一種導熱性能優(yōu)異的亞共晶鋁硅合金及其制備方法與應用
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于有色金屬成形加工領域，具體設及一種亞共晶侶娃合金及其制備方 法。
【背景技術】
[0002] 侶娃合金具有結晶溫度間隔小、其娃相有很大的凝固潛熱和較大比熱容；線收縮 系數(shù)、熱裂及縮松傾向較小等特點，因此其鑄造性能優(yōu)于其它侶合金。由于侶娃合金共晶體 有良好的塑性，能較好地兼顧力學性能和鑄造性能兩方面的要求，所W侶娃合金是目前應 用最為廣泛的鑄造合金。其中亞共晶侶娃合金不僅具有良好的加工性，而且還具有良好的 鑄造性能、焊接性能和導熱性能，在航空航天、交通運輸、電力通訊等領域得到了廣泛的應 用。但隨著相關產(chǎn)品小型化、微型化和集成化的發(fā)展趨勢，如何在有限的空間內(nèi)進行有效散 熱，成為目前相關產(chǎn)品設計的關鍵問題。例如：通信設備中普遍使用了多層電路板和高密度 的表面貼裝元件，電子元器件和設備在工作時會耗散大量熱量，熱流密度增高，為保證元器 件和通信設備的可靠性，需選用導熱性能更強的材料對其進行合理熱設計。
[0003] 目前通用的共晶侶娃合金導熱材料由于其導熱系數(shù)的限制，導熱能力不足的問題 日漸突出，W最常用的ZL101合金為例，其鑄態(tài)熱導率為130W/(m ? K)，在T6處理后熱導率 為155W/(m-K)，雖然其熱導率高于化102合金120W/(m'K)，但仍不能滿足相關產(chǎn)品更加 小型化和多功能化的散熱需求。因此，開發(fā)一些新型的高熱導率鑄侶合金材料來解決高熱 流密度產(chǎn)品的散熱問題變的尤為重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是問了解決上述的共晶侶娃合金材料的熱導率低等技術問題而提 供一種高熱導率的亞共晶侶娃合金及其制備方法。
[0005] 本發(fā)明的技術解決方案是：
[0006] 一種導熱性能優(yōu)異的亞共晶侶娃合金，所述合金包括如下化學成分，Si 5-9wt. %，Mg < 0. 5wt. %，化 < 0. 5wt. %，F(xiàn)e < 0. 7wt. %，Mn < 0. 3wt. %，不可避免雜質(zhì) 元素、其余部分Al，所述不可避免的雜志元素單個低于0. 05wt. %，總計低于0. 25wt. %。
[0007] 優(yōu)選地，所述合金還包括Sr 0. 005-0.1 wt. %。
[000引 優(yōu)選地，所述合金還包括化0. 01-0. 2wt. %。
[0009] 優(yōu)選地，所述合金還包括B 0. 01-0.1 wt. %。
[0010] 優(yōu)選地，W上所述的一種導熱性能優(yōu)異的亞共晶侶娃合金的制備方法，包括如下 步驟，
[0011] S1、合金烙煉步驟，
[0012] S11、將烙煉爐加熱并維持至700-850°C，在烙煉爐中加入含侶量> 99. 7%的工業(yè) 純侶及侶娃中間合金，待完全烙化后，按配比加入其他合金元素，所述其他合金元素W中間 合金的形式加入形成混合烙體，所述烙體中Si 5-9wt. % ;
[0013] S12、對Sll中的烙體通入惰性氣體，進行除氣精煉處理，除氣精煉后靜置 10-60min，然后化去浮渣；
[0014] S2、鑄造步驟，鑄造是將合金烙體注入鑄件的模具中，使用金屬型、砂型和混合型 鑄方式，采用重力鑄造、高壓鑄造和低壓鑄造等鑄造方式鑄造的侶合金鑄件。主要包括如下 步驟：
[0015] S21、將S12中的烙體進行誘鑄，其中誘鑄的冷卻速度為1-200°C /S。
[0016] S3、熱處理步驟，
[0017] S31、對S21中的誘鑄產(chǎn)品進行0. 5-6小時的退火處理，退火保溫溫度為 100-400°C，保溫結束后，進行冷卻，所述冷卻速度維持0. 5-10°C /min。
[0018] 優(yōu)選地，所述S12中通入惰性氣體時間為10-40min，通氣時保持溫度為 700-850 °C。
