高導(dǎo)熱高導(dǎo)電的壓鑄稀土鋁合金及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及金屬材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高導(dǎo)熱高導(dǎo)電的壓鑄稀土鋁合金及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋁合金是以鋁為基體加入其他元素組成的合金，是結(jié)構(gòu)工程中最常用的材料，具有比重小、傳熱性好、導(dǎo)電性好、環(huán)保、可回收循環(huán)利用等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于3C、汽車交通運(yùn)輸，家居、航空航天、化工和火箭等各個(gè)領(lǐng)域。
[0003]現(xiàn)有的壓鑄(鑄造)鋁合金中，最常見的為鋁硅合金、鋁硅銅合金，其中鋁-硅類合金占多數(shù)。這類合金的壓鑄性能優(yōu)良，但機(jī)械性能一般，導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能較差，其導(dǎo)熱系數(shù)一般不超過100W/m.k，電導(dǎo)率為15ms/m左右，對(duì)發(fā)熱較大導(dǎo)熱要求較高，導(dǎo)電要求的產(chǎn)品，如照明、3C和通訊產(chǎn)品、汽車交通等領(lǐng)域的產(chǎn)品，普通壓鑄鋁合金已無法滿足應(yīng)用要求。因此迫切需要研發(fā)一種新型壓鑄鋁合金解決這一問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種高導(dǎo)熱高導(dǎo)電的壓鑄稀土鋁合金及其制備方法，該鋁合金的鑄造性能良好，導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能優(yōu)良，耐腐蝕性能優(yōu)良，機(jī)械性能中等。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是
一種高導(dǎo)熱高導(dǎo)電的壓鑄稀土鋁合金，包括如下組分:
S1:0.5 ?2.0wt%,
Cu:0.001 ?0.05wt%，
Fe:0.2 ?0.6wt%，
Mn:0.001 ?0.50wt%，
Mg:0.8 ?3.0wt%，
Zn:0.07 ?0.15wt%，
B:0.001 ?0.05wt%，
La:0.05 ?0.20wt%，
Y:0.05 ?0.2wt%，
Ce:0.05 ?0.2wt%，
余量為Al和不超過0.lwt%的雜質(zhì)D
[0006]優(yōu)選地，Mg與Si的重量比在1.73以下。
[0007]進(jìn)一步地，上述雜質(zhì)包括V、Cr, N1、Pb和Ti。
[0008]一種高導(dǎo)熱高導(dǎo)電的壓鑄稀土鋁合金的制備方法，包括以下步驟:
(1)將純鋁、純鎂、純鋅、鋁銅合金、鋁鐵合金、鋁硅合金、鋁硼合金、鋁錳、鎂鑭鈰合金、鎂釔合金預(yù)熱至150?200°C ；
(2)將經(jīng)步驟(I)處理后的純鋁、純鎂、純鋅、鋁銅合金、鋁鐵合金、鋁硅合金、鋁錳加入熔爐并全部熔化，熔化溫度保證在740?760°C，充分?jǐn)嚢杈鶆?，攪拌時(shí)間為10?15min ;
(3)在步驟(2)所獲熔體中依次添加除渣劑和用于去除雜質(zhì)氣體的精煉劑；
(4)將步驟(3)所獲熔體扒渣靜置，讓溫度保持在700?730°C，而后加入經(jīng)步驟(I)處理后的鋁硼合金、鎂鑭鈰合金、鎂釔合金，充分?jǐn)嚢璨⒊浞秩刍?，通入氬氣精?0?20min，扒渣；
(5)將步驟(4)所獲熔體靜置降溫至680?700°C后，澆注成錠，獲得所述高導(dǎo)熱高導(dǎo)電的壓鑄稀土鋁合金。
[0009]優(yōu)選地，步驟(3)中所述的除渣劑和精煉劑的添加量均為步驟(2)所獲熔體質(zhì)量的 0.5%ο
[0010]優(yōu)選地，所述的除渣劑成分包括硅酸鹽；所述的精煉劑為無鈉精煉劑，成分包括氯化鎂或和氯化鉀。
[0011]本合金系屬于Al-Mg-Si合金系列，是一種中等強(qiáng)度導(dǎo)熱、導(dǎo)電壓鑄稀土鋁合金系列。該系列合金主要合金元素為S1、Mg，其主要強(qiáng)化相為Mg2Si。
[0012]本發(fā)明在合金中添加了含量為0.001?0.05wt%的B。在純金屬中加入各種合金元素都會(huì)降低材料的導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能，因?yàn)椴煌饘俚淖杂呻娮硬灰恢?，?dǎo)致晶格畸變，電子運(yùn)動(dòng)受限。提升材料強(qiáng)度最有效途徑之一是合金化形成強(qiáng)化相固溶體，隨著強(qiáng)化相合金元素成分含量的增加，材料強(qiáng)度越高，強(qiáng)化相越多，但電子運(yùn)動(dòng)能力受到限制，電子自由程越小，材料的導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能降低；在合金材料中的V、T1、Cr、Mn、Ni等過渡族元素在合金中固溶時(shí)，這些元素很容易被吸收材料內(nèi)的自由電子以填充它們不完整的電子層。這種傳導(dǎo)電子數(shù)目的減少導(dǎo)致熱導(dǎo)率降低，它們的存在嚴(yán)重降低了材料的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能，必須加以嚴(yán)格控制，B的加入能夠與它們形成高熔點(diǎn)難熔化合物沉淀出來，從而降低了影響，獲得優(yōu)良的導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能；
