一种滤波腔体的压铸方法与流程

本发明涉及金属材料领域，特别是一种合金压铸方法。

背景技术：

随着4g/5g无线通讯基站信号电器件集成化程度的提高，腔体滤波器压铸件尺寸随之增大，设备变得越来越重，散热要求也越来越高。国内外运营商对无线基站提出了高导热、轻量化、低成本的明确指标要求。铝合金压铸件是无线基站关键结构材料，为基站内部的电子元件及电路板固定提供了基础，同时将电器元件工作热量通过散热片导出，是基站信号发射箱体散热降温的主要零部件；为了提高基站腔体滤波器的散热效率，结构设计中通过增高散热片，减薄散热片等措施，因液态压铸生产工艺的限制，对腔体滤波器的结构减重，散热片增高，减薄等以达到极限，需要考虑腔体滤波器运用其它压铸生产工艺来实现高导热、轻量化、低成本。

压铸是一种液态成型方式，由于压射速度快，液体在模腔中容易形成紊流，将模腔中的空气卷入产品中；在液体碰到模具瞬间温差较大，表面的液体快速凝固，增加了芯部液体流动阻力，因此不能很好的融合进而形成冷隔，同时合金在熔炼、铸造过程中由于引入氧化物或一些其它杂质，最终也导致产品性能降低。

因此，提供一种生产高导热、轻量化、低成本的滤波腔体的压铸方法是本领域急需解决的技术问题。

技术实现要素：

根据本发明的一个方面，提供一种滤波腔体的压铸方法，包括：(1)将铝合金液转移至内部设有电磁感应器和搅拌杆的搅拌器，搅拌杆穿设于搅拌器内部。(2)盖合搅拌器，抽空搅拌器内部的空气。(3)在密闭真空条件下启动搅拌器搅拌铝合金液，使得铝合金液在电磁感应器产生磁场方向上进行电磁搅拌，同时在搅拌杆的转动作用下进行机械搅拌，铝合金液搅拌至半固态停止搅拌得到半固态铝合金浆料，搅拌时间设定为20～80分钟，半固态铝合金浆料的温度为550～650摄氏度。以及(4)将步骤(3)中得到的半固态铝合金浆料注入滤波模具，以1.5～2.5米/秒的压射速度、30～80兆帕的压射比压、60～80兆帕的增压压力压铸成型，保压7～30秒得到滤波腔体，其中，滤波模具的温度设定为250～400摄氏度。

可选择地，步骤(4)进一步包括：(4.1)准备滤波模具，向模腔内部喷涂润滑剂。(4.2)将铝合金半固态浆料注入滤波模具内，注入压力设定为100～175兆帕，压射速度设定为1.5～2.5米/秒，压射比压设定为30～50兆帕、增压压力设定为60～80兆帕，压铸成型。(4.3)压铸成型后，继续将压力维持在100～175兆帕，维持时间设定为7～15秒，直至滤波腔体铸件凝固，冷却后得到滤波腔体。

可选择地，步骤(1)之前进一步包括准备步骤a：准备铝合金，将铝合金加热至熔融得到铝合金液，铝合金液的温度为700～750摄氏度。

可选择地，步骤(1)之前进一步包括准备步骤b：将准备步骤a中得到的铝合金液置入喷射装置，以隋性气体为载体进行喷粉精炼进行一次除气以除去铝合金液中的气泡，精炼时间设定为8～18分钟，铝合金液精炼后静置15～30分钟后滤渣。

可选择地，步骤(1)之前进一步包括准备步骤c：将准备步骤b中经喷粉精炼的铝合金液转移至转子除气装置，向铝合金液旋转吹入氮气进行二次除气，其中，转子除气装置的转子转速设定为500～600转/每分钟。

