一种用于金属模具压铸精密电子产品结构件的硬质铝合金的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种铝合金材料，特别是涉及一种用于金属模具压铸精密电子产品结 构件的硬质铝合金。
【背景技术】
[0002] 电子工业发展飞快，电子新产品的体积、结构、重量都朝着小型、超薄、超轻的方向 发展，这就对制造电子产品结构件的材料提出新的要求。
[0003] 传统电子产品的结构件从材质角度基本上可分为两大类，一类是塑胶材质，另一 类是金属材质。塑胶材质的电子产品结构件有强度低、散热效果差的缺点，这不符合小、薄、 轻的新型电子产品的技术及性能要求。传统上金属材质的结构件由于金属材料性能原因， 相对地存在厚、重及加工难等问题，特别是对小、薄、轻的新型电子产品壳件、结构件的生产 是无法用压铸工艺实现。目前，有用不锈钢板与塑料框架的混合结构，这种技术工序多、工 艺复杂、比重大且塑胶与不锈钢始终存在结合力不稳定等等诸多缺点。
[0004] 目前，镁合金在电子产品结构件的应用只能是内部支架板之类，虽能压铸出超薄 壁件，但受材料本身的致密性差的影响，品质方面总会出现针孔状现象，无法做出高质量、 高品质的外观表面；另一方面镁合金的易燃性高，生产设备对隔氧（空气）要求严格，也造 成生产成本高；镁的化学性质非常活泼，镁粉、镁肩极具易燃、易爆性，历年来国内外镁合金 生产中不断地出现爆炸、火灾等严重的安全事故。例如： 1996年至2001年间，陕西西北林机厂采用老式普通冷室压铸机和土法简易熔炉生产 镁合金壳体，多次发生重大安全事故。一次高温镁液射入模腔时突发爆炸，炸开锁模机构， 火球冲出，使当时正在现场的该厂总工艺师等人受伤；一次熔炉坩埚腐蚀穿孔泄漏起火，白 光耀眼，火势迅速扩散，该厂紧急用卡车调运细砂将机器熔炉全部堆覆，才使火势得到初步 控制。
[0005] 1998年12月，日本兵库县一压铸工场发生镁熔炉坩埚破裂泄漏事故，大量镁液流 出到机器床身和地面，继而发生大火，工场全部烧毁，多人伤亡。
[0006] 1999年3月，日本三重县一工场发生熔融镁液泄漏起火事故，镁液由坩埚腐蚀孔 中流出，与炉内隔热耐火材料反应起火，车间烧毁。
[0007] 2001年3月20日西班牙Dalphimetal公司（生产镁合金汽车配件)在清理收集镁 肩时不慎产生火花，引燃镁肩，并导致火灾发生。火灾造成25t镁锭、600t镁成品、4台全自 动压铸机生产线和厂房被彻底烧毁。
[0008] 2003年12月四川某压铸配套厂，由于打磨工段没堆积在地面上的镁粉燃烧，并酿 成火灾。
[0009] 2003年12月29日美国Garfield公司（镁回收厂储藏库)发生燃烧和爆炸。因此， 对安全生产必须高度重视。
[0010] 2008年4月25日凌晨，南京浦口浦泗路启镁镁业有限公司发生大火，过火面积达 千余平方米，燃烧的镁粉产生五颜六色的火焰，由于镁粉起火不能用水扑灭，消防调来了 12 辆消防车，72名消防官兵，用去了近20吨干粉才将火扑灭。
[0011] 2011年3月4日晚上8时43分，宁波余姚市长元路一电动工具有限公司发生火 灾，两层厂房尽数烧毁，过火面积约400平米，厂房内的镁合金制品发生连续爆炸。消防官 兵经过3个小时的奋力扑救，终将大火扑灭，所幸并无人员伤亡。
[0012] 2013年11月27日晚6时30分许，香港嘉瑞集团旗下位于深圳平湖的创金美科技 公司镁粉遇火引发爆炸起火，随后引燃了工厂两栋4层楼高的楼房。
[0013] 目前，有用铝合金做原材料制造的电子产品结构件，铝合金密度低、质量轻、热导 性及电导性好，但随着数码技术的飞快发展，数码产品结构件的厚度和强度要求越来越高， 铝合金电子产品结构件的0. 7mm壁厚和320MPa的抗拉强度已跟不上新技术的需要，实际应 用中该技术的流动性达不到高精密压铸的要求，现有的压铸型铝合金从强度和金属液流动 性方面均处于劣势。因此，探索出一种强度高、流动性好，既能实施高精密压铸又有良好电 镀性，且不存在易燃性的压铸型合金材料，是本领域的新趋势。
【发明内容】
[0014] 本发明的目的在于提供一种既能进行高精密压铸，又具备高强度性能，且能进行 高品质表面处理的用于金属模具压铸精密电子产品结构件的硬质铝合金，这种硬质合金可 用于生产小、薄、轻类型电子产品的高精密度结构件，也适用于大规格的航天航空、汽车、高 铁、轮船游艇的零部件，以及日常五金制品等等。