[0019] 優(yōu)選地，所述511中加入的中間合金為41-51'、41-〔3、41-8中的一種或一種^上組 合物，所述烙體中 Sr 0. 005-0.1 wt. %，化 0. 01-0. 2wt. %，B 0. 01-0.1 wt. %。
[0020] 優(yōu)選地，所述的合金可應用于侶合金導電線材、椿材和型材。
[0021] 本發(fā)明可W形成如下合金：
[002引 合金 1 ;A1-Si-Sr 合金，Si 含量；5-9wt. %，Sr 含量；Sr 0. 005-0. l%，Mg<0. 5%， Cu<0. 5 %，F(xiàn)e<0. 7 %，Mn<0. 3 %。
[0023] 合金 2 ;A^Si-Ca 合金，Si 含量；5-9wt. % %，Ca 含量；0. 01-0. 2%，Mg<0. 5%， Cu<0. 5 %，F(xiàn)e<0. 7 %，Mn<0. 3 %。
[0024] 合金 3 ;A1-Si-Ca-B 合金，Si 含量；5-9wt. % %，Ca 含量；0. 01-0. 2%，B 含量； 0. 01-0. 1 %，Mg<0. 5 %，Cu<0. 5 %，化<0. 7 %，Mn<0. 3 %。
[0025] 合金 4;A1-Si-Sr-B 合金，Si 含量；5-9wt. %%，Sr 含量；Sr0.00 5-0. 1%，B 含 量；0. 01-0. 1 %，Mg<0. 5 %，Cu<0. 5 %，F(xiàn)e<0. 7 %，Mn<0. 3 %。
[0026] 合金 5 ;A^Si-Ca-Sr 合金，Si 含量；5-9wt. %%，Ca 含量；0. 01-0. 2%，Sr 含量； Sr 0. 005-0. 1 %，Mg<0. 5 %，Cu<0. 5 %，化<0. 7 %，Mn<0. 3 %。
[0027] 合金 6 ;A^Si-Ca-Sr 合金，Si 含量；5-9wt. %%，Ca 含量；0. 01-0. 2%，Sr 含量； Sr 0. 005-0. 1%，B 含量；0. 01-0. l%，Mg<0. 5%，Cu<0. 5%，F(xiàn)e<0. 7%，Mn<0. 3%。
[002引 W下分別闡述下本發(fā)明中各組分的選擇及工藝參數(shù)選擇的有益效果：
[0029] Si ;A^Si合金的共晶點為12. 6%，合金中Si含量5-9wt. %時可W保證合金在鑄 造時具有良好的流動性和力學性能，同時Si含量在此范圍內(nèi)的侶娃合金具有優(yōu)異的導熱 性能，其含量與合金熱導率和抗拉強度的關系如圖1所示。因此，本發(fā)明提供的侶娃合金材 料的Si含量控制在5-9wt. %。
[0030] 化和Mn ;合金中的化和Mn都具有促進零件脫模的作用，但化含量過高或控制不 當會形成粗大針狀的化合物相，嚴重降低合金力學性能。Mn元素能改善合金中含化相的形 貌，降低化的有害作用，但是化和Mn均能降低合金導熱性，兩者含量與侶合金熱導率關系 如圖2所示。因此，需嚴格控制合金中的化和Mn的含量，F(xiàn)e<0. 7wt. %，Mn<0. 3wt. %。 [003U 化和Mg ;侶合金中化和Mg具有強化作用，但該兩種元素固溶到侶基體中使得 合金導熱性能降低，兩者含量與侶合金熱導率關系如圖2所示。因此，在保證合金強度一 定的條件下，應合理控制合金中化和Mg的含量，并控制該兩種元素在合金組織中的分布， Mg<0. 5wt. %，0!<0. 5wt. %。
[003引 Ca ;主要起細化共晶娃的作用，加入適量的化元素可W明顯細化共晶娃，同時有 效改善合金強度及其塑性，其加入量為0. 01-0. 2wt. %。
[003引 Sr ;合金中的Sr主要起變質(zhì)共晶娃的作用，A^Si合金經(jīng)Sr變質(zhì)后，可W顯著提 高合金力學性能化及導電和導熱性能。Sr變質(zhì)劑對M-Si合金中共晶娃的變質(zhì)效果主要與 Sr含量、變質(zhì)溫度和保溫時間有關。當Sr含量低于0.005wt. %時，合金中的共晶娃仍然呈 短針椿狀，由于Sr含量太低從而達不到變質(zhì)效果；當Sr含量高于0.1 wt. %時，產(chǎn)生過變質(zhì) 組織，同時Sr含量過高將增強烙體吸氣。在烙體中加入Sr變質(zhì)劑時，Sr變質(zhì)劑溶解到烙 體中需5-30min。烙體溫度越