一种高导热近共晶型铸造铝硅合金材料及生产方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种高导热近共晶型铸造铝硅合金材料及生产方法。
【背景技术】
[0002] 随着电子信息、通信、汽车等行业的迅速发展，消费电子产品、LED照明设备、通信 基站、汽车零部件等有向小型化和高集成度发展的趋势。特别是电子通信行业的发展尤为 迅速，目前4G通信技术已开始普及，5G在未来3~5年内也将商业化运营，通信设备的运行 功率和发热量越来越高，同时对设备小型化、轻量化、可靠性的要求也越来越高。研究表明， 温度每升高2°C，电子元器件的寿命就降低10%，新材料应用和结构设计已成为提高通信设 备散热能力、降低电子元器件温度的关键。铝合金由于其优良的导热性能、可加工性能，同 时兼具低成本、环境友好、低密度等优点，在保持设备较高散热能力的同时实现设备的小型 化、轻量化具有重要的地位。
[0003] 翅片结构是一种典型的高效率散热结构，采用挤压生产的变形铝合金型材产品导 热性能和力学性能都比较优良，但生产成本也较高。型材挤压工艺适合于生产在长度方向 断面形状一致的产品，然而不适合生产结构复杂的壳类零件和箱体零件。铸造铝合金的生 产成本低、生产工序少、流程短，在成形性、导热性和成本控制方面能取得较好的平衡，适合 生产结构复杂的壳类零件和箱体零件，特别是某些带翅片、耆片的壳体，通过铸造成形具有 明显的成本和性能优势。铝硅合金在铸造铝合金中具有最优的铸造流动性，可以铸造成形 形状非常复杂的铸件，但导热性能较差。从传热学的角度出发设计的散热结构多为薄而高 的翅片，翅片厚度最薄约1~2_，高度可达60~120_，因此，提供一种高导热错娃合金，能够 同时兼具良好的铸造性能和导热性能是亟待解决的技术问题。
【发明内容】
[0004] 本发明的发明目的在于提供一种高导热近共晶型铸造铝硅合金材料及生产方法， 能够有效提高合金材料的导热性能。
[0005] 本发明基于同一发明构思，具有两个独立的技术方案： 1、一种高导热近共晶型铸造铝硅合金材料，含有Al、Si，其特征在于：还含有Sr、Ca、 B三种成分中的至少一种成分。
[0006] 合金材料含有的成分可以为下面任何一种组合， Al、Si、Sr ;或 Al、Si、Ca ;或 Al、Si、Ca、B ;或 Al、Si、Sr、B;或 Al、Si、Ca、Sr ;或 Al、Si、Ca、Sr、B。
[0007] 成分所占的质量百分比分别为 Si 8. 5~13%，Sr 0? 005~0. 1%，Ca 0? 001~0. 1%，B 0. 001-0. 1%〇
[0008] 合金材料中，含Fe低于0? 7%，含Mg低于0? 5%，含Cu低于0? 3%，含Mn低于0? 1%， 含Ti低于0. 1%，其余单个杂质元素低于0.05%，总计低于0. 25%，前述百分比为质量百分比。
[0009] 2、一种前述合金材料产品的生产方法，其特征在于：进行铸造生产时，保持熔体温 度在600~850°C范围内，将合金熔体浇入铸件的模具中，铸造成铸件。
[0010] 对铸件产品进行热处理时，热处理过程的升温速率低于20°c /min，保温温度为 100~450°C，保温时间为0. 5~10h，随后随炉冷却或空冷。
[0011] 本发明具有的有益效果： 本发明高导热近共晶型铸造铝硅合金材料，含有Sr、Ca、B三种成分中的至少一种成 分，Sr、Ca、B均可有效提高铝合金材料的导热性能，其中Sr和Ca的变质有效期较长，还可 满足生产周期较长的铸造过程的需求。本发明高导热近共晶型铸造铝硅合金材料同时具有 优良的铸造性能和导热性能，可应用于生产结构复杂同时对导热性能要求较高的零件。
[0012] 本发明高导热近共晶型铸造铝硅合金材料中，各成分所占的质量百分比分别为Si 8. 5~13%，Sr 0? 005~0. 1%，Ca 0? 001~0. 1%，B 0? 001~0. 1%，其中 Si 含量为 8. 5~13% 时，可 以保证合金在铸造时具有良好的流动性，可以铸造成形结构复杂的零件或产品。
[0013] 本发明高导热近共晶型铸造铝硅合金材料中，含Fe低于0. 7%，含Mg低于0. 5%，含 Cu低于0. 3%，含Mn低于0. 1%，含Ti低于0. 1%，其余单个杂质元素低于0. 05%，以进一步保 证合金材料的高导热性能。
[0014] 本发明进行铸造生产时，保持熔体温度在600~850°C范围内，将合金熔体浇入铸件 的模具中，铸造成铸件；对铸件产品进行热处理时，热处理过程的升温速率低于20°C /min， 保温温度为100~450°C，保温时间为0. 5~10h，本发明对铸造产品进行热处理主要起两个方 面的作用，一消除铸造应力，二是控制合金元素在合金中的存在形式，均可以进一步提高产 品的力学性能和导热性能，通过热处理可使合金热导率提高约5~10%。本发明通过适当的 热处理工序，可在同一成分范围内调控合金的热导率和力学性能，满足不同产品的需求。本 发明所提供的生产方法与传统的铸造工艺相近，技术改造成本低。
