本发明涉及材料技术领域，具体的，涉及铝合金及其制备方法、手机结构件和手机。
背景技术：
铝合金具有质量轻、强韧性好、耐腐蚀以及特有的金属光泽等特性，被越来越多的电子电器、通讯器材、照明器件、汽车等零部件所采用，如智能手机、笔记本电脑、平板电脑的外壳，led灯的散热器和灯罩，3g、4g无线通讯基站的散热器、机柜、滤波器，电饭煲、电磁炉、热水器的发热盘，新能源汽车的控制器机箱、驱动电机外壳等。为了满足零部件薄壁化、轻量化、高强度和铸造生产的需要，对铝合金的铸造流动性和力学性能都提出了越来越高的要求。目前最常用的铸造铝合金是al-si系铸造铝合金，典型牌号有zl101、a356、a380、adc10、adc12等，具有很好的铸造流动性，能够满足铸造的工艺要求，但压铸后的产品本体力学性能一般，其抗拉强度一般为250～280mpa，屈服强度为170～190mpa，无法满足对承力要求较高的铝合金压铸件产品。
因而，目前的铝合金相关技术仍有待改进。
技术实现要素：
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种强度和导热综合性能高的铝合金。
在本发明的一个方面，本发明提供了一种铝合金。根据本发明的实施例，基于所述铝合金的总质量，按照质量百分比计，所述铝合金包括：12.0～16.0％的si；2～4％的cu；0.8～1.2％的mg；0.6～0.9％的fe；0.05～0.3％的cr；0.03～0.2％的sc；0.03-0.2％的pr；0.03～0.05％的sr；及75～85％的铝。该铝合金具有强度、导热综合性能高的优点，即在具有较好的导热性能的同时，还具有良好的屈服强度和抗拉强度，可以满足手机结构件高强度的发展需求，适宜用于极薄的手机中板等关键结构件的制造。
在本发明的另一方面，本发明提供了一种制备前面所述的铝合金的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：将铝、含硅原料、含铜原料、含镁原料、含铁原料、含铬原料、含钪原料、含镨原料和含锶原料加热融化，得到铝合金液；对所述铝合金液依次进行精炼、除渣和搅拌处理；将经过所述搅拌处理的所述铝合金液进行铸造，得到所述铝合金。该方法操作简单、方便，易于工业化实施，且得到的铝合金具有高导热性能的同时，兼具良好的力学性能和塑性加工性。
在本发明的另一方面，本发明提供了一种手机结构件。根据本发明的实施例，该手机结构件的至少一部分是利用前面所述的铝合金构成的。该手机结构件在具有较薄的厚度时，仍然具有良好的强度和理想的导热性能，使用效果较佳。
在本发明的再一方面，本发明提供了一种手机。根据本发明的实施例，该手机包括前面所述的手机结构件。由此，该手机具有较好的力学强度、塑性和导热性能，能够很好的满足用户对手机高强度、高导热性能的要求，提高用户体验。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
在本发明的一个方面，本发明提供了一种铝合金。根据本发明的实施例，基于所述铝合金的总质量，按照质量百分比计，所述铝合金包括：12.0～16.0％的si；2～4％的cu；0.8～1.2％的mg；0.6～0.9％的fe；0.05～0.3％的cr；0.03～0.2％的sc；0.03-0.2％的pr；0.03～0.05％的sr；及75～85％的铝。该铝合金具有强度、导热综合性能高的优点，即在具有较好的导热性能的同时，还具有良好的屈服强度和抗拉强度，可以满足手机结构件高强度的发展需求，适宜用于极薄的手机中板等关键结构件的制造。
