本發(fā)明涉及一種鋁合金及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
：壓鑄鋁合金廣泛應(yīng)用于通訊、家電、五金、電動工具、玩具、門飾等領(lǐng)域，隨著現(xiàn)在行業(yè)特別是電子行業(yè)中對集成電路的散熱問題的研究的深入、汽車及家電行業(yè)中對發(fā)熱盤、散熱器等要求的提高，以及近年來PC等電子電器產(chǎn)品趨向高速化、小型化，目前所用材料已經(jīng)難以滿足產(chǎn)品的實(shí)際使用要求，研發(fā)高強(qiáng)導(dǎo)熱的壓鑄鋁合金材料成為一種發(fā)展趨勢。純鋁的導(dǎo)熱性能很好，強(qiáng)度很低，往往通過添加大量增強(qiáng)元素，如硅、鎂、銅、鋅等以獲得較好的強(qiáng)度和流動性，然而大量元素的添加降低了合金的導(dǎo)熱性能，目前最常用的壓鑄鋁合金為ADC12，其在鑄態(tài)下熱導(dǎo)率約為96W/(m·k)，屈服強(qiáng)度在170MPa，專利CN104264017A提到成分為AlSi10.5Co0.1Fe0.2B0.01Ti0.05的壓鑄鋁合金，熱導(dǎo)率可達(dá)160W/(m·k)，可屈服強(qiáng)度不到100MPa?？傊瑝鸿T鋁合金強(qiáng)度及熱導(dǎo)率與鋁鎂硅系變形鋁合金還有一定差距。因此提升鑄造鋁合金的強(qiáng)度及熱導(dǎo)率，實(shí)現(xiàn)加工成本較低的壓鑄工藝代替加工成本加工的擠壓成型工藝，獲得強(qiáng)度好，導(dǎo)熱性能好，成本低廉的鋁合金鑄件越來越為行業(yè)所需要。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于提供一種具備良好鑄造性能，優(yōu)異力學(xué)性能，同時(shí)還具備高導(dǎo)熱率的鋁合金。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種鋁合金，其中，以重量百分比計(jì)，該鋁合金含有4-7％的Si，1-4％的Mg，0.2-0.8％ 的Cr，0.2-0.7％的Fe，0.1-0.4％的Ti和/或Er，以及86.8-94.5％的鋁。優(yōu)選地，以重量百分比計(jì)，該鋁合金含有5-6％的Si；1-3％的Mg；0.3-0.5％的Cr；0.2-0.5％的Fe；0.2-0.3％的Ti和/或Er，以及89.4-93.3％的鋁。根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種鋁合金的制備方法，該方法包括將鋁合金原料進(jìn)行熔煉，冷卻后得到鋁合金，其中，所述鋁合金原料的組成使得得到的鋁合金為本發(fā)明提供的鋁合金。根據(jù)本發(fā)明的第三個(gè)方面，本發(fā)明提供了所述鋁合金作為導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用。本發(fā)明的發(fā)明人通過大量的實(shí)驗(yàn)嘗試，得出了一組合理的鋁合金元素配比，該配比的鋁合金能達(dá)到了200Mpa以上的屈服強(qiáng)度和120W/(m·k)以上的熱導(dǎo)率。其中，鎂硅在其中起主要強(qiáng)化作用；鐵的添加主要方便鋁合金成型脫模；鉻的添加中和了過剩硅的晶界的偏聚析出，增加了合金塑性，同時(shí)減少了硅在鋁中的固熔度，增加了合金的流動性，減少雜質(zhì)氣孔的產(chǎn)生，從而改善了合金的導(dǎo)熱性能；鈦的添加主要是細(xì)化晶粒，改善雜質(zhì)在合金中的分布形態(tài)，從而提升強(qiáng)度和熱導(dǎo)率。本發(fā)明提供的鋁合金適于作為對導(dǎo)熱性能要求較高的結(jié)構(gòu)材料，特別是作為電子產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)件。本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的具體實(shí)施方式部分予以詳細(xì)說明。具體實(shí)施方式以下對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體實(shí)施方式僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。本發(fā)明提供了一種鋁合金，其中，以重量百分比計(jì)，該鋁合金含有4-7％的Si，1-4％的Mg，0.2-0.8％的Cr，0.2-0.7％的Fe，0.1-0.4％的Ti和/或Er，以及86.8-94.5％的鋁。從進(jìn)一步提升得到的鋁合金的強(qiáng)度和熱導(dǎo)率來考慮，優(yōu)選地，以重量百分比計(jì)，該鋁合金含有5-6％的Si；1-3％的Mg；0.3-0.5％的Cr；0.2-0.5％的Fe；0.2-0.3％的Ti和/或Er，以及89.4-93.3％的鋁。在本發(fā)明中，以重量百分比計(jì)，本發(fā)明的鋁合金還含有不足0.3％的雜質(zhì)。在本發(fā)明中，所述雜質(zhì)為鋁合金制備過程中不可避免的雜質(zhì)。通常該雜質(zhì)是指：在鋁合金中，以重量百分比計(jì)，含量少于0.05％的元素；優(yōu)選地，在本發(fā)明所提供的鋁合金中，以重量百分比計(jì)，所述雜質(zhì)總含量量小于0.3％。作為保護(hù)在本發(fā)明所提供的鋁合金中的雜質(zhì)例如可以為Ni等金屬元素。在本發(fā)明中，可以采用常用的各種方法來制備本發(fā)明的鋁合金。具體地，可以將鋁合金原料先后進(jìn)行熔煉和鑄造，其中，所述鋁合金原料的組成使得得到的鋁合金為本發(fā)明的鋁合金。根據(jù)預(yù)期的鋁合金組成來確定鋁合金原料的組成的方法是本領(lǐng)域所公知的，本文不再詳述。本發(fā)明提供的鋁合金不僅具有良好鑄造性能，屈服強(qiáng)度能夠達(dá)到200MPa以上，優(yōu)選在200-220MPa之間，拉伸強(qiáng)度能夠達(dá)到265MPa以上，優(yōu)選在265-325MPa之間，延伸率能夠達(dá)到1.8％以上，優(yōu)選在1.8-2.9％之間；而且具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性能，熱導(dǎo)率能夠達(dá)到120W/(m·K)以上，優(yōu)選在123-140W/(m·K)之間。