铝铁铜系高导热铝合金材料及其制备方法和压铸方法与流程

本发明属于压铸铝合金，具体涉及一种铝铁铜系高导热铝合金材料及其制备方法和压铸方法。

背景技术：

1、纯铝的导热系数约为237w/(m.k)，几乎所有铝合金材料的导热性能均低于纯铝，这是因为合金中加入任何一种元素都对材料的导热性能有或大或小的负面影响。

2、压铸铝合金，除了要考虑力学性能和导热性能等，更重要的是，要考虑其的压铸性能。从压铸性能来讲铝硅系是最好的，其中又以共晶型的为最佳。因此，目前针对高导热压铸铝合金的研发，主要集中在铝硅系列，压铸铝合金材料的导热系数从早期的120-130w/(m.k)发展到后来的150-160w/(m.k)再到近几年的170-180w/(m.k)，已取得了长足的进步。

3、如专利公开号cn115948682a公开了一种适用于5g大型薄壁散热腔体的高导热铝合金材料。其特征在于，按质量百分比计，包括如下组分：si8-9％；fe0.6-1.0％；mg0.1-0.3％；sr0.02-0.05％；余量为al及不可避免的杂质。该发明属于铝硅系，需稀土精炼，并进行流变压铸成型，再热处理，压铸件热处理后导热系数为180w/(m.k)左右。

4、专利公开号cn117187630a公开了一种高导热压铸铝合金产品及其制备方法、散热器。其特征在于，按质量百分比计，包括如下组分：si7.5-9.0％；fe0.70-0.95％；cu<0.02％；mg：<0.02％；mn<0.01％；cr<0.01％；ti<0.01％；v<0.01％；sr0.02-0.04％；余量为al和杂质元素。该发明也属于铝硅系，其压铸性能良好，压铸件热处理后导热系数可达到180w/(m.k)。但该材料对杂质元素的含量要求苛刻，且需要进行热处理，生产成本高。

5、专利公开号cn117363934a低钛低钒的亚共晶高导热al-si合金材料及其制备方法。其特征在于，按质量百分比计，包括如下组分：si6.5-8.5％；fe0.65-0.8％；mg：0.05-0.15；sr0.008-0.02％；re0.01-0.05％；b0.008-0.015％；ti<0.001％；v<0.002％；其余杂质元素总量不超过0.15％，单个杂质元素不超0.05％，余量为al。该发明也属于铝硅系，其压铸性能良好，铝合金材料导热系数可达到180w/(m.k)，该合金需调控ti、v元素在比较低的范围内。

6、综上所述，目前开发的高导热压铸铝合金材料主要集中在al-si系合金，合金对v、ti、cr等杂质元素要求非常严格，这要求合金的纯度较高，现有的al-si系压铸铝合金材料为了避免粘膜通常会加入少量的铁元素，或者为了提升材料的力学性能会加入少量的铜元素，然而铁元素和铜元素在al-si系压铸铝合金材料会对材料导热性能产生极大的负面影响，使得材料导热性能下降。因此，目前al-si系压铸铝合金，尤其是共晶型的压铸铝合金材料的导热性能难以突破180w/(m.k)，为了获得更高的导热性能，则需要通过热处理的方法来实现。

7、随着科技的不断发展和进步，铝硅合金材料在导热性能方面已经无法满足市场的需求。目前，国内对非铝硅系列的高导热压铸铝合金材料也进行了研究，并取得了一些成果。例如：

8、专利公开号cn108130456a公开了一种高导热压铸铝合金材料及其制备方法，其特征在于，按质量百分比计，包括如下组分：si<0.2％，fe0.8-1.8％，ni0.2-0.8％，la0.1-0.4％，mg<0.2％，cu<0.2％，mn<0.2％，zn<0.2％，co≤0.3％，pb≤0.1％，sn≤0.01％，其他杂质总量和不超过0.3％，余量为al。该发明导热性能优良，导热系数可达到220w/(m.k)，导热性能非常优异，它属于alfeni系列，而镍对铝液流动性的直接影响相对较小，因此该合金材料的流动性较差，压铸性能一般，仅能压铸出厚壁的分火器，对于要压铸薄壁且齿高的工件则难以成型。且含有贵金属ni，生产成本较高。

9、cn108929975a公开了一种铝合金材料及其制备方法，其特征在于，按质量百分比计，包括如下组分：si2.0-4.5％，fe0.6-1.5％，cu<0.3％，mn<0.3％，mg<0.3％，zn<0.3％，ni0.2-1.2％，，pb≤0.1％，sn≤0.01％，cd≤0.01％，余量为al。该发明具有较好的导热性能和耐高温性能，其具有非常好的耐热性，可达到550℃*3小时的耐热测试，但是其导热系数依然难以突破180w/(m.k)，并且，其属于alsifeni系，流动性较差，压铸性能一般，对于要压铸薄壁且齿高的工件则难以成型，且同样含有贵金属ni，生产成本较高。

