一种导热性能优异的亚共晶铝硅合金及其制备方法与应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于有色金属成形加工领域，具体设及一种亚共晶侣娃合金及其制备方 法。
【背景技术】
[0002] 侣娃合金具有结晶温度间隔小、其娃相有很大的凝固潜热和较大比热容；线收缩 系数、热裂及缩松倾向较小等特点，因此其铸造性能优于其它侣合金。由于侣娃合金共晶体 有良好的塑性，能较好地兼顾力学性能和铸造性能两方面的要求，所W侣娃合金是目前应 用最为广泛的铸造合金。其中亚共晶侣娃合金不仅具有良好的加工性，而且还具有良好的 铸造性能、焊接性能和导热性能，在航空航天、交通运输、电力通讯等领域得到了广泛的应 用。但随着相关产品小型化、微型化和集成化的发展趋势，如何在有限的空间内进行有效散 热，成为目前相关产品设计的关键问题。例如：通信设备中普遍使用了多层电路板和高密度 的表面贴装元件，电子元器件和设备在工作时会耗散大量热量，热流密度增高，为保证元器 件和通信设备的可靠性，需选用导热性能更强的材料对其进行合理热设计。
[0003] 目前通用的共晶侣娃合金导热材料由于其导热系数的限制，导热能力不足的问题 日渐突出，W最常用的ZL101合金为例，其铸态热导率为130W/(m ? K)，在T6处理后热导率 为155W/(m-K)，虽然其热导率高于化102合金120W/(m'K)，但仍不能满足相关产品更加 小型化和多功能化的散热需求。因此，开发一些新型的高热导率铸侣合金材料来解决高热 流密度产品的散热问题变的尤为重要。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是问了解决上述的共晶侣娃合金材料的热导率低等技术问题而提 供一种高热导率的亚共晶侣娃合金及其制备方法。
[0005] 本发明的技术解决方案是：
[0006] 一种导热性能优异的亚共晶侣娃合金，所述合金包括如下化学成分，Si 5-9wt. %，Mg < 0. 5wt. %，化 < 0. 5wt. %，Fe < 0. 7wt. %，Mn < 0. 3wt. %，不可避免杂质 元素、其余部分Al，所述不可避免的杂志元素单个低于0. 05wt. %，总计低于0. 25wt. %。
[0007] 优选地，所述合金还包括Sr 0. 005-0.1 wt. %。
[000引 优选地，所述合金还包括化0. 01-0. 2wt. %。
[0009] 优选地，所述合金还包括B 0. 01-0.1 wt. %。
[0010] 优选地，W上所述的一种导热性能优异的亚共晶侣娃合金的制备方法，包括如下 步骤，
[0011] S1、合金烙炼步骤，
[0012] S11、将烙炼炉加热并维持至700-850°C，在烙炼炉中加入含侣量> 99. 7%的工业 纯侣及侣娃中间合金，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中间 合金的形式加入形成混合烙体，所述烙体中Si 5-9wt. % ;
[0013] S12、对Sll中的烙体通入惰性气体，进行除气精炼处理，除气精炼后静置 10-60min，然后化去浮渣；
[0014] S2、铸造步骤，铸造是将合金烙体注入铸件的模具中，使用金属型、砂型和混合型 铸方式，采用重力铸造、高压铸造和低压铸造等铸造方式铸造的侣合金铸件。主要包括如下 步骤：
[0015] S21、将S12中的烙体进行诱铸，其中诱铸的冷却速度为1-200°C /S。
[0016] S3、热处理步骤，
[0017] S31、对S21中的诱铸产品进行0. 5-6小时的退火处理，退火保温温度为 100-400°C，保温结束后，进行冷却，所述冷却速度维持0. 5-10°C /min。
[0018] 优选地，所述S12中通入惰性气体时间为10-40min，通气时保持温度为 700-850 °C。
[0019] 优选地，所述511中加入的中间合金为41-51'、41-〔3、41-8中的一种或一种^上组 合物，所述烙体中 Sr 0. 005-0.1 wt. %，化 0. 01-0. 2wt. %，B 0. 01-0.1 wt. %。
[0020] 优选地，所述的合金可应用于侣合金导电线材、椿材和型材。
[0021] 本发明可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 %，Fe<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 %，Fe<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 %，Fe<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%，Fe<0. 7%，Mn<0. 3%。
[002引 W下分别阐述下本发明中各组分的选择及工艺参数选择的有益效果：
[0029] Si ;A^Si合金的共晶点为12. 6%，合金中Si含量5-9wt. %时可W保证合金在铸 造时具有良好的流动性和力学性能，同时Si含量在此范围内的侣娃合金具有优异的导热 性能，其含量与合金热导率和抗拉强度的关系如图1所示。因此，本发明提供的侣娃合金材 料的Si含量控制在5-9wt. %。
[0030] 化和Mn ;合金中的化和Mn都具有促进零件脱模的作用，但化含量过高或控制不 当会形成粗大针状的化合物相，严重降低合金力学性能。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均能降低合金导热性，两者含量与侣合金热导率关系 如图2所示。因此，需严格控制合金中的化和Mn的含量，Fe<0. 7wt. %，Mn<0. 3wt. %。 [003U 化和Mg ;侣合金中化和Mg具有强化作用，但该两种元素固溶到侣基体中使得 合金导热性能降低，两者含量与侣合金热导率关系如图2所示。因此，在保证合金强度一 定的条件下，应合理控制合金中化和Mg的含量，并控制该两种元素在合金组织中的分布， Mg<0. 5wt. %，0!<0. 5wt. %。
[003引 Ca ;主要起细化共晶娃的作用，加入适量的化元素可W明显细化共晶娃，同时有 效改善合金强度及其塑性，其加入量为0. 01-0. 2wt. %。
[003引 Sr ;合金中的Sr主要起变质共晶娃的作用，A^Si合金经Sr变质后，可W显著提 高合金力学性能化及导电和导热性能。Sr变质剂对M-Si合金中共晶娃的变质效果主要与 Sr含量、变质温度和保温时间有关。当Sr含量低于0.005wt. %时，合金中的共晶娃仍然呈 短针椿状，由于Sr含量太低从而达不到变质效果；当Sr含量高于0.1 wt. %时，产生过变质 组织，同时Sr含量过高将增强烙体吸气。在烙体中加入Sr变质剂时，Sr变质剂溶解到烙 体中需5-30min。烙体温度越