持較高的塑性。通過(guò)對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)，過(guò)高的時(shí)效溫度不利于熱導(dǎo)率的提高，而且會(huì)使合金的塑性下降。

13、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：發(fā)明通過(guò)cu、ca元素的合理配伍，fe、b元素的加入以及協(xié)同制備方法的優(yōu)化，抑制了al2cu共晶相的形成，形成了更高熔點(diǎn)的al8cu4ca共晶組織、al7cu2fe共晶組織，使合金在高溫下發(fā)生(al)+al8cu4ca共晶反應(yīng)和(al)+al7cu2fe共晶反應(yīng)，從而縮短了合金的凝固區(qū)間，降低了合金的熱裂，使合金具有優(yōu)良的鑄造性能。同時(shí)，高共晶溫度形成的al8cu4ca相和al7cu2fe相降低了鋁基體中cu元素的含量，提高了合金的導(dǎo)熱性能。

技術(shù)特征：

1.一種高導(dǎo)熱鑄造鋁合金，其特征在于，通過(guò)調(diào)控成分含量及優(yōu)化制備方法，同時(shí)提高鋁合金的導(dǎo)熱、強(qiáng)度和壓鑄性能；

2.如權(quán)利要求1所述高導(dǎo)熱鑄造鋁合金，其特征在于，所述高導(dǎo)熱鑄造鋁合金中cu和ca的質(zhì)量比為4.0≤cu/ca≤8.5。

3.如權(quán)利要求1所述高導(dǎo)熱鑄造鋁合金，其特征在于，所述精煉處理的溫度為720℃，時(shí)間為30min。

4.如權(quán)利要求1所述高導(dǎo)熱鑄造鋁合金，其特征在于，所述時(shí)效處理的溫度為150-250℃，時(shí)間為1-8h。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種高導(dǎo)熱鑄造鋁合金，屬于高性能鋁合金技術(shù)領(lǐng)域。所述高導(dǎo)熱鑄造鋁合金包括如下質(zhì)量百分含量的成分：Cu：2.7％～7.5wt.％，Ca：0.5％～2.5wt.％，F(xiàn)e：0.08％～1.0wt.％，B≤0.08％；余量為Al和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明通過(guò)Cu、Ca元素的合理配伍，F(xiàn)e、B元素的加入以及協(xié)同熔煉、鑄造或壓鑄、時(shí)效處理的制備方法，抑制了Al<subgt;2</subgt;Cu共晶相的形成，形成了更高熔點(diǎn)的Al<subgt;8</subgt;Cu<subgt;4</subgt;Ca共晶組織、Al<subgt;7</subgt;Cu<subgt;2</subgt;Fe共晶組織，使合金在高溫下發(fā)生(Al)+Al<subgt;8</subgt;Cu<subgt;4</subgt;Ca共晶反應(yīng)和(Al)+Al<subgt;7</subgt;Cu<subgt;2</subgt;Fe共晶反應(yīng)，從而縮短了合金的凝固區(qū)間，降低了合金的熱裂，使合金具有優(yōu)良的鑄造性能。同時(shí)，高共晶溫度形成的Al<subgt;8</subgt;Cu<subgt;4</subgt;Ca相和Al<subgt;7</subgt;Cu<subgt;2</subgt;Fe相降低了鋁基體中Cu元素的含量，提高了合金的導(dǎo)熱性能。因此，高導(dǎo)熱鑄造鋁合金在電子通訊、新能源汽車(chē)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)研發(fā)人員：肖文龍,彭昱晨,吳舒凡,崔世琪,馬朝利
受保護(hù)的技術(shù)使用者：天目山實(shí)驗(yàn)室
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10