[0015] 本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种用于金属模具压铸精密电子产 品结构件的硬质铝合金，为采用反重力金属模压铸工艺压铸并经自然时效热处理的硬质 铝合金，其主要构成元素及其在铝合金中的质量百分比含量为：锌（Zn)21~30%，硅（Si) 5. 7~7. 2%，铜（Cu) 2. 0~2. 4%，锰（Mn) 0? 17~0. 35%，微量合金元素 0? 2~0. 6%，其余为铝（A1) 和不可避免的杂质元素，所述杂质元素中的铁在铝合金中的含量控制在0. 27%以下。
[0016] 铝（A1)为低熔点（660°C)、低密度（0? 27kg/m3)的金属，锌（Zn)为低熔点 (419°C)、高密度（0. 71kg/m3)的金属。在共晶温度443°C时，锌在铝中的溶解度是70%;共 晶温度275°C时，锌在铝中的溶解度是为31. 6%，而在共晶温度125°C时其溶解度则下降到 5. 6%。铝与锌之间在高温时无限互溶，低温下相互形成置换式固溶体，并不形成金属间化合 物。锌单独加入铝中，在变形条件下对铝合金强度的提高十分有限，限制了铝合金的性能， 因而在常规硬质铝合金中锌往往仅以微量合金元素或杂质元素的状态存在，而不是作为主 要元素。本发明提供的合金是Al-Zn-Si-Cu硬质错合金。娃（Si)在合金中可提高合金的流 动性和耐磨性，使合金有良好的致密性及可焊性。在共晶温度577 °C时，硅在固溶体中的最 大溶解度为1. 65%。当硅（Si)在铝合金中Si> 7. 2%时，初生硅相多呈粗大的多角形的形态 生长，不利于合金的性能。而Si< 7. 2%的初生硅相有明显的向树叶状枝晶转变，且硅有抑 制固溶体成核、促进其择优生长的作用，能改善合金的铸造性能，经过变质处理后，初晶硅 被球化，初生硅相呈圆状、细小、分布均匀，既提高力学性能，又改善合金的加工性能，因而 在本发明中将硅含量控制在7. 2%以下。铜（Cu)可提高合金的抗拉强度、硬度、抗晶间腐蚀 能力和高温蠕变性能。当共晶温度在548°C时，铜在铝中最大的固溶度为5. 65%，当共晶温 度降到302°C时，铜的固溶度为0. 45%。铜能提高合金过饱和程度，加速合金在100°C~200°C 之间人工时效过程，扩大GP区的稳定温度范围，提高抗拉强度、塑性和疲劳强度。时效析出 的CuA12有着明显的时效强化效果，起到一定的固溶强化作用。然而，铜在锌铝合金中含量 不宜太高，当铜的含量增加，锌铝合金周期应变疲劳抗力和断裂韧性也随着增加，并在腐蚀 介质中降低裂纹扩展速率，但铜的加入有产生晶间腐蚀和点腐蚀的倾向，故将合金中铜的 含量控制在2. 0_2. 4%之间。猛（Mn)能细化晶粒，减小二次枝晶间距，增加了共析相。Al_Mn 合金平衡相图在共晶温度658°C时，锰的固溶度为1. 82%。加入锰（Mn)形成的MnAl6二元合 金化合物弥散质点对再结晶晶粒长大起阻碍作用，阻止锌铝合金的再结晶过程，提高再结 晶温度，显著细化再结晶晶粒，减小二次枝晶间距，增加了共析相。另外，锰还可以使Mg5Al8 化合物均勾沉淀，降低热裂倾向，能大幅度提高合金的耐磨性和高温力学性能。二元合金 MnAl6的另一作用是能溶解杂质铁，形成（Fe-Mn)Al6，减小铁的有害影响。本发明的合金中 微量元素钒（V)、镁（Mg)、钛（Ti)、镍（Ni)、和铬（Cr)对铝合金起到固溶强化、细化晶粒以 及对合金中的杂质元素起到变质处理、削弱对合金性能的危害，使其性能得到改善。其中， 钒（V)是一种稀有的柔弱而黏稠的过渡金属。钒（V)与硅（Si)可形成硅化物VSi，具有极 高的硬度及化学稳定性。同时，钒（V)在铝合金中形成VAln难熔化合物，还起固溶强化和 稳定0相的作用，在熔铸过程细化再结晶组织、提高再结晶温度，钒（V)的加入大幅度提高 了合金的硬度，增加合金熔液的流动性，也进一步提高抗拉强度和伸长率。经发明人研宄试 验证明： 1.本发明的合金是Al-Zn-Si-Cu硬质铝合金，是以铝（A1)为基础元素，与硅（Si)、铜 (Cu)形成过共晶铝硅合金，锌（Zn)的加入使过共晶铝硅合金转变成硅相增强铝锌复合合 金，在铝合金中合金化与变质方法结合使硅相球化，在保持合金强度性能的基础上，使合金 的硬度、耐磨性等有大幅度的提高，对合金的流动性、气密性和抗热裂性得到很好的改善。
[0017] 2.本发明的铝合金经反重力金属模压铸工艺压铸而成，其硅相细小，分布均匀弥 散，没有共晶组织出现，初生硅相均匀分布在基体a相中，球化了的初生硅相的形状呈块 状或颗粒状，没有常规铸造铝合金组织中的长条状