具体的，该铝合金中，si(硅)可以使得铝合金具有很好的铸造流动性，满足铸造的工艺要求，具体含量可以为12.0％、13％、15％、16％等等；mg(镁)可以显著提升铝合金的屈服强度和抗拉强度，具体含量可以为0.8％、0.9％、1.0％、1.2％等等；而铝合金中加入sc(钪)可以在均匀化或固溶过程中析出与基体共格的弥散相a13sc，能够有效地抑制再结晶，此外，al3sc本身细小均匀，可以细化铸态组织，使铸态组织从树枝晶向等轴晶转变，具体含量可以为0.03％、0.1％、0.15％、0.2％等等；pr(镨)在铝合金中主要存在于晶界处并形成稀土化合物，能有效地细化晶粒、提高析出相的弥散度，pr的加入可以使铝合金的断口中韧窝数量增加，从而使铝合金强度增加的同时塑性也有所提高，具体含量可以为0.03％、0.1％、0.15％、0.2％等等；而sr(锶)是表面活性元素，在结晶学上锶能改变金属间化合物相的行为，用锶元素进行变质有效时间长、效果和再现性好，可以提高铝合金的力学性能和塑性加工性，另外可以提升材料导热性能，具体含量可以为0.03％、0.04％、0.05％等等。铝的具体含量可以为75％、77.15％、80％、84.46％等。
具体的，上述铝合金中，cu和mg的质量比为2.1：1～2.5：1，具体如2.2:1、2.3:1等，在该比例范围内，cu和mg可以协同、配合作用，使得铝合金组织中具有α+si+w(即al过饱和固溶体+si+alxmg5cu4si4)结构，进而该铝合金可以同时兼顾较好的力学性能、导热性能和韧性。
经过验证发现，上述各组分的含量在上述范围内，可以更好的配合、协同作用，如果硅含量过少，则铝合金的压铸流动性下降，无法很好地满足压铸的工艺要求，如果硅含量过多，则做出的产品表面光洁度很差，切削加工时刀具易磨损；如果镁含量过多，则铝合金的延伸率达不到要求影响使用效果，如果镁含量过少，则铝合金的屈服强度和抗拉强度达不到使用要求，影响使用效果；如果钪含量过多，则变质效果变差，如果钪含量过少，则铝合金的铸态组织粗大，力学性能、塑性加工性和导热性能较差；如果镨含量过多，则变质效果变差，如果镨含量过少，则铝合金强度和塑性较差，达不到较高的使用要求；如果锶含量过多，则变质效果变差，如果锶含量过少，则铝合金强度和塑性较差，达不到较高的使用要求。
根据本发明的一些具体实施例，基于所述铝合金的总质量，按照质量百分比计，所述铝合金包括：13.0～15.0％的si；2～3％的cu；0.9～1.1％的mg；0.65～0.85％的fe；0.05～0.2％的cr；0.1～0.15％的sc；0.1-0.15％的pr；0.03～0.04％的sr；及78～84％的铝(具体如78％、79％、79.51％、80％、81％、82％、83％、83.17％、84％等)。在该范围内，铝合金的导热性能、力学性能和塑性加工性能相对更佳。
根据本发明的实施例，基于所述铝合金的总质量，按照质量百分比计，所述铝合金中杂质含量小于0.1％。具体的，由于原料的纯度很难达到100％，且制备过程中也很可能引入杂质，因此铝合金中通常均含有不可避免的杂质(例如v、ga和p等)，在本发明中，铝合金中杂质的含量小于0.1％，具体如(0.08wt％、0.05wt％、0.01wt％、0.005wt％等等)，可以很好的保证铝合金的各项性能满足要求，不会对铝合金产生负面影响。
根据本发明的实施例，基于所述铝合金的总质量，按照质量百分比计，所述铝合金由以下组分构成：12.0～16.0％的si；2～4％的cu；0.8～1.2％的mg；0.6～0.9％的fe；0.05～0.3％的cr；0.03～0.2％的sc；0.03-0.2％的pr；0.03～0.05％的sr；及余量的铝。具有上述组分和配比的铝合金，同时兼具良好的导热性能、力学性能和塑性加工性能，能够满足手机结构件的高强度和高导热性能要求，适于制备手机中板等手机结构件。
根据本发明的实施例，基于所述铝合金的总质量，按照质量百分比计，所述铝合金由以下组分构成：13.0～15.0％的si；2～3％的cu；0.9～1.1％的mg；0.65～0.85％的fe；0.05～0.2％的cr；0.1～0.15％的sc；0.1-0.15％的pr；0.03～0.04％的sr；及余量的铝。具有上述组分和配比的铝合金，导热性能、力学性能和塑性加工性能相对更佳，更加适宜制备手机中板等手机结构件。