可选择地，步骤(4)中石墨搅拌杆的搅拌为自搅拌器中心向搅拌器边缘转圈往返旋转搅拌。

可选择地，步骤(4)中搅拌杆的搅拌还包括上下升降搅拌。

可选择地，步骤(3)中搅拌器的电磁感应器产生的磁场为旋转磁场或行波磁场。

可选择地，本发明的滤波腔体的压铸方法进一步包括步骤(5)，将步骤(4)中压铸成型的滤波腔体在545～550摄氏度条件下固溶处理6～8小时后水淬。

可选择地，本发明的滤波腔体的压铸方法进一步包括步骤(6)，将步骤(5)中水淬后的滤波腔体在185～250摄氏度条件下时效处理3～5小时。

其中，压射比压是压铸的液体金属单位面积上所受的压力。压射比压的选择根据不同合金和铸件的结构特性确定。压射速度的选择，对于厚壁或内部质量要求较高的铸件，选择较低的充填速度和高的增压压力；对于薄壁或表面质量要求高的铸件以及复杂的铸件，选择较高的压射比压和高的充填速度。

增压压力是在模具充满合金且处于液态或半液态时建立，这样增压才能在铸件各个部位起作用。增压的作用是减小铸件的孔隙度，降低气孔及缩孔对铸件质量的影响。作用在合金上的增压压力是由压铸经验选取的，并结合铸件对合金密度及强度的要求及加工部位要求确定。buehler公司推荐的增压比压是：对于一般的铝、镁及铜压铸件取40mpa，重要的铸件取40-60mpa，对于有气密性要求的铸件取80-100mpa。对于薄壁铸件可选36-60mpa的增压；对于厚壁压铸件可用60～80mpa的增压，通常增压可以在40-70mpa范围选取。

固溶处理是为了溶解基体内的碳化物、γ'相等以得到均匀的过饱和固溶体，便于时效处理时重新析出颗粒细小、分布均匀的碳化物和γ'等强化相，同时消除由于冷热加工产生的应力，使合金发生再结晶。其次，固溶处理是为了获得适宜的晶粒度，以保证合金高温抗蠕变性能。固溶处理的温度范围大约在980～1250℃之间，主要根据各个合金中相析出和溶解规律及使用要求来选择，以保证主要强化相必要的析出条件和一定的晶粒度。

本发明的滤波腔体的压铸方法包括在200～205℃时效处理3～5小时，随炉冷却后得到滤波腔体，目的在于通过控制加热速度使滤波腔体的温度在200～205℃温度下，保温3～5小时后冷却，改变其滤波腔体内部的组织，提高其力学性能，增强耐腐蚀性能，改善加工性能，获得尺寸的稳定性。

本发明的滤波腔体的压铸方法在铝合金液凝固过程中同时施以电磁搅拌和机械搅拌，充分的破碎铝合金液中的支状初生固相，得到液态金属母相中均匀悬浮着球状、椭球状或蔷薇初生固相的固液混合浆料，即半固态铝合金浆料。

本发明的滤波腔体的压铸方法中铝合金液在电磁感应器产生的磁场作用下产生感应电流，感应电流与电磁感应器产生的磁场相互作用产生推动铝合金液流动的电磁力，铝合金液在电磁力作用下沿磁场方向进行电磁搅拌，搅拌杆的机械搅拌为自搅拌器中心向搅拌器边缘转圈往返旋转搅拌铝合金液，破坏铝合金液的电磁搅拌过程，进一步增加铝合金液发生的碰撞强度，以使得半固态铝合金浆料中的α-al晶粒的尺寸更小、球形度更高，半固态铝合金浆料具有更好的流动性，更有利于半固态铝合金浆料的压铸成形。

本发明的滤波腔体的压铸方法，将半固态技术应用于腔体滤波器的生产领域，与传统的普通液态压铸成型工艺相比，普通液态压铸是喷射充型，但是半固态成型时，金属充型平稳，不易发生紊流和喷溅，减轻了金属的氧化、裹气的情况，制备得到的滤波腔体的内部结构致密，气孔、偏析等缺陷少，晶粒细小，力学性能高，力学性能提高，其强度高于传统的液态金属压铸件。

本发明的滤波腔体的压铸方法凝固时间短、加工温度低、凝固收受率小，提高了铸件的尺寸精度的同时提高产品的生产率，节约生产成本，更适用于工业广泛应用。铝合金液搅拌成为半固态铝合金浆料的过程中已释放了部分结晶潜热，减轻后续压铸成型产生的热冲击，半固态铝合金浆料压铸成型时产生的剪切应力，比传统的枝晶浆料小至少三个数量级，因此获得的滤波腔体充型平稳、热负荷小、热疲劳强度降低、具有更长的使用寿命。