10、因此，对于一些含有薄壁且需要高温工作的产品，缺少较好的基础合金材料，缺少一种能够顺利压铸薄壁且齿高的工件，且导热系数能够突破180w/(m.k)、耐高温性能优异、低成本的压铸铝合金材料。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供一种压铸性能优异，且高导热、耐高温的铝铁铜系高导热铝合金材料及其制备方法和压铸方法。

2、本发明提供一种铝铁铜系高导热铝合金材料，所述铝合金材料按质量百分比计，包括si≤0.5％；fe：1.0-2.0％；cu：0.7-2.0％；mn≤0.05％；mg≤0.05％；zn≤0.05％；ti≤0.05％；ni≤0.05％；tcb晶种合金加入量：0.1-0.6％；sr：0.0005-0.06％；pb≤0.05％；sn≤0.01％；cd≤0.01％；常存杂质元素单个≤0.05％，杂质含量总和≤0.15％；其余为al。

3、优选地，所述tcb晶种，按质量百分比计，包括ti：1.8-2.2％，c：0.28-0.35％，b：0.28-0.35％，mn：≤0.1％，fe：≤0.3％，si：≤0.3％，v：≤0.1％，其余为al。

4、优选地，所述铝合金材料fe为1.5-2.0％。

5、优选地，所述铝合金材料si≤0.1％。

6、优选地，所述铝合金材料cu：1-2.0％。

7、优选地，所述铝合金材料的主要成分和工艺条件满足如下函数关系：

8、yk＝129.482+7.42a+31.505b+7.613c-46.378d

9、yq＝60.143+4.83a+14.983b–3.592c+125.73d

10、ys＝19.538-3.303a–2.591b-3.304c+2.166d

11、yy＝26.542+5.911a+9.53b–6.96c+66.956d

12、yd＝32.288–1.11a–2.174b+2.38c–3.207d

13、yr＝8.013yd–20.208

14、其中，a、b、c、d分别代表配方中fe、cu、tcb晶种和sr的含量，yk为抗拉强度，yq为屈服强度，ys为伸长率，yy为硬度，yd为电导率，yr为导热系数。

15、本发明还提供一种铝铁铜系高导热铝合金材料的制备方法，制备方法包括如下步骤：

16、s1、加入铝锭总量的85-90％的铝锭，熔化并升温至850-900℃，分多次加入铁剂，每次加入后静置，然后搅；

17、s2、加入预热的铜剂，加入后静置10-20分钟，搅拌5-10分钟；

18、s3、加入余下的铝锭，调整铝液温度至740-760℃；

19、s4、采用精炼剂精炼，进行除渣，并检查针孔，要求达到1级，在铝液温度720-750℃时，加入预热的tcb晶种；

20、s5、铝液温度在720±10℃范围内浇铸铝锭，浇铸过程采用氩气或氮气通过15-25μm孔径的透气砖在过滤箱或流槽的底部进行在线除气，并确保针孔不高于2级。

21、优选地，所述铜剂为紫铜或al-cu中间合金。

22、优选地，步骤s4中，采用精炼剂精炼的具体步骤为：采用氩气或氮气作为载流气体，按照铝液总量0.1-0.2％的加入量加入精炼剂，进行精炼净化；

23、步骤s4中，进行除渣的具体步骤为：精炼净化后第一次去除表面浮渣，控制铝液温度740-760℃，采用氩气或氮气除气10-30分钟后第二次除渣；

24、所述步骤s1中，分多次加入铁剂，每次加入后静置10-20分钟，搅拌5-10分钟。

25、本发明还提供一种铝铁铜系高导热铝合金材料的压铸方法，所述压铸方法包括如下步骤：

26、(1)压铸前铝熔体温度(重熔温度)≤760℃；

27、(2)压铸铝液温度715±10℃；

28、(3)压铸模具温度200±10℃；

29、(4)压铸前对铝熔体采用氩气或氮气进行除气20-30分钟，除气后清除浮渣；

30、压铸过程不向炉内投放返回料等冷料；

31、压铸过程使用的铁制工具需涂层烘干。

32、本发明提供的铝铁铜系高导热铝合金材料具有较优良的压铸性能，能够实现含有薄壁的产品压铸成型，同时还具有较高的导电导热性能和较好的耐热性能。从其压铸性能来讲，其更靠近铝硅合金的压铸性能，能够顺利压铸成型得到含有薄壁的工件，从其导热性能来看，其突破铝硅合金的导热系数的瓶颈。因此，本发明制备的高导热铝合金材料为需要薄壁压铸成型，且需要较高导热系数的工件提供了加工的基础材料，基础材料的改进为后端制造提供更多可能性。