本發(fā)明在合金中添加了稀土元素，含量為0.05?0.20wt%的La和0.05?0.20wt%的Ce。加入稀土可以提高合金材料的導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能，加入稀土能夠與材料中的S1、Fe形成多元化合物，減少S1、Fe在鋁中的固溶量，使導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能有顯著提高。其次稀土加入鋁合金中有明顯的凈化，除氣和大幅度減少針孔的作用，鋁液中的氣體主要是氫，占鋁液氣體中的85%，氫在鋁鑄件中造成疏松、針孔。試驗(yàn)證明，在鋁合金中添加0.1%稀土，除氫效果相當(dāng)于加0.3%的鋁合金無毒精煉劑。另外，在鋁合金中添加稀土還將起到減少氧化夾雜的作用，從而可以提高綜合性能，尤其疏松和針孔率的減少勢必顯著提升導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能；含量0.05?0.20wt%的Y，具有固溶強(qiáng)化作用，在合金中生產(chǎn)固溶強(qiáng)化相，有利于進(jìn)一步提升合金的機(jī)械性能。
[0013]本發(fā)明在合金中添加了含量為0.2?0.6?七％的Fe，可以減少壓鑄時(shí)粘模；并且Fe對(duì)導(dǎo)電、導(dǎo)熱影響相對(duì)較小。
[0014]本發(fā)明在合金中添加了 Mn，含量0.5%以內(nèi)的Mn，可以提升材料的機(jī)械性能、耐腐蝕性能；當(dāng)含量>0.5%以后，Mn對(duì)導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能影響較大，導(dǎo)熱導(dǎo)電性能線性下降。因此，本發(fā)明Mn的含量為0.001?0.50wt%o
[0015]本發(fā)明中Mg與Si的重量比可以在1.73以下，則硅對(duì)Mg2Si在鋁中的固溶度沒有影響，可得到較高強(qiáng)度的合金。Si過剩有利于提升合金抗拉強(qiáng)度，獲得盡可能多Mg2Si固溶強(qiáng)化相。從而獲得高強(qiáng)度的合金。
[0016]本發(fā)明的導(dǎo)熱、導(dǎo)電壓鑄稀土鋁合金具有強(qiáng)度高，具有鑄造性能好，導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能優(yōu)良，耐腐蝕性能好等特點(diǎn)，％ (抗拉強(qiáng)度)=220~270MPa，os (屈服強(qiáng)度)=140~190MPa，δ (延伸率)=10-18%,導(dǎo)熱系數(shù):λ =120~160ff/m.k、電導(dǎo)率 σ =20~30ms/m)，是照明、3C、通訊和汽車等領(lǐng)域?qū)岙a(chǎn)品的理想材料。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0018]本發(fā)明具體實(shí)施的技術(shù)方案是:
實(shí)施例1
將純鋁(A00鋁)、鋁硅合金(AlSil2)、鋁鐵合金(AlFelO)、純鎂(99.9)、鋁銅合金(A1-50CU)、純鋅(99.95)、鋁硼合金(A1B3)、鋁錳(Al-MnlO)、純鋅、鎂鑭鈰(Mg-LaCe)、鎂釔(Mg-25Y)經(jīng)配料計(jì)算、熔煉和澆注，最終制得的合金主要元素的含量如下所示:
Si:0.5wt%,
Cu:0.005wt%，
Fe:0.32wt%，
Mn:0.04wt%，
Mg:0.8wt%，
Zn:0.08wt%，
B:0.005wt%，
La:0.098wt%，
Ce:0.052wt%，
Y:0.05wt%，
剩余為Al和不超過0.lwt%的雜質(zhì)。
[0019]測試室溫性能如下:
ob (抗拉強(qiáng)度)=221MPa，os (屈服強(qiáng)度)=140MPa，δ (延伸率)=17.6%。導(dǎo)熱系數(shù):λ =162w/m.k，電導(dǎo)率:σ =29.5ms/m。
[0020]實(shí)施例2
將純鋁(A00鋁)、鋁硅合金(AlSil2)、鋁鐵合金(AlFelO)、純鎂(99.9)、鋁銅合金(A1-50CU)、純鋅(99.95)、鋁硼合金(A1B3)、鋁錳(Α1_Μη10)、純鋅、鎂鑭鈰(Mg-LaCe)、鎂釔(Mg-25Y)經(jīng)配料計(jì)算、熔煉和饒注，最終制得的合金主要元素的含量如下所示:
S1:1.1wt%，
Cu:0.008wt%，
Fe:0.52wt%，
Mn:0.lwt%，
Mg:1.6wt%，
Zn:0.10wt%，
B:0.009wt%，
La:0.126wt%，Ce:0.08wt%，
Y:0.09wt%，