由于半固态铝合金浆料晶粒细小，压铸成型不易发生紊流和喷溅，所以压铸获得的滤波腔体重量减轻、壁厚减薄、导热效率升高。此外，半固态铝合金浆料压铸获得的滤波腔体缺陷少成型率高，产品合格率可达95％以上，可大幅度减少后续的毛坯加工过程，降低加工成本，减少耗能。

本发明的滤波腔体的压铸方法在半固态铝合金浆料压铸时的温度为550～650摄氏度，摆脱了传统压铸的高温液态金属环境，凝固速度加快，生产率提高，工艺周期缩短。

本发明的滤波腔体的压铸方法适于采用计算机辅助设计和制造，提高了生产的自动化程度，适用于大批量生产，对于未来广泛应用打下基础。

本发明的滤波腔体的压铸方法的有益效果为：

1、本发明的滤波腔体的压铸方法，压铸获得的滤波腔体重量减轻，壁厚减薄，导热效率升高。

2、本发明的滤波腔体的压铸方法，采用电磁搅拌与机械搅拌相结合的方法，使得半固态铝合金浆料中的α-al晶粒的尺寸更小、球形度更高，半固态铝合金浆料的流动性更好。

3、本发明的滤波腔体的压铸方法成型率高，可大幅度减少后续的毛坯加工过程，降低加工成本，减少耗能。

4、本发明的滤波腔体的压铸方法，与传统的液态金属直接压铸相比较，凝固时间短，加工温度低，不但提高了滤波腔体的尺寸精度，而且提高了产品的生产率。

附图说明

并入到说明书中并且构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与描述一起用于解释本发明的原理。在这些附图中，类似的附图标记用于表示类似的要素。下面描述中的附图是本发明的一些实施例，而不是全部实施例。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明的滤波腔体的压铸方法制备的滤波腔体的内部晶体结构。

图2为常规液态压铸方法制备的滤波腔体的内部晶体结构。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

下面将通过具体实施例的方式详细解释本发明提供的滤波腔体的压铸方法。

本申请提供了一种滤波腔体的压铸方法，包括：

步骤1s准备铝合金，将铝合金加热至熔融得到铝合金液，可以选择硅铝合金、锌铝合金、铜铝合金、镁铝合金等为原料。优选地，可以选择alsi8铝合金为原料，这样得到的滤波腔体的导热系数更高、壁厚更薄、轻量化成度高。铝合金液的温度约为700～750摄氏度。优选地，可以选择700～735摄氏度，在这样的温度下得到的滤波腔体的成型率更高，可以达到90％以上，例如在实际操作过程中，可以选择700摄氏度、720摄氏度或者735摄氏度。

步骤2s将得到的铝合金液转移至喷枪在精炼温度范围内，例如，精炼温度范围可以为700～740℃，以隋性气体为载体进行喷粉精炼，待有精炼剂喷出时，在铝合金液内插入铁管作水平运动，插入深度应是铁管端头在铝合金液深度的2/3，前后左右移动铁管数次以除去铝合金液中的气泡，精炼时间设定为8～18分钟，铝合金液精炼后静置15～30分钟后除去滤渣。其中，隋性气体可选择n2、ar、he、kr或其它惰性气体中的一种或以上，优选地，可以选择n2，取材方便且成本低。优选地，精炼时间设定为12～18分钟，铝合金液精炼后静置25～30分钟后滤渣，这样能够更大程度去除铝合金液中的氢气并减少铝合金液中的杂质，使得制备得到的滤波腔体的成型率更高同时更大程度的减少铝合金液中的杂质含量，这样的设置方式下，其成型率可以达到92％以上。例如在实际操作过程中，可以选择精炼时间设定为15分钟，铝合金液精炼后静置28分钟。