根据本发明的实施例，该铝合金满足以下条件的至少一种：屈服强度大于220mpa，具体可以为225～300mpa(如225mpa、230mpa、240mpa、250mpa、260mpa、270mpa、280mpa、290mpa、300pa等)，抗拉强度大于320mpa，具体可以为330～380mpa(如330mpa、340mpa、350mpa、360mpa、370mpa、380mpa等等)，延伸率大于1.5％，具体可以为1.6～2.8％(如1.6％、1.7％、1.8％、1.9％、2.0％等等)，导热系数大于120w/m.k，具体可以为125～150w/m.k(如125w/m.k、130w/m.k、140w/m.k、150w/m.k、160w/m.k、170w/m.k、180w/m.k、190w/m.k、200w/m.k等等)。具体的，该铝合金满足上述任意一个条件、任意两个条件、任意三个条件或者全部四个条件，一些具体实施例中，该铝合金可以满足上述全部四个条件。由此，该铝合金同时具备良好的强度、导热性能和塑性加工性，可满足手机结构件高强度的发展需求，用于极薄的手机中板等关键结构件的制造。
在本发明的另一方面，本发明提供了一种制备前面所述的铝合金的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：将铝、含硅原料、含铜原料、含镁原料、含铁原料、含铬原料、含钪原料、含镨原料和含锶原料加热融化，得到铝合金液；对所述铝合金液依次进行精炼、除渣和搅拌处理；将经过所述搅拌处理的所述铝合金液进行铸造，得到所述铝合金。该方法操作简单、方便，易于工业化实施，且得到的铝合金具有高导热性能的同时，兼具良好的力学性能和塑性加工性。
根据本发明的实施例，上述各原料的提供形式没有特别限制，可以根据实际需要灵活选择，例如，铝可以以铝锭形式提供，含硅原料、含铜原料、含镁原料、含铁原料、含铬原料、含钪原料、含镨原料和含锶原料则可以以单质或者中间合金的形式提供。本发明的一些具体实施例中，该方法可以包括：将铝锭加热熔化，并加入铝硅、铝铜、铝镁、铝铁、铝铬、铝钪、铝镨、铝锶中间合金后搅拌熔化，得到铝合金液；对所述铝合金液依次进行精炼、除渣和搅拌处理；将经过所述搅拌处理的所述铝合金液进行铸造，得到所述铝合金。该方法操作简单、方便，易于工业化实施，且得到的铝合金具有高导热性能的同时，兼具良好的力学性能和塑性加工性。
具体的，可以将经过所述搅拌处理的所述铝合金液降温至680～700℃(具体如680℃、685℃、690℃、695℃、700℃等)并静置10～20min(如10min、11min、12min、13min、14min、15min、16min、17min、18min、19min、20min等)后进行铸造。由此，对铸造设备损伤小，利于延长铸造设备的使用寿命，得到的铝合金性能更佳，且操作安全性更高。
根据本发明的一些具体实施例，制备上述铝合金的方法可以包括以下步骤：(1)配料计算；(2)根据计算好的配料在熔炉中加入纯铝熔炼，熔炼后保持温度在720℃-740℃；(3)加入铝硅、铝铜、铝镁、铝铁中间合金熔炼，熔炼后保持温度在720℃-740℃；(4)加入铝铬、铝钪、铝镨、铝锶中间合金熔炼，熔炼后保持温度在720℃-740℃；(5)搅拌铝合金液使成分均匀然后除渣、取样化验；(6)根据化验结果调整各元素成分含量直至达到要求的范围；(8)精炼除气：将精炼剂通过氮气吹入铝合金液底部进行精炼除气，直至精炼完毕；(9)将铝合金液降温至680～700℃并静置10～20min后浇铸成铝合金锭。