本發(fā)明的鋁合金特別適于作為導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)材料，如各種電子產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)件。以下結(jié)合實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明，但不因此限定本發(fā)明的范圍。以下實(shí)施例和對比例中所有樣品均按照GBT228.1-2010，采用型號為CMT5105的電子萬能試驗(yàn)機(jī)(購于深圳市世紀(jì)天源儀器有限公司)進(jìn)行拉伸性能(屈服強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度以及延伸率)測試，其中，標(biāo)距為50mm，加 載速率為1mm/min。另外，采用型號為LFA-447的導(dǎo)熱系數(shù)測試儀(德國耐馳)進(jìn)行熱導(dǎo)率測試，在溫度23℃、濕度65％RH下進(jìn)行測試。實(shí)施例1-7用于說明本發(fā)明實(shí)施例1按照表1的組成配制鋁合金原料。將鋁合金原料熔煉鑄錠，得到的鑄錠在160T冷式壓鑄機(jī)上進(jìn)行金屬型鑄造，從而得到本發(fā)明的鋁合金的壓鑄體。其中，熔湯溫度為690℃，壓射速度為2m/s，模具溫度為200℃，鑄件為尺寸1.5mm×12.5mm×80mm的鋁合金拉伸測試樣件及直徑12.7×3mm的熱導(dǎo)率試樣件。測定制備的鋁合金的屈服強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、延伸率以及熱導(dǎo)率，結(jié)果在表2中列出。實(shí)施例2-7采用與實(shí)施例1相同的方法制備鋁合金的壓鑄體，不同的是，按照表1的組成配制鋁合金原料。測定制備的鋁合金的屈服強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、延伸率以及熱導(dǎo)率，結(jié)果在表2中列出。對比例1-3采用與實(shí)施例1相同的方法制備鋁合金的壓鑄體，不同的是，按照表1的組成配制鋁合金原料。測定制備的鋁合金的屈服強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、延伸率以及熱導(dǎo)率，結(jié)果在表2中列出。表1SiMgCrFeTiErCuZn實(shí)施例151.50.40.30.2\\\實(shí)施例2630.50.5\0.3\\實(shí)施例35.520.30.20.3\\\實(shí)施例4710.60.6\0.2\\實(shí)施例5410.20.20.1實(shí)施例6740.80.70.4實(shí)施例751.50.40.30.20.1對比例110.50.2\0.8\\1.6\對比例2850.50.50.5\\\對比例351.50.40.30.6\0.60.1注：表1中各配比均以重量百分比計(jì)，另外，余量為鋁及不可避免的雜質(zhì)，其中，單個(gè)雜質(zhì)元素重量小于0.05重量％；雜質(zhì)元素總重量小于0.3重量％。表2屈服強(qiáng)度(Mpa)拉伸強(qiáng)度(Mpa)延伸率(％)熱導(dǎo)率(W/(m·k))實(shí)施例12103202.73140實(shí)施例22032982.68129實(shí)施例32073112.49132實(shí)施例42012751.9123實(shí)施例52002662.9144實(shí)施例62203241.8120實(shí)施例72133202.7139對比例11652683.696對比例22022671.37100對比例32072591.78103從表2可以看出，對比例1為最常見的壓鑄鋁合金ADC12的力學(xué)性能和導(dǎo)熱性能，在壓鑄條件下塑性較好，延伸率大于3％，屈服強(qiáng)度偏低，僅 有165MPa，熱導(dǎo)率表現(xiàn)一般，低于100W/(m·k)；而本發(fā)明的壓鑄鋁合金其強(qiáng)度性能有明顯提升，屈服強(qiáng)度達(dá)到200Mpa以上?？估瓘?qiáng)度達(dá)到265Mpa以上，而延伸率保持在1.8％以上，能滿足大部分壓鑄產(chǎn)品對塑性的要求，同時(shí)熱導(dǎo)率也在120W/(m·k)以上，對比ADC12有了較大幅度的提升。對比例2體現(xiàn)了如果硅鎂過高，易偏聚在晶界形成脆性相，同時(shí)干擾電子的傳熱效果，導(dǎo)致塑性下降明顯，熱導(dǎo)率也下降較多。對比例3在合金中添加了銅鋅，屈服強(qiáng)度達(dá)到207MPa，但是塑性下降，熱導(dǎo)率下降，銅鋅在鋁中的固熔度大，引起鋁基體的晶格畸變，降低了合金的導(dǎo)熱性，同時(shí)銅鋅的添加明顯的降低了合金的耐蝕性能。以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，但是，本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式中的具體細(xì)節(jié)，在本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。另外需要說明的是，在上述具體實(shí)施方式中所描述的各個(gè)具體技術(shù)特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進(jìn)行組合，為了避免不必要的重復(fù)，本發(fā)明對各種可能的組合方式不再另行說明。此外，本發(fā)明的各種不同的實(shí)施方式之間也可以進(jìn)行任意組合，只要其不違背本發(fā)明的思想，其同樣應(yīng)當(dāng)視為本發(fā)明所公開的內(nèi)容。當(dāng)前第1頁1 2 3