步骤3s将经喷粉精炼的铝合金液转移至转子除气装置，向铝合金液旋转吹入惰性气体进行二次除气，其中，转子除气装置的转子转速设定为500～600转/每分钟，吹入的惰性气体压力为10～15兆帕。其中，转子除气装置可以为石墨转子除气装置。优选地，转子除气装置转子转速可以选择500～550转/每分钟，在此条件下喷出的气泡能够迅速均匀的扩散到整个铝合金液中，避免转速太慢造成较大气泡在铝合金液中停滞，也避免转速太快气泡与铝合金液碰撞加剧造成铝合金液翻滚以将氢气或其它杂质引入铝合金液中造成污染，例如在实际操作过程中，转子转速可以选择500转/每分钟、525转/每分钟、540转/每分钟或者550转/每分钟。优选地，吹入的惰性气体的压力为12～13兆帕，惰性气体可以是n2，或者ar、he、kr或其它惰性气体中的一种或以上。例如在实际操作过程中，可以选择n2，取材方便且成本低。

步骤4s将经二次除气的铝合金液转移至内部设有电磁感应器的搅拌器，搅拌器内部设有穿设于搅拌器内部的搅拌杆。搅拌杆的材质可以是石墨或陶瓷，以避免高温搅拌铝合金液腐蚀搅拌杆提高搅拌杆重复利用率、延长搅拌杆使用寿命，同时避免腐蚀的搅拌杆成分污染铝合金液，保证了制备得到的滤波腔体的品质。

步骤5s盖合搅拌器，抽空搅拌器内部的空气，在此条件下搅拌铝合金液缩短搅拌铝合金液成为半固态所需时间，避免铝合金液搅拌过程中翻滚引入氢气，此步骤为优选步骤，在实际操作过程中可省略。

步骤6s在密闭真空条件下启动搅拌器搅拌铝合金液，电磁感应器产生磁场，石墨搅拌杆自搅拌器中心向搅拌器边缘转圈往返旋转搅拌同时上下升降搅拌，使得铝合金液在进行电磁搅拌的同时在石墨搅拌杆的转动作用下进行机械搅拌，搅拌时间设定为20～80分钟，铝合金液搅拌至半固态停止搅拌得到温度为500～650摄氏度的半固态铝合金浆料。其中，电磁反应器产生的磁场为旋转磁场、行波磁场或旋转磁场与行波磁场交互循环，铝合金液在电磁感应器产生的磁场作用下产生感应电流，感应电流为500～600安，电流密度为15～30安/平方厘米，感应电流与电磁感应器产生的磁场相互作用产生推动铝合金液流动的电磁力，铝合金液在电磁力作用下沿磁场方向进行电磁搅拌。优选地，电磁反应器产生的磁场为旋转磁场与行波磁场交互循环，在此条件下得到的半固态铝合金浆料中的α-al晶粒的尺寸更小、球形度更高，具有更好的流动性，更有利于滤波腔体的压铸成形。优选地，感应电流为520～550安，电流密度为20～25安/平方厘米，在此条件下能够充分破碎铝合金液中的支状初生固相，形成均匀悬浮分散于铝合金液母相中的球状、椭球状或蔷薇初生固相。石墨搅拌杆自搅拌器中心向搅拌器边缘转圈往返旋转搅拌同时上下升降搅拌破坏铝合金液的电磁搅拌过程，使铝合金液搅拌碰撞更加激烈，得到的半固态铝合金浆料中的晶粒较传统的枝晶浆料小3～5个数量级，平均晶粒尺寸为25～50um，使得获得的滤波腔体充型平稳、热负荷小、热疲劳强度降低、具有更长的使用寿命。优选地，得到的半固态铝合金浆料的温度为530～570摄氏度，在此温度条件下的半固态铝合金浆料更大程度的释放了铝合金液固化结晶产生的潜热，降低后续压铸过程对滤波腔体产生的热冲击，减轻压铸时产生的剪切应力，获得的滤波腔体具有更长使用寿命。电磁搅拌与机械搅拌配合的搅拌方式，使得形成的半固态铝合金浆料内部晶粒尺寸更小、分布更加均匀，使得制备得到的滤波腔体无气孔缩孔，变形量小于传统常规液态压铸得到的滤波腔体。形成的半固态铝合金浆料内部晶粒球形度高、导热性更好，制备得到的滤波腔体的厚度较传统常规液态压铸得到的滤波腔体更薄，例如，传统常规液态压铸得到的滤波腔体最小壁厚为2毫米，本发明的滤波腔体的压铸方法压铸得到的滤波腔体的最小壁厚可达到1毫米，由于壁厚变薄，本发明的滤波腔体的压铸方法压铸得到的滤波腔体质量更轻，向轻量化元件方向发展，拓展了滤波腔体的发展方向。