根据本发明的实施例，为了得到满足使用要求的铝合金工件，可以将得到的合金锭进行压铸，得到压铸件。其中，压铸给汤温度可以为700～750℃(如700℃、710℃、720℃、730℃、740℃、750℃等)，模具温度可以为200～300℃(200℃、210℃、220℃、230℃、240℃、250℃、260℃、270℃、280℃、290℃、300℃等)，料筒温度可以为100～200℃(如100℃、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、180℃、190℃、200℃等)。得到的压铸件可以在室温环境下可进行7天的自然时效处理。该方法得到的铝合金具有强度、导热综合性能高的优点。屈服强度>220mpa，抗拉强度>320mpa，延伸率>1.5％，导热＞120w/m.k。该合金材料可满足手机结构件高强度的发展需求，可以用于极薄的手机中板等关键结构件的制造。
在本发明的另一方面，本发明提供了一种手机结构件。根据本发明的实施例，该手机结构件的至少一部分是利用前面所述的铝合金构成的。该手机结构件在具有较薄的厚度时，仍然具有良好的强度和理想的导热性能，使用效果较佳。
根据本发明的实施例，所述手机结构件包括手机中板。由此，该手机中板具有较高的导热性能的同时，还具有较好的力学性能和塑性加工性，使用效果较佳。
在本发明的再一方面，本发明提供了一种手机。根据本发明的实施例，该手机包括前面所述的手机结构件。由此，该手机具有较好的力学强度、塑性和导热性能，能够很好的满足用户对手机高强度、高导热性能的要求，提高用户体验。
本领域技术人员可以理解，除了前面描述的所述手机结构件，该手机还具备常规手机必须具备的结构和部件，例如还包括显示屏、触控屏、电池后盖、盖板、指纹识别模组、照相模组、声音系统等等，在此不再一一赘述。
下面详细描述本发明的实施例。
实施例
实施例1-28和对比例1-17的铝合金配方分别见下表1和表2。
表1(wt％)
表2(wt％)
实施例1-28和对比例2-17中铝合金的制备工艺如下：
(1)配料计算；
(2)根据计算好的配料在熔炉中加入纯铝熔炼，熔炼后保持温度在720℃-740℃；
(3)加入铝硅、铝铜、铝镁、铝铁中间合金熔炼，熔炼后保持温度在720℃-740℃；
(4)加入铝铬、铝钪、铝镨、铝锶中间合金熔炼，熔炼后保持温度在720℃-740℃；
(5)搅拌铝合金液使成分均匀然后除渣、取样化验；
(6)根据化验结果调整各元素成分含量直至达到要求的范围；
(8)精炼除气：将精炼剂通过氮气吹入铝合金液底部进行精炼除气，直至精炼完毕。
(9)将铝合金液降温至680～700℃并静置10～20min后浇铸成铝合金锭。
(10)压铸：将得到的合金锭进行压铸，得到压铸件。其中，压铸给汤温度为700-750℃，模具温度为200～300℃，料筒温度为100-200℃。
(11)得到的压铸件在室温环境下可进行7天的自然时效处理。
性能检测：
拉伸测试
采用gbt228.1-2010，测量3根拉伸件并取平均值作为拉伸测试结果。
导热测试
导热测试采用gbt22588-2008闪光法测量热扩散系数或导热系数，试样尺寸为φ12.6～12.7×(2～4)mm，测试设备型号为耐驰lfa467，需保证样品表面光洁平整。
杂质含量测试：
通过激光直读光谱对上述实施例1-28中得到的铝合金中各组分的含量进行测试，所有铝合金中的杂质含量均在0.1％以下。
性能测试结果见表3。
表3
由上表数据可以看出，实施例1-28的铝合金兼具较好的力学性能(屈服强度和抗拉强度)、延伸率和导热系数，其中，实施例4、6-7、10-11、15-16、19-21、23和26的铝合金力学性能、延伸率和导热系数之间的平衡更好，而根据对比例1-17可知，如果各组分的含量不在本申请的保护范围之内，则铝合金的力学性能(屈服强度和抗拉强度)、延伸率和导热系数无法兼顾，要么上述性能均不好，要么上述某一个或某两个性能好，另外的性能不佳，无法很好地平衡力学性能(屈服强度和抗拉强度)、延伸率和导热系数。综上可以看出，本发明的铝合金通过各组分和配比的调整，使其相互配合、协同作用，使得铝合金同时具有较佳的力学性能、延伸率和导热系数，能够很好的满足手机结构件的高强度、高导热性能和韧性(延伸率)的使用要求，适于制备性能要求越来越高的手机中板等手机结构件。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。