【附图说明】
[0015] 图1为本发明与国内外近共晶型铝硅系铸造铝合金的热导率对比图。
【具体实施方式】
[0016] 结合实施例进一步说明本发明的有益效果。
[0017] (一）化学成分控制： 本发明高导热近共晶型铸造铝硅合金材料为近共晶型铝硅系合金，含有Sr、Ca、B三 种成分中的至少一种成分，Sr、Ca、B均可有效提高铝合金材料的导热性能。本发明合金 材料中，含 Si 8. 5~13%，Sr 0? 005~0. l%，Ca 0? 001~0. 1%，B 0? 001~0. 1%，含 Fe 低于 0? 7%， 含Mg低于0. 5%，含Cu低于0. 3%，含Mn低于0. 1%，含Ti低于0. 1%，其余单个杂质元素低于 0. 05%，总计低于0. 25%，其余为A1和不可避免的杂质。前述百分比均为质量百分比。
[0018] 本发明合金材料含有的成分可以为下面任何一种组合： 合金 1 :A1-Si-Sr 合金，Si 含量：8. 5~13%，Sr 含量：Sr 0? 005-0. l%，Mg〈0. 5%，Cu〈0. 3%， Fe〈0. 7%，Mn〈0. 1%。
[0019] 合金 2 :A1-Si-Ca 合金，Si 含量：8. 5~13%，Ca 含量：0? 001~0. 1%，Mg〈0. 5%， Cu〈0. 3%，Fe〈0. 7%，Mn〈0. 1%。
[0020] 合金 3 :A1-Si-Ca-B 合金，Si 含量：8. 5~13%，Ca 含量：0? 001~0. 1%，B 含量： 0. 001-0. 1%, Mg<0. 5%, Cu<0. 3%, Fe<0. 7%, Mn<0. l%〇
[0021] 合金 4 :A1-Si-Sr-B 合金，Si 含量：8. 5~13%，Sr 含量：0? 005-0. 1%，B 含量： 0. 001-0. 1%, Mg<0. 5%, Cu<0. 3%, Fe<0. 7%, Mn<0. l%〇
[0022] 合金 5 :A1-Si-Ca-Sr 合金，Si 含量：8. 5~13%，Ca 含量：0? 001~0. 1%，Sr 含量： 0. 005-0. 1%, Mg<0. 5%, Cu<0. 3%, Fe<0. 7%, Mn<0. l%〇
[0023] 合金 6 :A1-Si-Ca-Sr-B 合金，Si 含量：8. 5~13%，Ca 含量：0? 001~0. 1%，Sr 含量： 0? 005-0. 1%，B 含量：0? 001~0. 1%，Mg〈0. 5%，Cu〈0. 3%，Fe〈0. 7%，Mn〈0. 1%。
[0024] 表1中，给出了本发明合金材料成分组合的多个实施例。
[0025] 表1 :合金化学成分及铸态电导率和热导率对比
【主权项】
1. 一种高导热近共晶型铸造铝硅合金材料，含有Al、Si，其特征在于：还含有Sr、Ca、 B三种成分中的至少一种成分。
2. 根据权利要求1所述的高导热近共晶型铸造铝硅合金材料，其特征在于：合金材料 含有的成分可以为下面任何一种组合， Al、Si、Sr ;或 Al、Si、Ca ;或 Al、Si、Ca、B ;或 Al、Si、Sr、B;或 Al、Si、Ca、Sr ;或 Al、Si、Ca、Sr、B。
3. 根据权利要求2所述的高导热近共晶型铸造铝硅合金材料，其特征在于：成分所占 的质量百分比分别为 Si 8. 5~13%，Sr 0? 005~0. 1%，Ca 0? 001~0. 1%，B 0? 001~0. 1%。
4. 根据权利要求3所述的高导热近共晶型铸造铝硅合金材料，其特征在于：合金材料 中，含Fe低于0. 7%，含Mg低于0. 5%，含Cu低于0. 3%，含Mn低于0. 1%，含Ti低于0. 1%，其 余单个杂质元素低于〇. 05%，总计低于0. 25%，前述百分比为质量百分比。
5. -种权利要求1所述合金材料产品的生产方法，其特征在于：进行铸造生产时，保持 熔体温度在600~850°C范围内，将合金熔体浇入铸件的模具中，铸造成铸件。
6. 根据权利要求5所述的生产方法，其特征在于：对铸件产品进行热处理时，热处理过 程的升温速率低于20°C /min，保温温度为100~450°C，保温时间为0. 5~10h，随后随炉冷却 或空冷。
【专利摘要】本发明涉及一种高导热近共晶型铸造铝硅合金材料及生产方法，合金主要成分为Al、Si,其特征在于：还含有Sr、Ca、B三种成分中的至少一种成分。进行铸造生产时，保持熔体温度在600~850℃范围内，将合金熔体浇入铸件的模具中，铸造成铸件；对铸件产品进行热处理时，热处理过程的升温速率低于20℃/min，保温温度为100~450℃，保温时间为0.5~10h，随后随炉冷却或空冷。
【IPC分类】C22C21-02, C22F1-043, C22C1-02
【公开号】CN104674078
【申请号】CN201510080257
【发明人】长海博文, 吴永福, 朱光磊, 何玉文
【申请人】江苏中色锐毕利实业有限公司
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2015年2月15日