步骤7s将步骤6s中得到的半固态铝合金浆料注入滤波模具型腔，以1.5～2.5米/秒的压射速度、30～80兆帕的压射比压、60～80兆帕的增压压力压铸成型，保压7～30秒得到滤波腔体，其中，滤波模具的温度设定为250～400摄氏度。优选地，压射速度为1.8～2.2米/秒的压射速度，在此压射速度下压射，半固态浆料凝固时间缩短，成型率更高，例如在实际操作过程中，可以选择1.8米/秒的压射速度、1.9米/秒的压射速度、2.0米/秒的压射速度或2.2米/秒的压射速度。优选地，压射比压为45～80兆帕，在此压力下得到的滤波腔体壁厚更薄，质量更轻，例如在实际操作过程中，可以选择45兆帕的压射比压、55兆帕的压射比压、65兆帕的压射比压以及80兆帕的压射比压。优选地，增压压力为60～70兆帕，在此条件下压铸得到的滤波腔体强度更高，更耐磨损，例如在实际操作过程中，可以选择60兆帕的增压压力、65兆帕的增压压力或70兆帕的增压压力。优选地，保压时间设定为10～15秒，在此条件下得到的滤波腔体更完整且成型率高，避免因保压时间短造成滤波腔体未定型也避免保压时间过长导致生产周期增长。优选地，滤波模具的温度设定为300～350摄氏度，在此条件下得到的滤波腔体更容易脱模，无需打磨即可直接电镀。

8s将步骤7s中得到的滤波腔体在545～550摄氏度条件下固溶处理6～8小时后水淬。优选地，固溶温度为545～548摄氏度、固溶时间为6.5～7.5小时，再此温度条件下固溶处理得到的滤波腔体以消除压铸过程中产生的剪应力，溶解滤波腔体内的碳化物、γ'相，使得滤波腔体内的碳化物分布更加均匀、合金成分发生再结晶，提高滤波腔体的高温抗蠕变性能，例如在实际操作过程中，可以选择固溶温度为545摄氏度、固溶时间为7小时、固溶温度为547摄氏度、固溶时间为7小时或固溶温度为548摄氏度、固溶时间为6.5小时。

9s将步骤8s中水淬后的滤波腔体在在185～250摄氏度条件下时效处理3～5小时，优选地，时效处理温度为200～225摄氏度，在此条件下滤波腔体中重新析出颗粒细小、分布均匀的碳化物和γ'等强化相，提高滤波腔体内的的晶体圆整度，例如在实际操作过程中，可以选择时效处理温度为200摄氏度、210摄氏度、215摄氏度、220摄氏度或225摄氏度。优选地，时效处理时间为3.5～4.5小时，在此条件下时效处理得到的滤波腔体内的晶粒圆整度高达75％以上，增加了滤波腔体的导热效率，例如在实际操作过程中，可以选择时效处理时间为3.5小时、4小时或4.5小时。

下面进一步通过表1，给出本发明的实施例中的压铸方法得到的滤波腔体与传统的常规液态压铸方法获得的滤波腔体的参数对比。具体请参见表1示出的本发明与传统工艺制备的的滤波腔体的比较。

表1本申请与传统工艺制备的滤波腔体的对照表

根据附图1和2可知，本发明的滤波腔体的压铸方法制备得到的滤波腔体内部的晶体为大小均匀的圆形晶粒、圆整度高、且分布均匀，传统的常规液态压铸方法制备得到的滤波腔体的内部晶体成支装不规则分布，且晶体粒径尺寸大小相差大。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其它变体意在涵盖非排它性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，仅仅参照较佳实施例对本发明进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。